Приведены результаты лабораторных исследований процессов образования и разрушения эмульсий воды и кремнийорганической жидкости, а также образования и диссоциации гидратов азота в термобарических условиях, приближенных к условиям на контакте ледника и подледникового озера Восток с использованием комплекса Gas Hydrate Autoclaves GHA 350. В качестве исследуемой была выбрана кремнийорганическая жидкость – полидиметилсилоксан WACKER AK-10 (в российской классификации по ГОСТ 13032-77 – ПМС-10) плотностью 0,9359 г/cм3, кинетической вязкостью 10 мм2/с. Установлено, что понижение температуры эмульсии приводит к увеличению времени ее разрушения, образованию микроэмульсий и множественных эмульсий типа «масло – в воде – в масле», особенно это проявляется при температурах ≤10 °С. Среднее время разрушения эмульсии составило 107 с. Минимальное время разрушения эмульсии наблюдается при минимальной частоте вращения мешалки 100 об/мин и максимальной температуре 60 °С, а максимальное время разрушения эмульсии наблюдается при частоте вращения мешалки 500 об/мин и температуре –2,8 °С. Установлено, что гидраты азота образуются при давлении 35,0±0,5 МПа и температуре ≤ –1 °С.

Представлены результаты экспериментального бурения конжеляционного льда в стволе скважине 5Г-5 на станции Восток (Антарктида) с применением колонкового снаряда КЭМС-135 в среде кремнийорганической жидкости ПМС-3. Исследования проводились во время 70-й Российской антарктической экспедиции и были направлены на оценку эффективности технологии при глубоком бурении ледников и вскрытии подледниковых водоемов, а также определение рациональных режимных параметров бурения. Подготовка скважины включала извлечение заливочной жидкости, комплекс геофизических исследований и калибровку ствола. Доставка ПМС-3 на забой осуществлялась с использованием специализированного устройства «Слоник». Экспериментальное бурение конжеляционного льда проходило с применением колонкового снаряда КЭМС-135. Выполнено два буровых рейса с отбором керна длиной 1,10 и 1,14 м, глубина бурения – 3595,15-3597,39 м. Контроль наличия на забое ПМС-3 осуществлялся посредством геофизических исследований и пробоотбора. Особое внимание уделялось анализу режимов бурения, включая механические скорости, характеристики шлама и влияние ПМС-3 на элементы бурового оборудования. Результаты экспериментального бурения показали увеличение механической скорости бурения в среде кремнийорганической жидкости ПМС-3 на 15-20 % по сравнению с используемой заливочной жидкостью (керосин + дихлорфторэтан), а также отсутствие зашламования коронки и улучшение смазывающих свойств жидкости. Определены перспективные направления дальнейших исследований, связанных с оптимизацией конструкции бурового снаряда для работы в среде ПМС-3 и изучением долгосрочного воздействия на подледниковые экосистемы.

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.