Поиск публикаций  |  Научные конференции и семинары  |  Новости науки  |  Научная сеть
Новости науки - Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги
Реклама на проекте

РАЭ 60: Восток - про бурение

Пятница, 26 Декабрь, 21:12, ekaykin.livejournal.com


Сегодня самый подходящий день написать про бурение льда на станции Восток. Во-первых, год назад буровой комплекс 5Г был объявлен историческим памятником. А во-вторых, вчера мы отмечали день рождения начальника бурового отряда, Николая Ивановича Васильева.

IMG_5691small
Профессор Васильев за лебедкой

История глубокого льда бурения на Востоке началась в 1970 году. За прошедшие 45 лет чего только не было - открытия, изобретения, успехи, разочарования, аварии, триумфы, рекорды, потери, награды....

Увы, история этой эпопеи до сих пор никем не написана! И не так уже много осталось людей, кто помнит её с самого начала. Очень надеюсь, что книга о бурении на Востоке когда-нибудь появится на свет.
А я сейчас буду говорить о другом - о самых общих принципах, и для чего вообще это делается.
В 1970-м году про подледниковое озеро Восток еще не знали. Бурить лёд начали, чтобы добывать ледяные керны, а по ним изучать палеоклимат (т.е., климат прошлых эпох нашей планеты). Не зная, каким был климат Земли в прошлом и почему он менялся, нельзя предсказать будущие изменения. А без прогноза изменения климата ни одна страна не может спланировать своё развитие - это я заранее отвечаю на ваш вопрос "а какая в этом практическая значимость".
О керне и климате обязательно будет отдельный рассказ.
А нынче про бурение.

IMG_5698small
общий вид буровой

Лёд можно либо плавить, либо резать. Соответственно, бурение бывает тепловым либо механическим. На Востоке начинали с теплового, а потом по ряду причин перешли на механическое. Чтобы добывать керн этим способом, лёд бурится вращающейся трубой, на конце которой находятся резцы. По мере того, как буровой снаряд врезается в толщу льда, в этой трубе остается ледяной цилиндр - это и есть керн. Когда труба вынимается изо льда, специальные "кернорвательные ножи" отрывают керн и удерживают его внутри трубы. При резании льда образуется стружка (она называется "шлам"), значит, нужны насос и фильтр, чтобы удалять и задерживать шлам. Далее, нужен электродвигатель, чтобы вращать снаряд и приводить в движение насос, нужны датчики нагрузки, проворота, распорное устройство и много чего другого.

IMG_5722small
буровик выбивает шлам из фильтра

В общем, буровой снаряд - довольно-таки сложная штука. В скважину снаряд опускается на специальном кабеле, который одновременно является и несущим (держит снаряд) и силовым (по нему к снаряду поступает электричество и сигналы управления с лебедки).
Но и это еще не все.
Мало пробурить во льду скважину, её надо сохранить. Лёд обладает определенной текучестью, и если скважину не трогать, довольно быстро она "заплывёт". Чтобы с этим бороться, скважину заливают специальной жидкостью, которая называется, представьте себе, "заливочная жидкость", или "буровой раствор". К свойствам такой жидкости есть несколько требований, но два главных это: 1) её плотность должна быть примерно равна плотности льда и 2) она не должна замерзать во льду центральной Антарктиды при температуре -60 °С.
В разных странах в разное время применяли разные буровые растворы. В Санкт-Петербургском Горном институте одно время использовали спирт, пока, согласно легенде, знаменитый Борис Борисович Кудряшов (его именем и названа буровая 5Г) не сказал, что "пищевые продукты надо использовать по назначению". Тогда перешли на смесь керосина с фреоном.
У керосина плотность 0,8, а у льда 0,92 - поэтому и добавляют немного фреона, который плотнее (1,3) и имеет очень низкую температуру замерзания. Большой плюс керосина еще в том, что он гидрофобный - т.е., не смешивается с водой и не растворяет лед.
Теперь вы уже можете понять, какие работы и почему проводятся на Востоке в начале сезона перед собственно бурением.

IMG_5601small
отбор пробы заливочной жидкости для измерения плотности

Перво-наперво нужно сделать "кавернометрию", т.е., измерить диаметр скважины, чтобы узнать, не уменьшился ли он за год.
Затем определяют плотность заливочной жидкости - она не должна сильно отличаться от плотности льда. Потом измеряют давление в скважине - давление жидкости на любой глубине в скважине должно быть лишь немного ниже давления окружающего льда.
Вот теперь картина состояния скважины полностью ясна. Остается добавить фреон в те участки скважины, где плотность слишком мала. И заключительная перед бурением операция - расширение скважины (разбуривание) таким образом, чтобы её диаметр на 1-2 мм был шире буровой коронки. Тогда можно спокойно проводить спуско-подъемные операции, не опасаясь, что снаряд застрянет в скважине.

IMG_5712small
конус для разбуривания скважины

На этом пока всё, хороших вам выходных!

ПС: новогодние поздравления полярникам все еще принимаются :-).

Читать полную новость с источника 

Комментарии (0)