Научные исследования в районе российской антарктической станции Восток ведутся с дня ее основания 16 декабря 1957 г. Актуальность проведения работ по изучению региона неуклонно возрастает, что подтверждается Стратегией развития деятельности Российской Федерации в Антарктике до 2030 года. В рамках реализации Стратегии Санкт-Петербургский горный университет решает задачи комплексного исследования района станции Восток, включая подледниковое озеро Восток, связанные с разработкой современных технологий и технических средств бурения ледников и подстилающих горных пород, вскрытия подледниковых водоемов, отбора проб воды и донных отложений, а также с проведением комплексных геолого-геофизических исследований. Для успешной реализации Стратегии на каждом этапе выполнения работ необходимо выявление и развитие междисциплинарных связей при соблюдении требований по минимизации воздействия на окружающую среду. В сезон 68-й Российской антарктической экспедиции сотрудниками Горного университета наряду с текущими были начаты исследования динамических взаимодействий между силами Земли, от самых глубоких недр до поверхности ледника. Выполнены буровая и научно-исследовательская программы. Буровая программа реализована совместно с коллегами из Арктического и антарктического научно-исследовательского института на буровом комплексе скважины 5Г. Научно-исследовательская программа включала: малоглубинные сейсмические исследования, колонковое бурение снежно-фирновой толщи, изучение петроструктурных особенностей снежно-фирновой толщи, исследования эффективности шламосборных фильтров при бурении снежно-фирновой толщи и процесса разрушения льда возвратно-вращательным способом, стендовые испытания акустического сканера. В результате проведения буровых работ в скважине 5Г на интервале глубин 3453,37-3534,43 м получен керн льда возрастом более 1 млн лет. В научно-исследовательских работах реализован междисциплинарный подход к изучению снежно-фирновой толщи, позволивший проанализировать достоверность результатов, достигнутых разными методами. Получены данные, необходимые для разработки новых технологий бурения ледников.
В сезонные работы 64-й Российской антарктической экспедиции в 2018-2019 гг. на буровом комплексе им. Б.Б.Кудряшова (станция «Восток», Антарктида) специалисты Санкт-Петербургского горного университета провели экспериментальные исследования процесса бурения плавлением с одновременным расширением скважин в ледовом массиве. Для исследований были разработаны, изготовлены и испытаны стенд и натурная модель термогидравлического бурового снаряда-расширителя. Первые стендовые испытания натурной модели подтвердили ее работоспособность и пригодность для экспериментального бурения с одновременным расширением скважин в ледовом массиве, определены эксплуатационные возможности, обнаружены недостатки, которые будут учтены в будущем. В статье обоснован выбор конструктивных элементов термогидравлического бурового снаряда-расширителя. Установлено, что технологию бурения сплошным забоем с одновременным расширением скважины в ледовом массиве возможно реализовать за счет комбинирования процесса контактного бурения плавлением и конвективного расширения с созданием принудительной призабойной кольцевой циркуляции подогретого теплоносителя. Определены зависимости интенсивности расширения от основных технологических параметров: активной тепловой мощности нагревательных элементов пенетратора и циркуляционной системы, механической скорости бурения, производительности насоса. По результатам исследований будет спроектирован и изготовлен экспериментальный образец термогидравлического бурового снаряда-расширителя для испытания его в условиях скважины 5Г.
Приводятся сведения о результатах и особенностях бурения глубокой скважины 5Г в ледниковом массиве на российской станции «Восток». Установлены основные закономерности изменения по глубине структурных и физических свойств антарктического ледникового покрова, определяющих механические и реологические свойства ледяной породы, которые влияют на проходку скважины и поддержание ее в рабочем состоянии, создание безопасных и конкурентоспособных технологий бурения мощных ледовых толщ и экологически безопасной технологии вскрытия подледниковых водоемов. Приводятся результаты исследований кернов льда и построения палеоклиматических рядов, реконструированных по результатам изучения ледяного керна со станции «Восток», сопоставленные со сводной изотопной кривой, характеризующей колебания уровня Мирового океана.
Направленное бурение скважин в ледниковых покровах может применяться для получения дополнительного кернового материала и обхода аварийных снарядов. Экспериментальные работы, проведенные в глубокой скважине на станции Восток в Антарктиде, по забуриванию нового ствола 5Г-2 показали высокую эффективность технологии направленного бурения без применения специальных технических средств для выполнения отклонения.
Для экологически безопасного проникновения в подледниковое озеро Восток, обнару- кенное в толще Восточной Антарктиды на глубине 3700 м (площадь более 10 тыс. км 2 , гипотетически пресноводное и содержащее реликтовые формы жизни), требуется разработка новых методов, технологий и технических средств бурения ...
Изложены основные результаты научных исследований и разработок кафедры технологии и техники бурения скважин, выполненных или завершенных в 2000 г. В области глубокого бурения во льдах Антарктиды главный результат состоит в разработке проекта экологически безопасного вскрытия подледникового озера Восток - уникального природного образования, комплексное изучение которого вызывает исключительный интерес мировой научной общественности. На леднике Академии наук (арх. Северная Земля) в рамках международной экологической программы PEGAIS пробурена с полным отбором керна скважина глубиной 505 м, в ней выполнены геофизические измерения. Создан новый способ беструбного крепления и изоляции осложненных интервалов скважин с помощью легкоплавких связующих материалов и теплового тампонирующего пенетратора. Разработаны основы теории и технологии ликвидационного тампонирования гидрогеологических скважин с экономически и экологически эффективным применением в составе тампонажных смесей дешевых минеральных отходов горного производства. Результативно продолжены исследования и опытно-конструкторские разработки по комбинированному тепловому и гидродинамическому воздействию на низкодебитные продуктивные горизонты для повышения дебита эксплуатационных скважин на нефть и газ. Уточнены закономерности гидро- и пенотранспорта керна, в последнем случае по одинарной бурильной колонне разработаны новые программы для ЭВМ, позволившие расширить область и повысить достоверность расчетов по регулированию и нормализации циркуляционных и теплообменных процессов при бурении и освоении скважин.
