Ежегодно в Советском Союзе пробуривают десятки миллионов метров разведочных скважин. Их средняя глубина достигла 3 км, многие уходят гораздо глубже, а сверхглубокая на Кольском полуострове прошла уже более 9 км. И каждую скважину превращают в необычную физическую лабораторию, где предстоит добыть и проверить уникальные сведения, которые затем станут руководством к действию горняков-практиков.
Чем же необычна эта лаборатория? Она чрезвычайно узка и длинна. Многокилометровый ход в недра диаметром всего 20—30 см всегда заполнен промывочным раствором, водой, крепкими подземными рассолами. Его стенки разрушены кавернами, часто разбиты трещинами, изогнуты. Чтобы они еще больше не разрушались при спуске-подъеме бурового снаряда, в ствол скважины опускают стальные трубы, а пространство между ними и стенками заливают цементным раствором. Так возникает двойное ограждение «лабораторного» пространства.
Совершенно особые требования поэтому предъявляют и к приборам. Прибор-разведчик, спускаемый на сверхпрочном кабеле, должен быть маленьким, чтобы свободно пройти узким километровым тоннелем; крепким, чтобы выдержать все удары о стальные стенки обсадной трубы; стойким к высоким температурам и давлениям в глубине недр и очень чувствительным — ему нужно улавливать слабые сигналы на фоне сильных помех, улавливать, невзирая на стальную и цементную преграды. И чем глубже послан подземный зонд, тем жестче испытания.
К примеру, недавно все стандартные приборы рассчитывали на давление 1000 атмосфер и температуру около 150° С. Но уже на глубине 5—6 км эти показатели выше. А в 9 км от земной поверхности может быть 200° С и давление 1200—1300 атмосфер! Исследования в разведочной скважине-лаборатории напоминают детектив. Здесь есть почти все атрибуты этого увлекательного жанра — «перекрестный допрос», «очные ставки». Не будем голословными, вот пример геофизического детектива, который можно озаглавить: «Черное золото». (Догадливый читатель, наверное, сообразил, что речь пойдет о поисках нефти.)
Скважины пройдены. Нефть не забила фонтаном, но это вовсе не означает, что ее нет в этом районе. Все должен показать каротаж — так коротко называют специалисты различные геофизические методы расследования.
На первом этапе каротажа замерены электрические свойства окружающих скважину горных пород. У одного или нескольких подземных пластов, которые вскрыты скважиной, электрическое сопротивление указывает на возможность содержания в них нефти. Так появились «подозреваемые». Теперь нужно сузить их круг. Ведь одинаковое электросопротивление может быть у десятка самых разных пород.
Вниз уходит другой разведчик — нейтронный измеритель. Он основан на свойстве элементарной частицы — нейтрона — полностью передавать свою энергию ядру водорода — протону, при встрече с ним замедлять свою скорость. Если же на пути встречаются более тяжелые ядра других элементов, нейтроны от них попросту «отскакивают».
Прибор состоит из двух главных частей, расположенных примерно в полуметре друг от друга — источника быстрых нейтронов и приемника медленных. Не зарегистрирует прибор резкого изменения скорости нейтронов в породе, и можно смело говорить: «Нефти тут нет». Допустим, зарегистрировал. Но ведь водородом богата и обыкновенная вода… Кроме того, далеко не все пласты, содержащие много водорода, могут быть накопителями или, как говорят специалисты, коллекторами нефти.
Теперь следует уточнить: как и из чего сложен подозреваемый пласт. В ход идет так называемый гамма-гамма-каротаж. К подозрительному горизонту опускают новый прибор — с источником и приемником гамма-излучения. Плотная среда поглощает его очень быстро, разреженная — медленнее. Поры и трещины в пласте оно выявляет надежно. Можно даже определить, что встретили на глубине гамма-кванты: известняк, песчаник или другие породы. Из первых, кстати, и сложены обычно главные подземные резервуары нефти.
Этот этап исследования нам показал: пласт имеет пониженную плотность. Значит, наконец, мы убедились — обнаружен коллектор?! Увы, не всякий коллектор интересен нефтеразведчикам, а только со своеобразными покрышками, иными словами, имеющий снизу и сверху уплотненные слои, которые не позволяют нефти покинуть природную ловушку.
На этот раз выручает гамма-каротаж, определяющий естественную радиоактивность горных пород. Пласт, состоящий из мелких частиц, будет обладать большей суммарной поверхностью зерен и, значит, повышенной радиоактивностью. Это характерно, к примеру, для глин — их частицы чрезвычайно малы. Напротив, песчаники и известняки обычно крупнозернисты — их радиоактивные возможности намного меньше.
Прибор сигнализирует наверх: высокая радиоактивность, затем — ее снижение и глубже — снова высокая. Геофизик переводит: «Встречен глинистый пласт, потом — известняк или песчаник, наконец, опять глины». Теперь можно восклицать: «Эврика!»
Но бывает и так, что природе удается утаить свои секреты. Подземные ситуации разнообразны, не встретишь и двух одинаковых. К тому же поиск и разведка нефти — мероприятия дорогие, тут нужна полная ясность. Приходится продолжать перекрестный допрос недр — но уже другими способами.
Наиболее охотно откликаются горные породы на акустический каротаж. Его главная область — так называемая доразведка месторождений, уточнение типа коллекторов. Акустический допрос применим к любым скважинам, он свободно действует через стальной и цементный барьеры в радиусе около метра вокруг скважины.
Звуковые волны от того или иного источника распространяются в горный массив и, отразившись от пород, возвращаются к регистратору. Они несут очень точную информацию о монолитности породни позволяют окончательно определить тип коллектора.
Мы взяли «сюжет» с благополучным концом. Бывает ли другой исход у геофизиков? Конечно. Но ведь и неудача — это новые знания, новый опыт.