О системах контроля и телеметрии процесса колонкового бурения скважин в ледниках и подледниковых горных породах электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле

Целями исследования являлись изучение и систематизация актуальных научных работ по системам контроля и телеметрии режимных параметров колонкового бурения скважин в ледниках и подледниковых горных породах электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле. В ходе проведенной работы был выполнен обзор систем контроля и телеметрии режимных параметров колонкового бурения электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле, которые используются при бурении скважин во льду и подледниковых горных породах на островах в Арктике и Антарктиде отечественными и зарубежными специалистами. На основании полученных результатов определена единая концепция рассмотренных систем, а также обозначены их особенности. Предложена функциональная блок-схема системы контроля и телеметрии режимных параметров колонкового бурения снарядами на грузонесущем кабеле. С учетом выявленных особенностей и применяемых технических решений в созданных отечественными и зарубежными специалистами системах контроля и телеметрии авторами статьи сформулированы требования к системе контроля и телеметрии процесса колонкового бурения горных пород возвратно-вращательным способом. Данные требования будут учтены при разработке системы контроля и телеметрии возвратно-вращательного способа бурения скважин в подледниковых горных породах, что является одним из этапов исследования, проводимых в рамках разработки и обоснования технологии отбора керна подледниковых горных пород в Антарктиде динамически уравновешенным буровым снарядом на грузонесущем кабеле.

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. Шадрин В.С., Климов В.Я., Большунов А.В. Современное состояние технологий колонкового бурения подледниковых горных пород // Науки о Земле и недропользование. 2024. Т. 47. № 3. С. 342–355. https://doi.org/10.21285/2686-9993-2024-47-3-342-355. EDN: NDJVMD.

4. Литвиненко В.С. Уникальные техника и технология бурения скважин во льдах Антарктиды // Записки Горного института. 2014. Т. 210. С. 5–10. EDN: TGNKOH.

5. Litvinenko V. Foreword: sixty-year Russian history of Antarctic sub-glacial lake exploration and Antarctic natural resource development // Chemie Der Erde – Geochemistry. 2020. Vol. 80. Iss. 3. P. 125652. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2020.125652.

6. 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.

7. 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 // Лёд и Снег. 2023. Т. 63. № 1. C. 141–152. https://doi.org/10.31857/S2076673423010076. EDN: MABFEO.

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. 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.

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. Загривный Э.А., Поддубный Д.А. Динамически уравновешенный буровой снаряд на грузонесущем кабеле для взятия донных отложений подледниковых озер в Антарктиде // Проблема механики современных машин: материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Улан-Удэ, 25–30 июня 2018 г.). Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2018. Т. 1. С. 197–201. EDN:YQRMJN.

13. Shturmakov A.J., Lebar D.A., Mason W.P., Bentley C.R. A new 122 mm electromechanical drill for deep ice-sheet coring (DISC): 1. Design concepts // Annals of Glaciology. 2007. Vol. 47. P. 28–34. https://doi.org/10.3189/172756407786857811.

14. Mason W.P., Shturmakov A.J., Johnson J.A., Haman S. A new 122 mm electromechanical drill for deep ice-sheet coring (DISC): 2. Mechanicak design // Annals of Glaciology. 2007. Vol. 47. P. 35–40.https://doi.org/10.3189/172756407786857640.

15. Mortensen N.B., Sendelbach P.J., Shturmakov A.J. A new 122 mm electromechanical drill for deep ice-sheet coring (DISC): 3. Control, electrical and electronics design // Annals of Glaciology. 2007. Vol. 47. P. 41–50. https://doi.org/10.3189/172756407786857668.

16. Shturmakov A.J., Sendelbach P.J. A new 122 mm electromechanical drill for deep ice-sheet coring (DISC): 4. Drill cable // Annals of Glaciology. 2007. Vol. 47. P. 51–53. https://doi.org/10.3189/172756407786857802.

17. 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.

18. 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.

19. Zhang N., Talalay P., Liu J., Fan X., Kong Q., Yu H., et al. Antarctic subglacial drilling rig. Part IV: Electrical and electronic control system // Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 84. P. 34–45. https://doi.org/10.1017/aog.2020.40.

20. 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