Современное состояние технологий колонкового бурения подледниковых горных пород
https://doi.org/10.21285/2686-9993-2024-47-3-342-355
EDN: NDJVMD
Аннотация
Цель данной работы заключается в представлении обзора проектов колонкового бурения подледниковых горных пород на островах Арктики и в Антарктиде, выполненных специалистами России, Соединенных Штатов Америки, Дании и Китая. Анализ результатов отечественных и зарубежных проектов позволил выявить геолого-технические особенности колонкового бурения подледниковых горных пород, достоинства и недостатки используемых технологий, определить оптимальный тип породоразрушающего инструмента и наметить одно из возможных направлений в совершенствовании существующих технологий. Авторами предлагается рассмотреть способ бурения базального льда и подледниковых горных пород, в основу которого заложен принцип возвратно-вращательного движения породоразрушающего инструмента. Первая апробация данного способа была проведена более десяти лет назад в Санкт-Петербургском горном университете и показала положительные результаты. Однако исследования были направлены на изучение процессов, протекающих в электромеханическом приводе, и не затрагивали режимов бурения горных пород. Авторами статьи планируется проведение комплекса научно-исследовательских работ, направленных на создание технологии колонкового бурения скважин в подледниковых горных породах, основанной на возвратно-вращательном движении породоразрушающего инструмента.
Об авторах
В. С. Шадрин
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Шадрин Вячеслав Сергеевич, аспирант
г. Санкт-Петербург
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов
В. Я. Климов
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Климов Владимир Яковлевич, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник Лаборатории технологии и техники бурения скважин в условиях станции Восток, Научный центр «Арктика»
г. Санкт-Петербург
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов
А. В. Большунов
Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II
Россия
Конфликт интересов:
Россия
Большунов Алексей Викторович, кандидат технических наук, доцент, руководитель Лаборатории технологии и техники бурения скважин в условиях станции Восток, научный центр «Арктика»
г. Санкт-Петербург
Конфликт интересов:
Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов
Список литературы
1. Михальский Е.В., Каменев Е.Н., Михальская А.С. Геологическое изучение Антарктиды: исторические аспекты и современное состояние // Проблемы Арктики и Антарктики. 2011. № 2. С. 97–112. EDN: NYHDPH.
2. Wu G., Ferraccioli F., Zhou W., Yuan Y., Gao J., Tian G. Tectonic implications for the Gamburtsev Subglacial Mountains, East Antarctica, from airborne gravity and magnetic data // Remote Sensing. 2023. Vol. 15. Iss. 2. P. 306. https://doi.org/10.3390/rs15020306.
3. Litvinenko V.S., Leitchenkov G.L., Vasiliev N.I. Anticipated sub-bottom geology of Lake Vostok and technological approaches considered for sampling // Geochemistry. 2020. Vol. 80. Iss. 3. P. 125556. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2019.125556.
4. Васильев Н.И., Дмитриев А.Н., Липенков В.Я. Результаты бурения скважины 5Г на российской станции «Восток» и исследования кернов льда // Записки Горного института. 2016. Т. 218. С. 161–171. EDN: VXLDMJ.
5. Большунов А.В., Васильев Д.А., Дмитриев А.Н., Игнатьев С.А., Кадочников В.Г., Крикун Н.С. [и др.]. Результаты комплексных экспериментальных исследований на станции Восток в Антарктиде // Записки Горного института. 2023. Т. 263. С. 724–741. EDN: WQNJET.
6. Игнатьев С.А., Васильев Д.А., Большунов А.В., Васильева М.А., Ожигин А.Ю. Экспериментальные исследования переноса ледяного шлама воздухом при бурении снежно-фирновой толщи // Лед и Снег. 2023. Т. 63. № 1. C. 141–152. https://doi.org/10.31857/S2076673423010076. EDN: MABFEO.
7. Большунов А.В., Васильев Д.А., Игнатьев С.А., Дмитриев А.Н., Васильев Н.И. Механическое бурение ледников с очисткой забоя сжатым воздухом // Лед и Снег. 2022. Т. 62. № 1. С. 35–46. https://doi.org/10.31857/S2076673422010114. EDN: GOFZCL.
8. Сербин Д.В., Дмитриев А.Н. Экспериментальные исследования теплового способа бурения плавлением скважины в ледовом массиве с одновременным контролируемым расширением ее диаметра // Записки Горного института. 2022. Т. 257. С. 833–842. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.82. EDN: PLQDJW.
9. Сербин Д.В., Кадочников В.Г., Большунов А.В., Дмитриев А.Н., Горелик В.Г. Экспериментальные исследования процесса образования призабойной кольцевой циркуляции теплоносителя // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2024. № 1. С. 16–22. EDN: XZVQNT.
10. Лейченков Г.Л., Попков А.М. Прогнозный осадочный разрез подледникового озера Восток // Лед и снег. 2012. Т. 52. № 4. С. 21–30. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2012-4-21-30. EDN: PKEFDH.
11. Васильев Н.И., Лейченков Г.Л., Загривный Э.А. Перспективы получения образцов донных отложений подледникового озера Восток // Записки Горного института. 2017. Т. 224. С. 199–208. https://doi.org/10.18454/PMI.2017.2.199. EDN: YLMZAH.
12. Шишкин Е.В., Большунов А.В., Тимофеев И.П., Авдеев А.М., Ракитин И.В. Модель шагающего пробоотборника для исследования донной поверхности подледникового озера Восток // Записки Горного института. 2022. T. 257. С. 853–864. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.53. EDN: UMVLXQ.
13. Загривный Э.А., Поддубный Д.А. Динамически уравновешенный буровой снаряд на грузонесущем кабеле для взятия донных отложений подледниковых озёр в Антарктиде // Проблема механики современных машин: материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Улан-Удэ, 25–30 июня 2018 г.). Улан-Удэ, 2018. Т. 1. С. 197–201. EDN: YQRMJN.
14. Hansen L.B. Deep core drilling in ice and core analysis at Camp Century, Greenland, 1961–1966 // Antarctic Journal of the United States. 1966. Vol. 1. Iss. 5. P. 207–208.
15. Fountain J., Ussekman T.M., Wooden J., Langway C.C.J. Evidence of the bedrock beneath the Greenland ice sheet near camp century Greenland // Journal of Glaciology. 1981. Vol. 27. Iss. 95. P. 193–197.
16. Ueda H.T. Byrd station drilling 1966–69 // Annals of Glaciology. 2007. Vol. 47. P. 24–27. https://doi.org/10.3189/172756407786857631.
17. Green J., Koci B., Kyne J. Koci drill for drilling ice, sand and rock: drill requirements, design, performance and difficulties // Annals of Glaciology. 2007. Vol. 47. P. 105–108. https://doi.org/10.3189/172756407786857677.
18. Christa A.J., Biermana P.R., Schaeferd J.M., Dahl-Jensene D., Steffensene J.P., Corbetta L.B., et al. A multimillionyear-old-record of Greenland vegetation and glacial history preserved in sediment beneath 1.4 km of ice at Camp Century // PNAS. 2021. Vol. 118. Iss. 13. № 2021442118. https://doi.org/10.1073/pnas.2021442118.
19. Rasmussen S.O., Abbott P.M., Blunier T., Bourne A.J., Brook E., Buchardt S., et al. A first chronology for the North Greenland Eemian Ice Drilling (NEEM) ice core // Climate of the Past. 2013. Vol. 9. Iss. 6. P. 2713–2730. https://doi.org/10.5194/cp-9-2713-2013.
20. Popp T.J., Hansen St.B., Sheldon S.G., Schwander J., Johnson J.A. Drilling into debris-rich ice at the bottom of the NEEM (Greenland) borehole // Annals of Glaciology. 2014. Vol. 55. Iss. 68. P. 199–206. https://doi.org/10.3189/2014AoG68A029.
21. Popp T.J., Hansen St.B., Sheldon S.G., Schwander J., Johnson J.A. Deep ice-core drilling performance and experience at NEEM, Greenland // Annals of Glaciology. 2014. Vol. 55. Iss. 68. P. 53–64. https://doi.org/10.3189/2014AoG68A042.
22. Kuhl T., Gibson C., Johnson J., Boeckmann G., Moravec E., Slaqny K. Agile Sub-Ice Geological (ASIG) Drill development and Pirrit Hills field project // Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 84. P. 53–56. https://doi.org/10.1017/aog.2020.59.
23. Talalay P., Sun Y., Fan X., Zhang N., Cao P., Wang R., et al. Antarctic subglacial drilling rig. Part I: General concept and drilling shelter structure // Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 84. P. 1–11. https://doi.org/10.1017/aog.2020.37.
24. Talalay P., Li X., Zhang N., Fan X., Sun Y., Cao P., et al. Antarctic subglacial drilling rig. Part II: Ice and Bedrock Electromechanical Drill (IBED) // Annals of Glaciology. 2021. Vol. 62. Iss. 84. P. 12–22. https://doi.org/10.1017/aog.2020.38.
25. Fan X., Talalay P., Sun Yo., Li X., Zhang N., Markov A., et al. Antarctic subglacial drilling rig: Part III. Drilling auxiliaries and environment measures // Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 84. P. 24–33. https://doi.org/10.1017/aog.2020.39.
26. Goodge J.W., Severinghaus J.P., Johnson J., Tosi D., Bay R. Deep ice drilling, bedrock coring and dust logging with the Rapid Access Ice Drill (RAID) at Minna Bluff, Antarctica // Annals of Glaciology. 2021. Vol. 62. Iss. 85–86. P. 324–339. https://doi.org/10.1017/aog.2021.13.
27. Boeckmann G.V., Gibson C.J., Kuhl T.W., Moravec E., Johnson J.A., Meulemans Z., et al. Adaptation of the Winkie Drill for Subglacial bedrock sampling // Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 84. P. 109–117. https://doi.org/10.1017/aog.2020.73.
28. Rix J., Mulvaney R., Hong J., Ashurst D. Development of the British Antarctic Survey Rapid Access Isotope Drill // Journal of Glaciology. 2019. Vol. 65. Iss. 250. P. 288–298. https://doi.org/10.1017/jog.2019.9.
29. Большиянов Д.Ю., Клементьев О.Л., Коротков И.М., Николаев В.И. Исследования керна мореносодержащего льда ледника Вавилова на Северной Земле // Материалы гляциологических исследований. 1990. № 70. С. 105–110.
30. Litvinenko V.S. Foreword: sixty-year Russian history of Antarctic sub-glacial lake exploration and Antarctic natural resource development // Geochemistry. 2020. Vol. 80. Iss. 3. Р. 125652. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2020.125652.
31. Литвиненко В.С. Уникальные техника и технология бурения скважин во льдах Антарктиды // Записки Гор- ного института. 2014. Т. 210. С. 5–10. EDN: TGNKO.
Рецензия
Для цитирования:
Шадрин В.С., Климов В.Я., Большунов А.В. Современное состояние технологий колонкового бурения подледниковых горных пород. Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):342-355. https://doi.org/10.21285/2686-9993-2024-47-3-342-355. EDN: NDJVMD
For citation:
Shadrin V.S., Klimov V.Ya., Bolshunov A.V. Current state of subglacial rock core drilling technologies. Earth sciences and subsoil use. 2024;47(3):342-355. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2686-9993-2024-47-3-342-355. EDN: NDJVMD
Просмотров:
216
Послать статью по эл. почте 
Оставить комментарий 
