Основные научные результаты

1. Созданы основы теории теплового и механического разрушения льда, методики расчета технологических параметров бурения.

2. Обоснован выбор рецептуры незамерзающей заливочной жидкости для предотвращения сужения ствола скважины под воздействием горного давления и повышающейся с глубиной естественной температуры льда, существенно изменяющей его вязкопластические свойства.

3. Разработаны принципиально новые полуавтономные электротепловые и электромеханические буровые снаряды на грузонесущем кабеле (ТЭЛГА, ТБЗС, КЭМС), комплексы стационарного и передвижного бурового оборудования, системы контроля и автоматизированного управления процессом бурения. Разработаны и освоены специальные методики и аппаратура комплекса геофизических исследований скважин в экстремальных условиях полярных ледников. Разработана экологически безопасная технология вскрытия подледниковых водоемов.

1967
Создание термоэлектробура «ТЭЛГА-1», участие в 13-й САЭ.

Разработка технологии разведочного бурения по льдам и ледниковым породам.

1968
Создание колонкового электромеханического бурового снаряда на кабеле и изготовление двух экземпляров буровых снарядов «ТЭЛГА-2». Участие в 14-й САЭ.

1969
Создание специального колонкового электромеханического снаряда на кабеле КЭМС-152 и изготовление двух экземпляров термоэлектробура «ТЭЛГА-15». Участие в 15-й САЭ.

1970
Создание наземного бурового комплекса с двумя буровыми копрами для глубокого бурения и методических работ на внутриконтинентальной станции «Восток». С помощью снаряда ТЭЛГА пробурена скважина глубиной 506 метров.

1971
Создание легких передвижных установок для бурения до глубины 200 и 300 метров с полным отбором керна во внутриконтинентальных походах и на шельфовых ледниках, стерильный отбор керна для микробиологических исследований.

1972
Организация в Ленинградском горном институте проблемной лаборатории горной теплофизики с отделом арктических исследований. Участие в 17-й САЭ.

Одна из скважин на станции «Восток» достигла глубины 952 метров, что существенно превышает прежний мировой рекорд бурения плавлением (535 метров), достигнутый американским специалистами в Гренландии. Высококачественный керн из антарктической скважины в соответствии с программой международного научного сотрудничества передан в США, Францию, Австралию и другие странны.

1974
Испытание разработанного и изготовленного в ЛГИ первого макета нового колонкового термобурового снаряда для бурения залитых жидкостью скважин, получившего индекс ТБЗС. Участие в 19-й САЭ.

1975
Бурение с заливкой скважины низкотемпературной жидкостью и использованием термобурового снаряда ТБЗС-152. Оборудование передвижной микробиологической буровой установки МБУ и начало микробиологических исследований ледового керна. По результатам микробиологических исследований керна по всему интервалу бурения сделано научное открытие «Явление сверхдлительного анабиоза (более 200 000 лет) у микроорганизмов». Участие в 20-й САЭ.

1976-1981
Геофизические исследования в скважинах и экспериментальные работы по новым технологиям бурения на станции «Восток» в период работы 21, 22, 23 и 24-й САЭ.

1983-1984
Возобновление бурения буровым снарядом ТБС-112ВЧ и начало бурения новой скважины 4Г буровым снарядом ТБЗС-152. Участие в 28 и 29-й САЭ.

1985-1989
Проведение испытания новых тепловых, электромеханических снарядов и исследования в скважинах. Участие в 30-34-й САЭ.

1990
Забурена скважина 5Г и пройдена до отметки 1250 метров буровым снарядом ТБЗС-152. Участие в 35-й САЭ.

1991
Бурение скважины 5Г в интервале 1250-2504 метров буровым снарядом ТБЗС-152. Участие в 36-й САЭ.

1992
Переход на меньший диаметр скважины и забуривание нового ствола скважины 5Г буровым снарядом ТБЗС-132. Участие в 37-й РАЭ.

1993
Продолжение бурения скважины 5Г буровым снарядом ТБЗС-132 в интервале 2231-2755 метров. Участие в 38-й РАЭ.

1994
Установка обсадной колонны длиной 120 метров и геофизические исследования скважины 5 Г. Совершенствование технологии бурения. Участие в 39-й РАЭ.

1995
Переход с теплового способа бурения на механический буровым снарядом КЭМС-132 в интервале 2755-3350 метров. Выдан диплом № 16 от 30.05.1995 на открытие «Явление сверхдлительного анабиоза у микроорганизмов» Санкт-Петербургскому государственному горному институту. Участие в 40 и 41-й РАЭ.

1996
Бурение скважины 5Г в интервале 3350-3523 метров. Участие в 42-й РАЭ.

1997
Бурение скважины 5Г в интервале 3523-3623 метров. Указ Президента РФ № 11 от 17.01.1997 и постановление Правительства РФ № 192 от 22.02.1997 о разработке ФЦП «Мировой океан» и подпрограмме «Изучение и исследование Антарктики» Участие в 43-й РАЭ.

1998 -2005
Бурение скважины 5Г в интервале 3623-3666 метров. Разработка экологически чистой технологии проникновения в подледниковое озеро Восток. Участие в 44-52-й РАЭ.

2006
Достижения по разработке технологий бурения льда награждены золотой медалью на Международной выставке изобретений и инноваций (Женева. Швейцария).

2008-2009

Забуривание нового ствола скважины 5Г на отметке 3599 метров. Разработка технических средств и термобурового снаряда ТБПО-132 для проникновения в подледниковое озеро. Участие в 53 и 54-й РАЭ.

2009-2012
Бурение скважины 5Г в интервале 3599-3769,3 метров. Участие в 54-57-й РАЭ.

5 февраля 2012 Забой скважины вскрыл на отметке 3769,3 метров подледниковое озеро Восток.

25 января 2015 повторное вскрытие подледникового озера Восток на отметке 3769,15

Исследование и разработка технических средств и технологии крепления и изоляции отдельных интервалов нефтяных и газовых скважин, пройденных традиционным механическим способом, с помощью высокотемпературных генераторов теплоты и с помощью легкоплавких связующих материалов является одним из перспективных направлений повышения эффективности сооружения скважин в сложных геологических и горнотехнических условиях, новым нетрадиционным направлением беструбного крепления.

Определены факторы, обеспечивающие поддержание контактной температуры в приемлемых пределах: допустимый уровень забойной мощности, рациональный режим бурения, выбор очистного агента и его характеристик, особенности конструктивного решения породоразрушающего инструмента, способствующего максимальному теплоотводу от режущей поверхности и т.п. Проведена стендовая и опытно-промышленная апробация полученных рекомендаций при испытаниях опытных партий алмазных коронок, изготавливаемых сторонними организациями (ТулНИГП, ВИТР).

Выполнены исследования по разработке эффективных безглинистых биополимерных растворов на основе экзополисахаридов. Разработаны составы модифицированных безглинистых буровых растворов, позволяющих создать в призабойной зоне пласта. Проведены лабораторные исследования и производственные испытания разработанных составов безглинистых биополлимерных растворов.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по антарктической тематике ведутся в Горном университете с 1967 г. на основе хоздоговоров с ААНИИ отличаясь планомерностью и последовательностью, что позволило нашей стране занять лидирующее положение в мире в области глубокого бурения льда.

Отличительной особенностью этих работ является их ярко выраженная практическая направленность. Начиная с 13-ой Советской антарктической экспедиции (САЭ, 1967), сотрудники кафедры технологии и техники бурения скважин, а также других кафедр Горного университета участвовали практически во всех Советских и, затем, Российских антарктических экспедициях (РАЭ) как в зимовочных, так и в сезонных составах. В ледниковом покрове Антарктиды (станция Восток, обсерватория Мирный, гляциологический профиль Мирный–Восток 1), а также в леднике архипелага Северная Земля пробурено, в общей сложности, более 18 тысяч метров с полным отбором ледяного керна. В феврале 2012 года завершено бурение скважины 5Г и на глубине 3769,3 м вскрыто подледниковое озеро Восток, что было освещено многочисленными российскими и иностранными СМИ. В январе 2015 года было произведено повторное вскрытие озера.

Обоснована перспективность проведения комплексных исследований подледникового озера Восток с целью получения новых данных о глобальных изменениях природной среды планеты

На основе изучения кернов льда, полученных из пробуренных скважин, 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.

Разработаны теория гидратообразования в подледниковых озерах Антарктиды и модели газового и гидрологического режимов озера Восток, на основании которых произведены оценки основных технологических и экологических рисков, связанных с проникновением в озеро.

Достигнутые результаты открывают перед российскими учеными широкие перспективы проведения комплексных исследований подледникового озера Восток с целью получения новых данных о глобальных изменениях природной среды планеты.

bur1.jpg

Обоснована перспективность проведения комплексных исследований подледникового озера Восток с целью получения новых данных о глобальных изменениях природной среды планеты

На основе изучения кернов льда, полученных из пробуренных скважин, 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.

Разработаны теория гидратообразования в подледниковых озерах Антарктиды и модели газового и гидрологического режимов озера Восток, на основании которых произведены оценки основных технологических и экологических рисков, связанных с проникновением в озеро.

Достигнутые результаты открывают перед российскими учеными широкие перспективы проведения комплексных исследований подледникового озера Восток с целью получения новых данных о глобальных изменениях природной среды планеты.

2016-2017 год

Основной целью работ гляцио-бурового отряда на станции Восток в сезонный период 62 РАЭ являлось очередное вскрытие подледникового озера Восток стволом скважины 5Г-3 и отработка технологии регулирования высоты подъема воды в скважину.

Программой предусматривался большой объем работ по подготовке поверхностного оборудования и скважины к продолжению буровых работ при бурении нового ствола скважины 5Г-3. Кроме того, программой работ предусматривались обширные гляциологические наблюдения.

Все участники сезонного состава гляцио-бурового отряда прибыли на станцию Восток 10 декабря 2016. Общая продолжительность сезонных работ отряда на ст. Восток составила 53 дня (10 декабря 2016 г. – 01 февраля 2017 г.).

В сезон 62-й РАЭ была продолжена многолетняя программа мониторинга изотопного состава снега, начатая в сезон 44-й РАЭ.

В этом году основной целью исследований было изучение пост-депозиционных изменений изотопного состава поверхностного слоя снежной толщи. Работа велась по нескольким направлениям:

1) отбор проб осадков;

2) ежедневный отбор проб поверхностного снега для изучения внутри- и междусуточных изменений изотопного состава снега;

3) завершение эксперимента по изучению пост-депозиционных изменений, начатого в сезон 60 РАЭ;

4) эксперимент по экспозиции снега;

5) изучение эволюции вертикального профиля изотопного состава верхней части снежной толщи.

25 января 2017 года состоялся визит на станцию Восток делегации французских специалистов со станции Конкордия. В составе делегации было 7 человек: начальник станции Конкордия Жанлюка, руководитель бурового проекта "Subglacior" Жером Шаппляз, Эрик Лефевр, Филипп Посенти, Грег Тест, Жоэль Саварино, Гислан Пикар.

Французам было передано 4 ящика с образцами кернов из скважины 4Г-2, а в обмен получены уникальные образцы древнего льда из керна EPICA DC для изучения роста гидратов воздуха. Полученные образцы были складированы в кернохранилище 5Г.

bur2.jpg

Затем с помощью гляциолога станции Восток французы были сопровождены в чистый сектор, где был выполнен ряд гляциологических работ: вскрыто 2 шурфа глубиной 1,5 м для отбора химических проб, а также проведены измерения альбедо снежной поверхности и размера кристаллов.

После этого состоялось общение французских специалистов с членами буровой команды станции Восток.

В целом, все запланированные в сезоне 62 РАЭ на ст. Восток гляциологические работы выполнены в полном объеме.

Продолжена многолетняя программа по изучению пространственно-временной изменчивости изотопного состава снежной толщи. Проведен ряд работ с целью изучения пост-депозиционных изменений изотопного состава снега.

В общей сложности в течение сезона обработано около 95 метров различных кернов, отобрано 927 проб на изотопный анализ, 158 проб на химический анализ, вывезено 52,26 м керна для выполнения изотопных, химических, газовых, микробиологических и прочих анализов в ряде лабораторий России и Франции.

bur3.jpgbur4.jpg

Прохождение стажировки в Лаборатории гляциологии и геофизики окружающей среды (LGGE) (г. Гренобль, Франция) с 13.09.2017 г. по 25.09.2017 г.
В целях развития научно-технических связей, обмена актуальной научной информацией, практическим опытом и в рамках выполнения научно-исследовательских работ была пройдена стажировка в Лаборатории гляциологии и геофизики окружающей среды (LGGE) в г. Гренобле, Франция.

В делегацию Горного университета входили: зав. каф. БС Н.И. Васильев, доцент А.Н. Дмитриев, и ассистент Подоляк А.В.

Целью данной поездки являлось представление доклада на научном семинаре по результатам работ Международной Российско-Французской лаборатории (LIA), а также ознакомление с методикой проведения работ по разработке нового бурового оборудования для бурения скважин во льдах с быстрым доступом к пробам древнего льда. Особый интерес вызывает работа лаборатории по проекту «Subglacior» («Подледниковый»), где в настоящее время проводится модернизация бурового оборудования и инструмента после неудачного сезона 2016-17гг. на Куполе С.

5_0.jpg

За время прохождения стажировки была получена информация по буровому оборудованию, инструменту и технологии бурения данного проекта. Со стороны Горного университета было оказано содействие в теоретических расчётах температурного режима скважины и циркуляции промывочной жидкости, необходимых для безаварийной проходки скважины. Также обсуждалась возможность появления гидроразрыва льда в скважине в процессе её бурения, наличие которого может привести к необратимым последствиям с потерей инструмента и скважины в целом.

Одной из задач в процессе стажировки было проведение нескольких экспериментов на буровом стенде для оценки возможности исследования в качестве буровой жидкости экологически безопасной кремнийорганической жидкости, которая используется по проекту Subglacior.

6_0.jpg7_0.jpg