Научно-практические основы эффективной и экологически чистой технологии бурения глубоких скважин в ледниках

Талалай, Павел Григорьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Научно-практические основы эффективной и экологически чистой технологии бурения глубоких скважин в ледниках
ВАК РФ 25.00.14, Технология и техника геологоразведочных работ

Автореферат диссертации по теме "Научно-практические основы эффективной и экологически чистой технологии бурения глубоких скважин в ледниках"

Ш*НШШ*ш» «мжМИМММва

На правах рукописи ТАЛАЛАЙ Павел Григорьевич

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭФФЕКТИВНОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН

В ЛЕДНИКАХ

Специальность 25.00.14 — Технология и техника

геологоразведочных работ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

0031Б1155

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2007

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - Государственное учреждение «Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт» (ГУ ААНИИ).

Защита диссертации состоится 1 ноября 2007 г. в 14 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.02 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного инстшута.

Автореферат разослан 25 сентября 2007 г.

Горшков Л.К.

доктор технических наук, профессор

Ошкордин О.В.

доктор географических наук, ст. науч. сотр.

Голубев В.Н.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета профессор

Н.И.НИКОЛАЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Природный лед является неотъемлемой частью земных ландшафтов более 1/ю земной суши покрыты «вечными» льдами Размеры ледников разнообразны от долей до миллионов км2, а их толщина - от первых метров до 3-4 км На Земле ледники распределены очень неравномерно - более 84 % их общей площади приходится на Антарктиду, около 11%-на Гренландию и менее 5 % - на всю остальную сушу

Изучением оледенения занимается целый ряд естественных наук - геология, география, гляциология, палеоклиматология, микробиология, геофизика и др Новый импульс в изучении Арктики и Антарктики дает научно-исследовательская программа Международного полярного года (2007-2008 гг), включающая комплексные исследования ледяного покрова Земли с целью оценки прошлых, настоящих и будущих изменений состояния криосферы и климата в целом

Очевидно, что, несмотря на объявленный в 1998 г 50-летний мораторий на добычу полезных ископаемых в Антарктиде, в будущем изучение ледников будет иметь и сугубо практическое значение, поскольку истощение сырьевых ресурсов Земли приведет к поиску и разведке полезных ископаемых, скрытых ледниками, в том числе и пресных вод в виде льда

Особую актуальность в последние годы приобрел экологический аспект бурения скважин в ледниках, связанный как со вступлением в силу Международного протокола по защите окружающей среды Антарктики, так и с планируемым исследованием озер, расположенных под ледниковым покровом Антарктиды и Гренландии Само обнаружение этих озер уже причислено к самым значительным географическим открытиям XX века Задача проникновения в подледниковые водоемы может быть решена только путем использования экологически чистой технологии бурения, исключающей попадание в водоем современной микрофлоры и обеспечивающей сохранение жизнеспособности реликтовых организмов

К настоящему времени специалистами Австралии, Германии, Дании, Италии, Канады, Новой Зеландии, России, США, Франции,

Японии и других стран разработаны десятки специальных буровых установок, предназначенных для сооружения скважин в ледниках За последние 50 лет в ледниках пробурено около 110 тыс пог м скважин Примерно четверть от общего объема бурения составляют глубокие скважины (глубиной более 1000 м), проходка которых проводилась электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле

Санкт-Петербургский государственный горный институт (СПГГИ) является лидирующей и в настоящее время единственной в России организацией, занимающейся разработкой технических средств и методов бурения глубоких скважин в ледниках Сотрудниками СПГГИ пробурено около 20 тыс пог м скважин, включая три глубокие скважины на станции Восток в центральной Антарктиде

Различные аспекты бурения скважин снарядами на грузонесущем кабеле рассматривались в работах отечественных и зарубежных ученых, среди которых следует выделить работы К В Блинова, H Е Бобина, H И Васильева, Р H Вострецова, J1.K Горшкова, Д H Дмитриева, А H Дмитриева, В С Загороднова, Э А Загривно-го, И А Зотикова, В M Зубкова, А В Красилева, Б Б Кудряшова, Б С Моисеева, В А Морева, В M Пашкевича, В Г Портнова, Л M Саватюгина, H И Слюсарева, В К. Чистякова, A M Шкурко, L Augustin, N Gundestrup, S Johnsen, S Hansen, В Koci, V Morgan, J Rand, H Rufli, H Shoji, F Wilhelms, H Ueda и др

Анализ современного состояния технологии бурения скважин в ледниках свидетельствует о низкой эффективности и высокой аварийности при проходке глубоких горизонтов ледниковых покровов, для которых характерно увеличение размеров кристаллов и наличие температур, близких к точке плавления льда Общепринятых рекомендаций по выбору рациональных параметров бурения такого льда на сегодняшний момент не существует. Недостаточная надежность процесса бурения нередко приводила к наиболее тяжелым по последствиям авариям в скважине - прихватам буровых снарядов.

Необходимость совершенствования технологии бурения глубоких скважин в ледниках определяет актуальность исследований по теме диссертации

Исследования проводились на кафедре технологии и техники бурения скважин СПГГИ на основе ряда госбюджетных и хоздоговорных тем и грантов государственных и общественных организаций, в частности, Гранта Государственного комитета РФ по делам науки и высшей школы «Оптимизация процесса бурения скважин во льду колонковыми электромеханическими снарядами на грузонесу-щем кабеле» (код темы по ГАСНТИ 38 59 15, 1993 г ), Гранта РФФИ 98-05-65573 «Исследование свойств озонобезопасных промывочных жидкостей для бурения скважин с целью изучения ледников и подледниковых отложений» (1999-2000 гг), Проекта № 7 «Проведение исследований ледяного керна и бурение базального льда без вхождения в подледниковое озеро Восток» (2000-2002 гг) и Проекта № 4 «Провести комплексные исследования подледникового озера Восток, оценить прошлые изменения климата по данным ледяных кернов, колонок морских и озерных отложений» (2003-2007 гг ) в рамках подпрограммы «Изучение и исследование Антарктики» Федеральной целевой программы «Мировой океан» Исследования параметров промывочных жидкостей проводились в Гляциологической лаборатории геофизического факультета Университета Копенгагена в соответствии с Грантом Совета ректоров Дании БШсШЭ № 4555 (1998-1999 гг )

Целью работы является снижение аварийности и повышение экологической безопасности бурения глубоких скважин в ледниках

Основная идея работы заключается в использовании низкотемпературной промывочной жидкости, состав и свойства которой обеспечивают необходимое и достаточное гидростатическое давление на стенках скважины и минимизируют отрицательное воздействие циркуляции очистного агента на здоровье рабочего персонала и объекты окружающей природной среды

Основные задачи исследований:

1) выявление и анализ функциональных связей между основными факторами и параметрами процесса бурения глубоких скважин в ледниках,

2) исследование устойчивости ствола скважин при глубоком бурении,

3) обоснование эффективной схемы циркуляции промывочной жидкости при бурении в ледниках,

4) разработка новых нетоксичных и экологически безопасных промывочных жидкостей,

5) обоснование надежной и безопасной технологии ликвидации прихватов буровых снарядов в скважине,

6) проверка результатов теоретических и экспериментальных исследований в полевых условиях

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1) Осложнения и аварии при электромеханическом бурении на глубоких горизонтах ледников, вызванные налипанием частиц льда на забойный буровой инструмент, обусловлены изменением теплофизических свойств и структуры льда и могут быть предупреждены путем нейтрализации тепловых потоков, возникающих в зоне разрушения, увеличением объемного расхода циркуляционной среды, изменением геометрии режущего инструмента и снижением адгезии между забойным буровым инструментом и ледяным шламом

2) В скважине, пробуренной в леднике, образуются интервалы с некомпенсированным горным давлением ледяной толщи, на которых под действием вязкопластического течения льда происходит деформация стенок скважины, при этом проходимость бурового снаряда на этих интервалах обеспечивается поддержанием необходимой плотности и уровня промывочной жидкости

3) Организация замкнутой циркуляции промывочной жидкости и использование смеси органических растворителей Еххзо1 марки О с дихлортрифторэтаном или кремнийорганических жидкостей класса олигодиметилсилоксановых соединений обеспечивают заданные технологические показатели бурения скважин в ледниках и повышают экологическую безопасность

4) Эффективная ликвидация прихватов буровых снарядов на глубоких горизонтах ледниковых покровов обеспечивается растворением льда в зоне прихвата путем доставки в эту зону органического растворителя, активного ко льду, например, этиленгликоля или его водного раствора, причем необходимое количество растворителя

определяется массой льда, подлежащего растворению, температурными условиями в скважине и концентрацией растворителя

Методика исследований. Поставленные задачи решались путем научного анализа и обобщения результатов исследований, опубликованных в отечественной и зарубежной литературе, теоретических и экспериментальных исследований процесса механического бурения льда, а также полевых исследований в Антарктиде и Гренландии

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается данными теоретических и экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью расчетных и опытных данных, положительными результатами внедрения разработок в практику бурения глубоких скважин в ледниках

Научная новизна заключается в установлении закономерностей, определяющих возникновение осложнений и аварий при бурении скважин на глубоких горизонтах ледников электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле и позволяющих реализовать мероприятия по их предотвращению и ликвидации с учетом термобарических условий в скважине и требований экологической безопасности

Практическая значимость работы заключается в разработке технико-технологических приемов бурения глубоких горизонтов ледников, существенно повышающих безопасность проходки, а также в создании новых рецептур промывочных жидкостей, не оказывающих вредного воздействия на окружающую среду в районе проведения буровых работ

Реализация результатов работы Результаты разработок использованы при бурении скважин в ледниках в Советских и Российских антарктических экспедициях на станции Восток и в Международном проекте колонкового бурения в Северной Гренландии

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на более чем тридцати конференциях и симпозиумах, в том числе двадцати - международных на 3-й Всесоюз-

ной конференции по механике и физике льда (Москва, 1988 г), на 1-м, 2-м, 3-м, 4-м и 5-м Международных симпозиумах по бурению разведочных скважин в осложненных условиях (Ленинград, Санкт-Петербург, 1989, 1992, 1995, 1998, 2001 гг), на научно-технической конференции «Оптимизация бурения скважин в осложненных условиях» (Донецк, 1991 г); на Юбилейной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Ф А Шамшева (Санкт-Петербург, 1993 г), на 4-м, 5-м и 6-м Международных симпозиумах «Ice Drilling Technology» (Токио, Япония, 1993 г , Нагаока, Япония, 2000 г , Шефердстоун, США, 2006 г ), на 3-м Международном симпозиуме "Горное дело в Арктике" (Санкт-Петербург, 1994 г), на Международной конференции "Общепланетарные проблемы исследования Земли", посвященной 200-летию со дня рождения И М. Симонова (Казань, 1994 г), на 7-м Международном симпозиуме «.SCA-LOP Symposium on Antarctic Logistics and Operations» (Кэмбрвдж, Великобритания, 1996 г), на 4-м и 5-м Международных Форумах «Минерально-сырьевые ресурсы стран СНГ» (Санкт-Петербург, 1996, 1997 гг), на 4-м Международном симпозиуме по применению математических методов и ЭВМ в горном деле, геологии и металлургии (Прага, Чехия, 1997 г ), на 2-й Санкт-Петербургской Ассамблее молодых ученых и специалистов «Молодые ученые - экологии города» (Санкт-Петербург, 1997 г ), на Международном симпозиуме «Lake Vostok Study Scientific Objectives and Technological Requirements» (Санкт-Петербург, 1998 г), на 2-й Международной научной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород» (Санкт-Петербург, 2000 г); на Научной конференции «Исследования и охрана окружающей среды Антарктики» (Санкт-Петербург,

2002 г), на Международной конференции «NorthGRIP Simposium», посвященной памяти Нильса Гундеструпа (Копенгаген, Дания,

2003 г); на XIII-м Гляциологическом симпозиуме «Сокращение гля-циосферьг факты и анализ» (Санкт-Петербург, 2004 г), на Юбилейной научно-практической конференции, посвященной 85-летию горно-электромеханического факультета СПГГИ (Санкт-Петербург,

2004 г ), на Международном симпозиуме «International Participation in Ice Core Sciences» (Вашингтон, США, 2004 г), на Международном совещании «Deep Ice Core Drilling» (Мюнхен, Германия,

2004 г ), на Международном симпозиуме «.New Technology of Water Well Drilling and Completion» (Китай, 2004 г ), на Научной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2005 г ), на Научной конференции «Россия в Антарктике» (Санкт-Петербург, 2006 г), на российско-французском семинаре «Восток 2007» (Санкт-Петербург, 2007 г )

Разработанный с участием автора «Метод экологически чистого вскрытия и исследования подледниковых озер» отмечен золотой медалью на 33-м Международном салоне изобретений, новой техники и товаров «Женева-2006» (6-10 апреля 2006 г, Швейцария).

Личный вклад автора состоит в выявлении проблемы, обосновании физических и математических моделей, постановке значительного объема экспериментальных исследований Полевые испытания проведены при непосредственном участии автора и связаны с реализацией проектов бурения глубоких скважин в Антарктиде и Гренландии

Автор выражает искреннюю признательность за поддержку и ценные замечания проф Б Б Кудряшову, проф Н И Васильеву, проф Н Е Бобину, проф Л К Горшкову, проф В К Чистякову, проф В П Онищину, проф Ю М Парийскому, а также сотрудникам научно-исследовательской лаборатории кафедры технологии и техники бурения скважин СПГГИ и геофизического факультета Университета Копенгагена

Публикации По теме диссертации опубликовано более 80 работ Тринадцать статей опубликованы за рубежом Статья «Экологические проблемы бурения в Антарктиде» стала победителем конкурса научно-популярных статей 1999 г, организованного Российским фондом фундаментальных исследований Статья «На пути к загадочному озеру Восток» награждена серебряным дипломом Четвертого Всероссийского конкурса «Наука - Обществу - 2005»

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, изложенных на 304 страницах машинописного текста, содержит 103 иллюстрации, 66 таблиц, библиографический список из 237 наименований.

Введение содержит обоснование актуальности темы и общую характеристику работы Поставлены цель, задачи и методика исследований, изложены основные защищаемые положения

Первая глава посвящена обзору и анализу современного состояния бурения глубоких скважин в ледниках

Во второй главе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса бурения глубоких скважин в ледниках электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле.

В третьей главе рассмотрена проблема устойчивости ствола скважин при глубоком бурении в ледниках, проведена корректировка реологической модели деформирования льда и предложена методика расчета дифференциального давления на стенках скважины и скорости сужения ствола скважины

В четвертой главе рассмотрены методы экологизации технологии бурения скважин в ледниках, даны рекомендации по организации промывочного хозяйства, приведены результаты разработок экологически безопасных рецептур промывочных жидкостей, рассмотрена технология экологически чистого вскрытия подледнико-вых озер

Пятая глава посвящена вопросам повышения эффективности и безопасности бурения глубоких скважин в ледниках электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле

В заключении приведены общие выводы и рекомендации

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Осложнения и аварии при электромеханическом бурении на глубоких горизонтах ледников, вызванные налипанием частиц льда на забойный буровой инструмент, обусловлены изменением теплофизических свойств и структуры льда и могут быть предупреждены путем нейтрализации тепловых потоков, возникающих в зоне разрушения, увеличением объемного расхода циркуляционной среды, изменением геометрии режущего инструмента и снижением адгезии между забойным буровым инструментом и ледяным шламом.

При бурении льда глубоких горизонтов возникают осложнения, заключающиеся в налипании ледяного шлама на поверхность породоразрушающего инструмента и колонковой трубы с последующим зашламованием призабойной зоны и резким возрастанием уровня мощности на электроприводе снаряда При несвоевременном прекращении рейса может произойти прихват бурового снаряда Другим осложнением при бурении такого льда является образование наледи на нижней поверхности резцов породоразрушающего инструмента и в промывочных окнах буровой коронки, препятствующее внедрению резцов в забой скважины без возможности разрушения льда и углубки

Основными причинами слипания частиц шлама и образования сальников являются следующие

Во-первых, на глубинах свыше 800 м в толще ледников наблюдается положительный температурный градиент, и температура льда повышается к подледниковому ложу, достигая на подошве температуры, близкой или равной температуре плавления льда При температуре -6,2 °С на поверхности льда практически мгновенно возникает квазижидкий слой воды толщиной около 10 А, и его толщина резко возрастает при приближении к температуре плавления Образование на поверхности льда квазижидкого водяного слоя приводит к значительному увеличению его адгезии

Во-вторых, поликристаллический лед с размерами кристаллов от первых миллиметров до первых сантиметров, характерный для верхней толщи ледника, на глубоких горизонтах ледников сменяется монокристаллическим льдом, имеющим размер кристаллов 1 м и более Изменение структуры льда вызывает увеличение усилий, необходимых для его разрушения, и изменение формы и крупности шлама

И, в-третьих, незначительная разница между температурой льда в естественном залегании и температурой его плавления обусловливает протаивание частиц ледяного шлама под воздействием теплоты, образованной при разрушении льда на забое скважины Протаявший ледяной шлам проявляет способность к быстрому взаимному слипанию, образованию ледяных пробок и сальников на поверхности бурового оборудования

Рассмотрим теплообменные процессы в зоне разрушения, полагая, что основным источником растепления льда является теплота трения передней грани резца об отделяемый элемент (рис 1) Тепловыделение на площадке контакта передней грани резца с отделяемым элементом имитируем плоским быстродвижущимся источником тепла переменной интенсивности, для которого скорость перемещения превышает скорость распространения тепла

^уууууууууууу, [///у/.

•ууууууууууууу 'ууууу. 'уууууу 'ууууу, \рууу/у/ууу/ 'уууууь^ 'уу/уууууа у//у/, ■ ■ ■—еУлДу////л

'ууууууууууууууууууууууууууууууууууу -р 'ууууууу, ^¿¿ууууууууууууууууууууууу/ууууууууу/ х'у/у/ууу, ~^у/уууууууууууууууу//ууууууууууууууу/уууууууууу! 'уууууууууууууу/ууууууууууууууууууууууууууууууу, 'уууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууууу?

Рис 1 Схема к анализу теплообменных процессов в зоне разрушения льда резанием

В общем случае в результате перехода работы по преодолению сил трения в тепло в части контактной зоны между отделяемым элементом и резцом будет иметь место плавление льда, в другой части - лишь его нагревание без изменения агрегатного состояния При этом будет справедлива система уравнений

» > к*/

где ц\ - удельный тепловой поток, образующийся вследствие перехода работы по преодолению сил трения в тепло, Вт/м2, и

- удельные тепловые потоки, образующиеся при создании температурного поля соответственно в отделяемом элементе и в резце, Вт/м2, и д$ - удельные тепловые потоки, расходуемые соответственно на плавление льда и нагрев водной прослойки между передней гранью резца и льдом, Вт/м2, Ць ~ удельный тепловой поток,

проходящий через водяную прослойку, Вт/м2, д*2 - часть теплового

потока образующегося в зоне плавления, Вт/м2

Подстановка соотношений теплофизики в систему уравнений теплового баланса (1) дает следующие выражения

С , -КОК1« +

Ыгк 4(1,51к-ц>)\аДм> 4(1,54-iv)

КЧ = ^ЛХ , I * 2/к

где Ртр - сила трения, Н; - скорость перемещения передней поверхности резца, м/с, 1К - длина контакта резца с определяемым элементом, м; - текущая координата, м (ось м направлена вдоль передней грани резца), Ь - ширина резца, м, и /2 - температура на поверхности соответственно льда и передней грани резца, °С,

- температура льда перед взаимодействием, °С, %л, Хр и \ - коэффициенты теплопроводности соответственно льда, резца и воды, Вт/(м °С), ал и ар - коэффициенты температуропроводности соответственно льда и материала резца, м2/с, к„ - коэффициент, учитывающий нагрев резца во времени (в первоначальный момент к,, = 1), ц/л - удельная теплота плавления льда, Дж/кг, рл - плотность льда, кг/м3, 5 - толщина образующейся водяной прослойки, м, с„ - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг °С), р„ - плотность воды, кг/м3, /* - длина зоны плавления, м

Если выделяющегося тепла будет недостаточно для плавления льда, то /] = /2, л' 0, /* = 0 При этих значениях параметров ре-

шение системы (2) дает следующее распределение температуры льда в контактной зоне-

Во избежание агрегатного перехода лед - вода должно соблюдаться условие ¿1 < гагр ((агр - температура плавления льда, °С) Тогда, после преобразования уравнения (3) получим следующее неравенство, определяющее условия, при которых не происходит плавления льда

0,752/^ (/„ - и^ _ щар + Ык1„ +

Iагр> / ,--I-\ (4)

Для области определения 0 < ж < 1К выражение, стоящее в правой части этого неравенства, имеет единственный экстремум в точке с абсциссой н> = 0,244 Для этой точки

'агр > / I--,-\ (5)

Ы„\Ку1<*р

Пусть температура льда отличается от температуры плавления на величину А/

Тогда, после преобразований неравенство (5) можно привести к следующему виду

Д/< - ---(7)

Правая часть этого неравенства позволяет определить критическую разницу между температурой льда в массиве и температурой плавления льда, при которой не происходит плавления отделяемого элемента Проанализируем это неравенство, имея в виду следующие соотношения

(8)

sino

/.=-4. (9)

sino

(Ю)

coso

где Px - горизонтальная составляющая силы резания, Н, (р - угол трения материала резца по льду, град, 5 - угол резания резца, град, к„ - коэффициент, отражающий отношение высоты контакта резца с массивом к глубине резания, h - глубина резания, м, vx - скорость резания, м/с

На рис 2 представлены критериальные графики, связывающие величину At и температуру плавления льда taep для различных значений коэффициента к„ В областях, лежащих выше критериальных прямых, происходит плавление льда при его разрушении При этом принимались следующие значения постоянных и коэффициентов Рх = 13 Н, h = 0,0004 м, Ъ = 0,012 м, vx = 1,2 м/с, X, = 2,22 Вт/(м °С), ал = 1,14 10"6 м2/с, кр = 45,4 Вт/(м °С), ар = 1,26 10"5 м2/с, ср = 5,2°, кв = 1

При расчетах предполагалось, что часть тепла, поступающего в резец, будет аккумулироваться в нем и расходоваться на увеличение его температуры, и коэффициент к„, учитывающий нагрев резца во времени, принимался равным 0,8, 0,6, 0,4 и 0,2 (для уточнения значений коэффициента при различных факторах необходимо проведение дополнительных исследований)

При бурении глубоких скважин в ледниковых покровах электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле осложнения, связанные с налипанием ледяного шлама на резцы и буровую коронку, стали наблюдаться при значениях разницы температур At

между температурой льда в массиве и температурой плавления в диапазоне -5,4 -1,1 °С (табл. 1), что совпадает с теоретическими значениями Д*, при которых тепло, выделяемое при разрушении, вызывает плавление отделяемого элемента льда

Рис 2 Предельная разница температур Д£ между температурой льда в массиве и температурой плавления (агр, при которой выделяемого при разрушении тепла недостаточно для плавления отделяемого элемента льда

Таблица 1

Характеристики первых осложнений при бурении глубоких скважин в ледниковых покровах Антарктиды и Гренландии

Расположение скважины Глубина, м Горное давление льда, МПа 'лг/7? ' Д/, °С

ст Восток, Антарктида 3500 31,9 -7,9 -2,5 -5,4

Купол С, Антарктида 3119 28,1 -5,8 -2,2 -3,6

база Конен, Антарктида 2670 24,3 -5,0 -1,9 -зд

Купол Р, Антарктида 3000 27,0 -3,2 -2,1 -1,1

ШМР-2, Гренландия 2931 26,2 -7,1 -2,1 -5,0

Таким образом, можно считать доказанным, что одной из причин протаивания частиц шлама и образования сальников является теплота, выделяющаяся при разрушении льда на забое скважины.

Анализ факторов, влияющих на интенсивность тепловыделения при разрушении льда, а также экспериментальные работы в Антарктиде и Гренландии выявили следующие основные средства повышения эффективности бурения льда глубоких горизонтов электромеханическими снарядами

1) нейтрализация тепловых потоков, возникающих в зоне разрушения, путем изменения теплофизических свойств резцов, например, за счет нанесения на их поверхность специальных порош-ково-полимерных композиций,

2) увеличение объемного расхода циркуляционной среды для охлаждения породоразрушающего инструмента и частиц ледяного шлама и ускорения выноса шлама,

3) изменение геометрии резцов породоразрушающего инструмента, способствующее дополнительному дроблению шлама;

4) снижение адгезии между поверхностями бурового инструмента и ледяного шлама путем добавления в призабойную зону небольшого количества антифриза или низкотемпературного масла.

2. В скважине, пробуренной в леднике, образуются интервалы с некомпенсированным горным давлением ледяной толщи, на которых под действием вязкопластического течения льда происходит деформация стенок скважины; при этом проходимость бурового снаряда на этих интервалах обеспечивается поддержанием необходимой плотности и уровня промывочной жидкости.

Вязкопластическое течение, называемое ползучестью, при котором пластические деформации происходят при воздействиях ниже предела текучести, является одной из их основных особенностей, оказывающих существенное влияние на технологию бурения глубоких скважин в ледниках Основным способом увеличения устойчивости ствола скважин в ледниках является заполнение ее жидкостью, обеспечивающей компенсацию горного давления ледяной толщи (рис 3, а)

- промывочная жидкость

—— лед

Рис 3 Схема буровой скважины (в) и изменение плотности р промывочной жидкости и льда (б) и дифференциального давления АР (в) по глубине г скважины 1 - дифференциальное давление снижается, 2 - дифференциальное давление остается примерно постоянным, 3 - дифференциальное давление увеличивается

С увеличением температуры, вследствие объемного расширения, плотность как промывочной жидкости, так и льда снижается, а с увеличением давления, вследствие сжимаемости - возрастает Совокупное влияние этих двух факторов приводит к изменению плотностей по глубине скважины (рис 3, б)

Гидростатическое давление промывочной жидкости Рг и горное давление ледяной толщи Рл могут быть определены в соответствии с основным законом гидростатики (Па)

Рг=-8] РОО^, (11)

где р(г) и р„(г) - распределение плотности соответственно промывочной жидкости и льда по глубине г (м), кг/м3, Н0 - уровень жидкости в скважине, м, Н конечная глубина скважины, м

С целью учета термобарических условий в скважине определение плотности жидкости предлагается проводить в два этапа Сначала рассчитывается плотность при реальных температурах в скважине по одной из следующих зависимостей

где р(/) и р,0 - плотность жидкости при температуре соответственно t

и ¿o (°С), кг/м3, а, - температурный коэффициент, кг/(м3-°С), ро - плотность жидкости при температуре О °С, кг/м3, р - коэффициент объемного расширения, К"1

Затем полученное значение плотности уточняется с учетом ее изменения под действием гидростатического давления

где р(Р,/) - плотность жидкости при реальных давлениях и температурах, кг/м3, а - коэффициент сжимаемости, Па"1

При этом гидростатическое давление рассчитывается по интервалам глубин, в пределах которых плотность принимается постоянной (расчет гидростатического давления по формуле трапеций или Симпсона провести невозможно, поскольку для расчета плотности на (/-1)-ом и ьом горизонтах скважины требуется знать давление Рг, точное значение которого на г-ом интервале еще неизвестно)

р(0 = в,('-'о) + Р|„

p(í) = a,í + p0;

(13)

(14)

(15)

Горное давление ледяной толщи может быть также рассчитано по этой же методике, однако практически это нецелесообразно, так как изменение плотности ледяной породы по глубине является очень незначительным (в пределах 0,3-0,5 %) и связано в основном с наличием воздушных включений в снежно-фирновой зоне на верхних горизонтах ледников Для учета давления снежно-фирновой зоны, плотность которой значительно отличается от средней плотности льда по разрезу ледника, ее глубину можно привести к эквивалентной глубине Н\ (м), которая равна мощности ледяной толщи того же веса

Я, = (18)

Р,

где Нсп - мощность снежно-фирновой зоны, м, рл и рс - средняя плотность соответственно ледяной породы и снежно-фирновой зоны, кг/м3

Тогда горное давление льда с достаточной для практических целей точностью можно определить по соотношению

09)

Деформация стенок скважины происходит под воздействием дифференциального давления ДР

А Р = Р,-Р, (20)

Ползучесть льда наблюдается при любых значениях дифференциального давления, отличных от нуля, поэтому полное сохранение устойчивости стенок скважины наблюдается только при АР = 0, или, учитывая уравнения (11) и (12), при выполнении следующего условия

][р(г)-р,(г))Ь = 0 (21)

На практике соблюсти это условие не представляется возможным В любом случае в верхней части разреза скважины от поверхности ледника при г = 0 до глубины Н0 (уровня жидкости в

скважине) имеет место нарастание отрицательного дифференциального давления (см рис 3, в)-

Но

ДР = -Я/р,(г)<гг, 0<2<#о (22)

Ниже по разрезу скважины дифференциальное давление определяется с учетом соотношений (17) и (19)

АР = §^р(Рл\к1-р,1§{Н~Н1), Н0<г <Н (23)

При этом могут наблюдаться следующие основные случаи изменения дифференциального давления по глубине скважины

1 - дифференциальное давление снижается,

2 - дифференциальное давление остается примерно постоянным,

3 - дифференциальное давление увеличивается с глубиной вплоть до гидростатического равновесия вблизи конечной глубины скважины

Дифференциальное давление, рассчитанное по формулам (22) и (23) для глубоких скважин на станции Восток в Антарктиде, а также скважин С18Р-2 и КОШР-2 в Гренландском ледниковом покрове, сравнивалось с опытными данными

На рис 4 приведены два графика распределения дифференциального давления по глубине скважины ЫОМР-2 по гидростатическому давлению, измеренному при помощи кварцевого манометра типа 75К-002, откалиброванного с относительной погрешностью ±0,04 %, и по рассчитанному гидростатическому давлению Разница в призабойной части скважины составила по абсолютной величине всего 0,025 МПа Высокая сходимость расчетных значений и экспериментальных данных свидетельствует о достоверности исходных теоретических положений

В скважине всегда существует интервал, в котором напряжения, возникающие на стенках, не скомпенсированы гидростатическим давлением столба промывочной жидкости и ствол скважины деформируется

V 1 2

1000

1500

2000

2500

г, м

Рис 4 Дифференциальное давление АР на стенках скважины МОШР-2 (Гренландия, 2001 г ) 1 - по измеренному гидростатическому давлению, 2 - по рассчитанному гидростатическому давлению

Согласно теории вязкопластического течения льда, предложенной Дж Гленом для стадии вторичной (установившейся) ползучести, изменяющийся диаметр скважины Д можно найти из следующего соотношения (м).

Д = Д ехр

(24)

где Д - первоначальный диаметр скважины, м, к- параметр потока, МПа"я год"1, п - безразмерный показатель ползучести льда (п « 3), 9 - время, годы

Анализ экспериментальных исследований скорости сужения ствола скважин, пробуренных в ледниках, свидетельствуют о том, что изменения параметра потока к могут быть представлены в виде экспоненциальной функции вида

к = к0еа, (25)

где ко - параметр ползучести, не зависящий от температуры, МПа"" год"', с - размерный эмпирический коэффициент, °С"1, / - температура, °С

Подстановка этого соотношения в выражение (24) дает возможность проводить прогнозирование скорости сужения ствола скважины в ледяном массиве

А = А ехР

Кеа

—Те

. п )

(26)

В результате экспериментальных исследований ползучести льда получено, что эмпирический коэффициент с постоянен и равен 0,12 °С~1, а величина параметра потока ко меняется в зависимости от особенностей строения ледяной толщи - размеров кристаллов, содержания пыли и газов и др Обработка многолетних наблюдений диаметра глубокой скважины ЗГ, пробуренной на станции Восток в Антарктиде, показала, что значение параметра ползучести к0 в интервале глубин от 1100 до 1700 м находится в диапазоне 24,1-29,4 МПа3 год1

Анализ выражений (23) и (26) свидетельствует о том, что изменение дифференциального давления и соответствующей деформации ствола скважины возможно только путем регулирования плотности и уровня промывочной жидкости в скважине

Плотность и уровень промывочной жидкости должны устанавливаться, исходя из условия создания необходимого противодавления на стенки скважины, обеспечивающего допустимую по технологическим соображениям скорость сужения ствола скважины в интервалах с отрицательным дифференциальным давлением

или с учетом выражения (26)

£>0 \ ехр

кпес>

Г— I е

V и

(27)

где [А£>] - допустимое изменение диаметра ствола скважины, при котором обеспечивается беспрепятственное прохождение бурового снаряда и другого скважинного оборудования, м

3. Организация замкнутой циркуляции промывочной жидкости и использование смеси органических растворителей Еххэо! марки 2) с дихлортрифторэтаном или кремнийорганиче-ских жидкостей класса олигодиметилсилоксановых соединений обеспечивают заданные технологические показатели бурения скважин в ледниках и повышают экологическую безопасность.

Основным источником экологической опасности при бурении скважин в ледниках являются материалы и реагенты, применяемые для приготовления промывочной жидкости, попадание которых в окружающую среду может нанести не только непоправимый ущерб здоровью рабочего персонала, но и приводит к необратимому загрязнению атмосферы и ледовых толщ Особую актуальность проблема экологии промывочных жидкостей получила в связи с реализацией проектов вскрытия подледниковых озер в Антарктиде и Гренландии

В практике бурения глубоких скважин в ледниках использовались три типа органических промывочных жидкостей (рис. 5) 1) углеводородные жидкости, содержащие различного рода утяжелители, 2) водные растворы спиртов, 3) сложные эфиры В качестве альтернативы рассматривается возможность использования крем-нийорганических жидкостей

Экспериментальные работы по бурению скважин в ледниковых покровах Антарктиды и Гренландии показали, что до 40 % жидкости, закачанной в скважину, извлекается на поверхность вместе с грузонесущим кабелем и буровым снарядом при проведении спуско-подъемных операций Поэтому первоочередной мерой, направленной на улучшение экологической обстановки, является снижение

потерь промывочной жидкости на поверхности за счет использования замкнутого цикла промывки

Рис 5 Классификация промывочных жидкостей для бурения скважин в ледниках

Утилизация промывочной жидкости, включающая сбор жидкости с лотков и очистку от шлама при помощи центрифугирования, позволяет существенно повысить экологичность бурения за счет предотвращения попадания компонентов промывочной жидкости в окружающую проницаемую снежно-фирновую зону и в атмосферу

В соответствии с контрольными замерами, проведенными при бурении глубокой скважины МОМР-2 в Гренландском ледниковом покрове с использованием замкнутого цикла промывки, потери снизились на 66 %, а общий расход промывочной жидкости на 1 п м скважины - на 14 % (рис 6)

Рис 6 Схема утилизации промывочной жидкости при бурении скважины 1чЮИР-2, Гренландия (в скобках указан расход жидкости на 1 п м скважины)

Разработанная в соответствии с усовершенствованной схемой станция приготовления промывочной жидкости обеспечивает строгое соблюдение рецептуры и технологического режима промывки и существенно снижает расход промывочной жидкости Станция представляет собой замкнутую гидротранспортную цепь, работа которой осуществляется автоматически по заданному циклу

Другими способами повышения экологичности процесса бурения скважин в ледниках являются как поиск менее токсичных компонентов уже существующих рецептур промывочных жидкостей, так и разработка новых экологически безопасных промывочных жидкостей

Большая часть глубоких скважин в ледниках пробурено с использованием углеводородных жидкостей типа керосина, оказывающих вредное воздействие на людей, животных и растения и, как следствие, имеющих низкую разрешенную или рекомендуемую предельно-допустимую концентрацию (табл 2)

В качестве основы углеводородной жидкости предлагается использовать органические растворители Exxsol серии D (производитель - корпорация Exxon Chemical Со), в которых содержание наиболее токсичных соединений - ароматических углеводородов -примерно в 50 раз меньше, чем в применявшихся авиационных топ-ливах типа керосина

Низкая плотность углеводородных жидкостей вынуждает использовать для утяжеления столба жидкости различные добавки, например, этиленовые углеводороды или хлорфторуглероды

Этиленовые углеводороды (перхлорэтилен, трихлорэтилен и др) являются высокотоксичными канцерогенными соединениями, поэтому в настоящее время их применение с точки зрения токсикологических требований является недопустимым

Хлорфторуглероды являются практически безвредными по отношению к человеку соединениями Однако в середине 1970-х гг было установлено, что они способствуют разрушению озонового слоя Земли Поэтому международным сообществом приняты протоколы (Монреаль, 1987 г, Лондон, 1990 г, Копенгаген, 1992 г.), согласно которым производство и использование хлорфторуглеро-дов, активно разрушающих озоновый слой прекращается с 2000 г , а менее активных - так называемых хлорфторуглеродов «второго поколения» - с 2030 г.

С целью определения возможности применения в качестве утяжелителей промывочной жидкости хлорфторуглеродов «второго поколения» - дихлортрифторэтана HCFC 123 и дихлорфторэтана HCFC 141 b в смеси с растворителями Exxsol серии D проведены комплексные исследования по определению их плотности, вязкости, совместимости с различными конструкционными материалами, характера взаимодействия со льдом

Установлено, что плотности компонентов находятся в линейной зависимости от температуры (табл 3)

Исходя из принципа аддитивности объема, при котором объем смеси равен сумме объемов компонентов, определены расчетные зависимости плотности жидкости, составленной из растворителя Exxsol марок D30 и D60 и хлорфторуглеродов HCFC 123 и HCFC 141b (табл 4)

Таблица 2

Экологические свойства компонентов промывочных жидкостей, используемых при бурении скважин в ледниках

Компоненты промывочной жидкости Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны ODP GWP

Керосин REL = 14 ррт (100 мг/м3), ПДК„3 = 600 мг/м3 - -

Растворители Еххэо! марки Б TLV = 300 мг/м3 - -

Трихлорэтилен PEL = 50 ррт, TLV = 50 ррт, REL = 250 ррт, МАК = 50 ррт (270 мг/м3), ПДКЮ = 10 мг/м3 - -

Перхлорэтилен PEL = 25 ррт, TLV = 50 ррт, МАК = = 50 ррт (345 мг/м3), ПДКрз = 10 мг/м3 - -

СРСИ PEL = 1000 ррт, TLV = 1000 ррт, МАК = 1000 ррт (5600 мг/м3), ПДКрз = 5000 мг/м3 1 1

СРС 113 TLV = 1000 ррт (7600 мг/м3) 1,07 1,4

НСРС 123 TLV = 500 ррт 0,02 0,022

НСРС 141Ь TLV = 500 ррт 0,11 0,09

НСРС 225са TLV = 500 ррт 0,025 0,04

Этиленгликоль PEL = 50 ррт, TLV = 50 ррт, МАК = = 10 ррт (26 мг/м3), ПДКрз = 0,1 мг/м3 - -

Этанол PEL = 1000 ррт, TLV = 1000 ррт, МАК = 1000 ррт (1900 мг/м3), ПДКрз = 1000 мг/м3 - -

и-Бутилацетат PEL = 150 ррт, TLV = 150 ррт (710 мг/м3), МАК = 200 ррт (950 мг/м3), ПДК„з = 200 мг/м3 - -

Примечание: ПДКрз - предельно допустимая концентрация вещества в воздухе рабочей зоны, PEL (Permissible Exposure Level - допустимый уровень воздействия внешних факторов), разработанный Административным советом профессиональной безопасности и здоровья США (OSHA), TLV {Threshold Limit Value - пороговое предельное значение), разработанный Американским обществом специалистов по санитарной гигиене государственных предприятий (ACGIH), REL (Recommended Exposure Level - рекомендуемый уровень воздействия внешних факторов), разработанный Национальным институтом профессиональной безопасности и здоровья США (NIOSH), МАК (Maximum Annehmbar Konzentration - максимально допустимая концентрация), разработанный Научным обществом Германии (DFG), ODP (Ozone Depletion Potential) - потенциал истощения озонового слоя, GWP (Global Warming Potential) - потенциал глобального потепления

Таблица 3

Экспериментальные зависимости плотности р (кг/м3) растворителя типа Еххво1 (БЗО и БбО) и утяжелителей (НСРС 123 и НСРС 141Ь)

от температуры I

Тип жидкости Диапазон температур, °С Зависимость

Еххво! ЭЗО -57 +22 р = - 0,726/ + 767,0

Ехх$о1 Б60 -35 0 р = - 0,71 и + 800,1

НСРС 123 -58 +22 р = -2,210?+ 1527,8

НСРС 141Ь -50 -10 р = - 1,733/ + 1280,5

Таблица 4

Расчетные зависимости плотности смеси рсм (кг/м3) растворителя типа Ехх8о1 с утяжелителями НСРС 123 и НСРС 141Ь от температуры I (°С) и массовой концентрации утяжелителя См (дол. ед.)

Марка растворителя Утяжелитель Расчетные зависимости

Ехх8О1 060 НСРС 123 800,1-0,711/ Рсм 1 727,7-1,499/ м 1527,8-2,21/

Еххво! Б60 НСРС 141Ь 800,1-0,711/ Р'л_1 480,4-1,022/ " 1280,5-1,733/

£ххво1 Ш0 НСРС 123 767-0,726/ Рс"~ 1 С 7б0-8~1'484/ м 1527,8-2,21/

Ехх8о1 БЗО НСРС 141Ь 767-0,726/ Ра1~1 513,5-1,007/ и 1280,5-1,733/

Для проверки возможности применения принципа аддитивности расчетные зависимости плотности смеси сопоставлены для выбранных значений массовой концентрации утяжелителя с зависимостями, полученными экспериментальным путем (табл 5) В исследуемом температурном интервале максимальные относительные отклонения А не превышают 0,3 %

Таблица 5

Расчетные и экспериментальные зависимости плотности смеси Рш (кг/м3) растворителя типа Еххво1 с утяжелителями НСРС 123 и НСРС 141Ь от температуры / (°С)

Марка растворителя Утяжелитель (См, %) Расчетные зависимости Экспериментальные зависимости А, %

Еххво1 Б60 НСРС 123 (25,0 %) рс„ = -0,881/ +908,6 рс„ = -0,878/ + 906,1 0,27

Еххво! Б60 НСРС 141Ь (31,7%) ра„ =-0,899/+908,0 рсм = -0,896/ + 905,8 0,24

Еххво1 030 НСРС 123 (27,6 %) Ал, ~ -0,91 1/ + 899,4 Рем" -0,921 / + 888,3 0,12

Еххяо! Ю0 НСРС 141Ь (34,2 %) рь„ =-0,923/+888,8 Рсм = -0,873/ + 890,6 0,20

Исследования вязкости смеси растворителя Еххэо! с хлор-фторуглеродами НСБС 123 и НСБС 141Ь показали, что добавление утяжелителей приводит к снижению вязкости смеси Это свойство является особо актуальным ввиду того, что вязкость промывочных жидкостей оказывает значительное влияние на гидравлические сопротивления при движении бурового снаряда в скважине и скорость проведения спуско-подъемных операций

Утяжелитель НСБС 141Ь впервые был успешно применен при бурении скважины 5Г-1 на станции Восток в 1993 г , а утяжелитель НСБС 123 в смеси с растворителем Еххзо1 Б60 - в глубокой скважине ЫОШР-2 (Гренландия) в 1999 г

Использование этих жидкостей позволяет снизить риск, связанный с нанесением ущерба объектам окружающей природной среды, однако не может полностью решить эту проблему Растворители марки Еххбо1, хотя и являются менее токсичными, чем другие керосины, но, тем не менее, требуют соблюдения не только повышенных требований промышленной гигиены, но и восстановления нарушенных объектов окружающей среды Использование хлорфторуглеро-дов «второго поколения» НСБС 123 и НСРС 141Ь разрешено только до 2030 г их производство активно сокращается, а стоимость за последнее десятилетие выросла на порядок

Коренным образом изменить экологическую обстановку в

районе проведения буровых работ позволяет использование новых современных синтетических полимеров - кремнийорганических жидкостей В качестве низкотемпературной промывочной жидкости для бурения скважин в ледниках рекомендуется использование оли-годиметилсилоксановых соединений класса KF96 (производитель -компания Shin-Etsu Chemical Со, Япония), представляющих собой наиболее многочисленный и наиболее широко используемый класс кремнийорганических жидкостей В промышленности олигодиме-тилсилоксановые жидкости используются как гидравлические жидкости, смазки, жидкие диэлектрики, ингредиенты косметических товаров

Они характеризуются низкой температурой застывания, высокими диэлектрическими показателями, гидрофобностью, физико-химической инертностью, текучестью при температурах до -60 °С Олигодиметилсилоксановые жидкости класса KF96 являются безвредными по отношению к здоровью людей и животных, для них не установлены какие-либо нормативные предельно допустимые концентрации

Экспериментальные исследования плотности, вязкости и других свойств олигодиметилсилоксановой жидкости KF96-2,0cs (табл 6) показали, что она полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым промывочным жидкостям для бурения скважин во льду

Таблица 6

Основные свойства олигодиметилсилоксановой жидкости KF96-2,0cs

Химическая формула (CH3),2ShO,

Молекулярная масса 340-370

Плотность при 20 °С, кг/м3 870-878

Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с 2,0

Плотность в зависимости от температуры, кг/м3 р = 0,968;+ 894,1

Кинематическая вязкость в зависимости от температуры, мм2/с 582,2 , lgv =--1,65 273,1 + t

Температура застывания, °С -84

Температура вспышки, °С 56

Авторские права на использование кремнийорганических соединений в качестве промывочных жидкостей защищены Патентом РФ № 2168532 (авторы В К Чистяков., П.Г Талалай , В И. Степанов; опубл в Бюл № 16, 2001) Использование олигодиметилсилоксано-вой жидкости при вскрытии подледникового озера Восток получило положительное заключение Государственной экологической экспертизы (Министерство природных ресурсов РФ, приказ № 257 от 26 03 2001)

4. Эффективная ликвидация прихватов буровых снарядов на глубоких горизонтах ледниковых покровов обеспечивается растворением льда в зоне прихвата путем доставки в эту зону органического растворителя, активного ко льду, например, эти-ленгликоля или его водного раствора, причем необходимое количество растворителя определяется массой льда, подлежащего растворению, температурными условиями в скважине и концентрацией растворителя

Процесс бурения глубоких горизонтов ледниковых покровов электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле нередко сопровождается различного рода осложнениями и авариями, среди которых самым тяжелым по последствиям является прихват бурового снаряда Помимо методов и средств, направленных на снижение аварийности бурения, весьма актуальной остается задача эффективной ликвидации прихватов буровых снарядов.

Для надежной и безопасной ликвидации прихватов предлагается использовать органические растворители, способные интенсивно растворять лед при отрицательных температурах К таким реагентам относятся некоторые виды спиртов - этиленгликоль, этанол и др Кинетика разрушения льда весьма сложна и мало изучена

Для оценки скорости растворения льда в этиленгликоле и его водном растворе предварительно взвешенные образцы помещались на определенное время в охлажденную жидкость и тщательно взвешивались после взаимодействия Интенсивность растворения оценивалась скоростью изменения массы льда в единицу времени

В результате экспериментальных исследований было установлено, что скорость таяния льда в этиленгликоле и его водном

растворе зависит от концентрации растворителя, а также температуры растворителя и льда (табл 7)

Таблица 7

Скорость растворения льда в этиленгликоле и его водном растворе

Тип жидкости Концентрация, % масс. Температура, °С Длительность воздействия, ч Скорость растворения, г/ч

Водный раствор этиленгликоля 11 -2,5 0,5 1,0

Этиленгликоль 100 - 11 1,75 12,5

Растворение льда происходит вплоть до образования раствора равновесной концентрации, при которой система находится в состоянии термодинамического равновесия Равновесная концентрация равна массовому содержанию этиленгликоля при температуре его замерзания Сначала, при увеличении концентрации, температура замерзания водного раствора этиленгликоля падает, достигая минимума -52 °С при 62 % масс , а затем наблюдается рост температуры замерзания до -12,6 °С для чистого этиленгликоля

В интервале от 0 до 62 % масс равновесная концентрация Ср этиленгликоля зависит от температуры t (°С) следующим образом

Ср = -6,0 КГ4*3 -6,21 1СГ2 -2,78/ (28)

Зная температуру льда в районе аварийного снаряда, можно рассчитать равновесную концентрацию этиленгликоля и далее оценить количество реагента тэ, необходимое для растворения льда массой тл (кг)

-^-ч (29)

где Сэ - концентрация раствора этиленгликоля, планируемого для использования при ликвидации прихвата, % масс

Доставка этиленгликоля к аварийному снаряду при помощи желонок, как правило, невозможна, так как в скважине находится грузонесущий кабель Как показали экспериментальные работы по

ликвидации прихвата бурового снаряда в глубокой скважине М7ЖР-2 (Гренландия) в 2000 г, заливка в скважину водного раствора этиленгликоля с поверхности оказалось малоэффективной (табл 8) На пути к аварийному снаряду произошло растворение стенок скважины и полное разубоживание раствора

Таблица 8

Ликвидированные прихваты буровых снарядов

Скважина Дата Аварий- Масса этиленгли- Общее вре-

аварии ная глу- коля, опущенного в мя ликвида-

бина, м скважину, кг ции аварии

ШМР-2, 15/07/00 2931 150*+6,0 5 суток

Гренландия 02/07/01 2984 5,0 7ч

04/07/01 2987 2,5 7ч

08/07/01 2994 4,5 14ч

27/07/01 3000 4,0 19 ч

03/07/04 3015 1,7 8ч

Купол С, Антарктида 21/12/04 3270 2,0 8ч

5Г-1 (Восток), Антарктида 13/01/07 3658 90* 25 суток

^Охлаждающая жидкость типа тосол (Сэ « 62 % масс )

Для доставки растворителя к аварийному снаряду предложено замораживать его на поверхности в виде таблеток и затем опускать в скважину Основная часть разреза скважины имеет температуру ниже температуры плавления этиленгликоля, что предохраняет его от растепления на пути к аварийному снаряду Попав на верхнюю часть бурового снаряда, где температура выше температуры плавления этиленгликоля, он расплавляется и стекает вниз, растворяя лед непосредственно в зоне прихвата

В самой глубокой скважине во льдах - скважине 5Г-1 на станции Восток (Антарктида) - на глубине 3658 м в январе 2007 г грузонесущий кабель был выдернут из кабельного замка, поэтому водный раствор этиленгликоля доставлялся непосредственно к аварийному снаряду при помощи желонки

Предложенная технология ликвидации прихватов буровых снарядов была неоднократно использована при бурении глубоких

скважин в Антарктиде и Гренландии, в том числе при непосредственном участии автора

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Основной проблемой бурения глубоких горизонтов ледников являются осложнения и аварии, вызванные налипанием частиц ледяного шлама на забойный буровой инструмент Этот процесс обусловлен возникновением на поверхности льда при температурах, близких температуре плавления, квазижидкого слоя воды, изменением кристаллической структуры льда, а также теплотой, выделяющейся при разрушении льда на забое скважины

2 Теоретические исследования теплового режима разрушения льда резанием позволяют выделить параметры режима бурения, при которых не происходит плавления отделяемого элемента льда, тем самым определяют возможности нейтрализации тепловых потоков, возникающих в зоне разрушения, и снижения интенсивности растепления льда

3 Разработанный метод определения гидростатического давления столба промывочной жидкости в скважине с учетом влияния объемного расширения и сжимаемости на плотность жидкости является основой для расчета дифференциального давления на стенках скважины по всей ее глубине и открывает новые возможности при проведении исследований в других научно-практических областях при прогнозировании газо- и нефтепроявлений, для создания гидроразрыва пласта в скважине, при конструировании глубоководных аппаратов и т д

4 Уточненная реологическая модель течения льда позволяет прогнозировать скорость сужения ствола скважины в ледяном массиве с учетом практически всех факторов, определяющих этот процесс - дифференциального давления на стенках скважины, особенностей строения и состава льда, начального диаметра скважины, длительности процесса

5 Разработанная схема станции приготовления промывочной жидкости представляет собой замкнутую гидротранспортную цепь, работа которой осуществляется автоматически по заданному циклу, что обеспечивает строгое соблюдение рецептуры и технологическо-

го режима промывки, снижает расход промывочной жидкости и существенно повышает экологическую безопасность бурения.

6. Используемые в настоящее время промывочные жидкости наносят значительный ущерб объектам окружающей природной среды Реальное улучшение экологической обстановки в районе проведения буровых работ достигается путем внедрения в практику проходки нового современного класса полимерных соединений -низкотемпературных олигодиметисилоксановых жидкостей

7 Надежным и эффективным способом ликвидации прихватов электромеханических снарядов в скважине является использование активных по отношению ко льду реагентов, например, этиленгликоля, теплофизические свойства которого позволяют опускать его в скважину в твердом (замороженном) состоянии

8 Эффективность разработанных средств и методов повышения безопасности бурения глубоких скважин в ледниках электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле подтверждена результатами полевых работ при сооружении глубокой скважины М7/?/Р-2, прошедшей через всю толщу Гренландского ледникового покрова и вскрывшей на глубине 3085 м подледниковый водоем, и на станции Восток в центральной Антарктиде, где продолжается проект бурения глубокой скважины 5Г-1

9 Будущие научно-исследовательские работы по повышению эффективности бурения глубоких скважин в ледниках снарядами на грузонесущем кабеле следует направить на повышение уровня контроля и управления процесса бурения, а также изучение влияния технико-технологических особенностей бурения на геометрические параметры скважины - интенсивность отклонения ствола скважины от вертикали, форму поперечного сечения скважины, разработку диаметра скважины, кавернозность и др

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Механическое бурение скважин во льду учеб пособие / Н Е Бобин, Н И Васильев, Б Б Кудряшов и др - Л ЛГИ, 1988 - 90 с

2 Васильев, Н.И. Результаты стендовых экспериментальных исследований процесса бурения льда механическим буровым снарядом КЭМС-112 / Н И Васильев, П Г Талалай, В В Уфаев // Записки ЛГИ -1988 - Т 116 - С 82-86

3 Васильев, Н.И. Бурение и геофизические исследования скважины на леднике Вавилова (Северная Земля) в 1988 г / НИ Васильев, К В Блинов, Г В Денисов и др // Материалы гляциологических исследований - 1989 -Вып 67 - С 249

4 Бурение скважин в снежно-фирновых и ледовых толщах за рубежом / Б Б Кудряшов, П Г Талалай, В К Чистяков - М ВИЭМС, 1991 - 57 с - (Техника, технол и организация геол -развед работ Обзор)

5 Кудряшов, Б.Б. Бурение скважин с отбором керна электромеханическим снарядом на грузонесущем кабеле в ледниковых и подледни-ковых породах / Б Б Кудряшов, В К Чистяков, Н И Васильев, П Г Талалай // Материалы гляциологических исследований - 1991 - Вып 71 -С 165-170

6 Васильев, Н И. Оптимизация процесса разрушения льда резанием /НИ Васильев, П Г Талалай, В К Чистяков // Записки ЛГИ - 1991 -Т 125 - С 108

7 Васильев, Н.И. Бурение неглубоких скважин в ледниках /НИ Васильев, С П Жигалев, В М Зубков и др // Материалы гляциологических исследований - 1993 -Вып 77 - С 74-77

8 Талалай, П.Г. О разрушении льда при вращательном бурении/ П Г Талалай // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые Вып 16 Межвуз научн темат сб — Екатеринбург УГИ, 1993 -С 91-97

9 Васильев, Н.И. Стенд для исследования процесса разрушения льда резцовыми коронками и анализ экспериментальных данных /НИ Васильев, ПГ Талалай, В В Уфаев // Методика и техника разведки, № 3 (141) - СПб ВИТР, 1993 -С 98-105

10 Меньшиков, Н.Г. Экспериментальные исследования свойств заливочной жидкости для бурения глубоких скважин во льдах / Н Г Меньшиков, ПГ Талалай // Методика и техника разведки, № 3 (141) -СПб ВИТР, 1993 - С 115-119

11 Vasiliev, N.I. Core drilling by electromechanical drill / NI Vasiliev, В В Kudiyashov, P G Talalay, V К Chistyakov // Polar Record - 1993 -Vol 29, № 170 -P 235-236

12 Vasiliev, N.I. Investigation of the ice cutting process by the rotary drill/N I Vasiliev, PG Talalay//Memoirs of National Inst of Polar Research -1994 - Spec Issue 49 -P 132-137

13 Kudryashov, B.B. KEMS-112 electromechanical ice core drill / В В Kudryashov, N I Vasiliev, P G Talalay // Memoirs of National Inst of Polar Research - 1994 - Spec Issue 49 -P 138-152

14 Васильев, Н.И. Исследование системы удаления и сбора шлама при бурении скважин во льду электромеханическими снарядами на гру-зонесущем кабеле /НИ Васильев, П Г Талалай // Методика и техника разведки, № 4 (142) -СПб ВИТР, 1995 - С 97-104

15 Промывочные среды для бурения скважин в криолитозоне и ледниках учеб пособие /ВС Литвиненко, П Г Талалай, В К Чистяков -СПб СПГГИ, 1996 - 69 с

16 Kudryashov, B.B. Drilling equipment and technology for deep ice coring in Antarctica / В В Kudryashov, A V Krasilev, P G Talalay et al // Proceedings of the Seventh SCALOP Symposium on Antarctic Logistics and Operations, 5-9 Aug 1996, Cambridge - Cambridge, British Antarctic Survey, 1998 -P 205-212

17 Blraov, K.V Prognostication of boreholes attention in plastic rocks / К V Blinov, P G Talalay // Vl-th International Symp on Application of Mathematical Methods and Computers in Mining, Geology and Metallurgy Proceedings Vol MI - Prague, Czech Republic, 6-10 Oct 1997 -P 2

18 Механическое бурение скважин во льду учеб пособие / Н Е Бобин, Н И Васильев, Б Б Кудряшов, П Г Талалай, Г К Степанов [на китайском языке] - Китай, 1998 - 87 с

19 Chistmykov, V.K. Hole liquids for the drilling up to subglacial lake Vostok / V К Chistiaykov, P G Talalay // Lake Vostok Study Scientific Objectives and Technological Requirements Int Workshop / Abstracts St Petersburg, Russia, 24-26 March, 1998 - St. Petersburg AAR1, 1998 -P 88-89

20 Блинов, K.B. К расчету гидростатического давления в стволе скважины / К В Блинов, П Г Талалай // Методика и техника разведки, № 8 (146) -СПб, ВИТР, 1998 -С 131-136

21 Промывочные среды для бурения скважин в мерзлых породах и льдах / В К Чистяков, П Г Талалай, А А Яковлев, А М Яковлев - М

Геоинформмарк, 1999 - 78 с - (Техника, технол и организация геол -развед работ Обзор)

22 Чистяков, В.К. Особенности промывки при бурении скважин в ледниках и ледниковых покровах / В К Чистяков, П Г Талалай // Сборник науч тр Национальной горной академии Украины, № 6, Т 4 - Днепропетровск, 1999 - С 85-89

23 Талалай, П.Г. Закономерности циркуляционных процессов при бурении скважин электромеханическими снарядами га грузонесущем кабеле / IIГ Талалай // Методика и техника разведки, № 9-10 (147-148) -СПб ВИТР, 1999 - С 173-182

24 Талалай, П.Г Экологическая безопасность промывочных сред для бурения глубоких скважин в ледниках / П Г Талалай, В К Чистяков // Геологические исследования и охрана недр Науч -техн информ сб - М Геоинформмарк, 2000 -Вып 2 - С 34-47

25 Гундеструп, Н Бурение глубоких скважин в Гренландском ледниковом покрове / Н Гундеструп, С Джонсен, С Хансен, П Г Талалай // Геологическое изучение и использование недр Науч -техн информ сб -М Геоинформмарк,2000 -Вып 2 -С49-61

26 Талалай, П.Г. Экологические проблемы бурения в Антарктиде / П Г ТалаЛай, В К Чистяков // Российская наука Грани творчества на грани веков Сб науч -популярн статей Под ред акад В П Скулачева - М Научный мир, 2000 - С 374-382

27 Талалай, П.Г. Результаты бурения глубоких скважин в центральной части Гренландского ледникового покрова / П Г Талалай, Н С Гундеструп // IV Межд симп по бурению скважин в осложненных условиях 8-12 июня 1998 г, Санкт-Петербург - СПб СПГГГИ, 2000 - С 37-44

28 Талалай, П.Г. Через Гренландский ледниковый щит / П Г Талалай // Природа - 2001 - № 8 - С 44-52

29 Талалай, П.Г. Тепловой режим разрушения льда резанием / П Г Талалай // Записки Горного института - 2001 - Т 148, Часть 2 -С 169-174

30 Kudryashov, В.В. Deep ice coring at Vostok Station (East Antarctica) by an electromechanical drill / В В Kudryashov, N I Vasiliev, R N Vost-retsov et al//Memoirs of National Inst of Polar Research -2002 - Spec Issue 56.-P 91-102

31 Talalay, P.G. Hole fluids for deep ice core drilling / P G Talalay, NS Gundestrup//Memoirs of National Inst of Polar Research -2002 - Spec Issue 56 -P 148-170

32 Talalay, P.G. Hydrostatic pressure and fluid density profile in deep ice bore-holes / P G Talalay, N S Gundestrup // Memoirs of National Inst of Polar Research -2002 - Spec Issue 56 -P 171-180

33 Gundestrup, N.S. Sticking deep ice core drills Why and how to recover / N S Gundestrup, S J Johnsen, S В Hansen et al // Memoirs of National Inst of Polar Research -2002 - Spec Issue 56 -P 181-195

34 Verkulich, S.R. Proposal for penetration and exploration of subglacial Lake Vostok, Antarctica / S R Verkulich, В В Kudryashov, N I Barkov et aJ //Memoirs of National Inst of Polar Research -2002 - Spec Issue 56 -P 245-252

35 Талалай, П.Г. Возвращение в Гренландию / ПГ Талалай // Природа -2003 -№5 - С 18-23

36 Talalay, P.G. Power consumption of deep ice electromechanical drills / P G Talalay // Cold Regions Science and Technology - 2003 - Vol 37 (1) -P 69-79

37 Талалай, П.Г. Долгий путь сквозь льды Антарктиды / П Г Талалай // Природа - 2003 - № 9 - С 34-45

38 Талалай, П.Г. Проект NGRIP завершен, продолжение следует / ПГ Талалай//Природа -2004 -№3 -С 33-38

39 Талалай, П.Г. В глубь ледника / П Г Талалай // Наука и жизнь - 2004 - № 8 - С 72-78

40 Талалай, П.Г. Очередной шаг к исследованию древнего льда Антарктиды / П Г Талалай // Природа - 2004 - № 8 - С 84-85

41 Бобин, Н.Е. Технические средства для исследования подлед-никовых водоемов на примере озера Восток в Антарктиде /НЕ Бобин, П Г Талалай, С В Янкилевич // Записки Горного института - 2004 - Т 157 - С 147-149

42 Васильев, Н.И. Особенности проектирования оборудования для бурения скважин в ледниках /НИ Васильев, П Г Талалай, JIМ Сава-тюгин // Записки Горного института -2004 -Т 157 - С 153-156

43 Chistyakov, V.K. Prospect of flushing and filling by using organic silicon compound in ice formation drilling / V К Chistyakov, P G Talalay // Proceedings of Int Symp New Technology of Water Well Drilling and Completion, Chma, 2004 -P 187-192

44 Талалай, П.Г. Первые итоги бурения самой глубокой скважины во льдах Гренландии / П Г Талалай // Природа - 2005 - № 11 - С 3239

45 Талалай, П.Г. Вокруг древнего озера / П Г Талалай // Наука и жизнь -2005 -№12 - С 20-27

46 Talalay, P,G. Removal of cuttings in deep ice electromechanical drills / P G Talalay // Cold Regions Science and Technology - 2005 - Vol 44 -P 87-98

47 Талалай, П.Г. Проникновение в иодледниковые озера, планы и реальность / П Г Талалай // Природа - 2006 - № 9 - С 45-53

48 Талалай, П.Г. Глубокое бурение в Антарктиде новые проекты /ПГ Талалай//Природа -2007 -№6 - С 36-43

49 A.c. № 1467154 СССР, МКИ4 Е 21 В 4/04. Буровой снаряд / Н И Васильев, П Г Талалай, В В Уфаев (СССР) - № 4165310/22-03 , за-явл 19 12 86 , опубл 23 03 89, Бюл № 11 - 2 с

50 A.c. № 1716067 СССР, МКИ4 Е21 В 4/04. Буровой снаряд / Н И Васильев, П Г Талалай, В К Чистяков (СССР) № 4734641/03 , заявл

07 09 89 , опубл 11 02 92, Бюл № 8 - 3 с

51 A.c. № 1761934 СССР, МКИ4 Е21 В 4/18. Буровой снаряд / В К Чистяков, П Г Талалай (СССР) - № 4733525/03 , заявл 01 09 89 , опубл 10 07 92, Бюл № 34 - 3 с

52 Пат. 2168532 Российская Федерация, МПК7 С 09 К 7/06. Промывочная жидкость для бурения скважин в ледовых отложениях / Чистяков В К , Талалай П Г , Степанов В И , патентообладатель Санкт-Петербургский государственный горный институт им Г В Плеханова (технический университет) - № 2000105920 , заявл 10 03 00 , опубл 10 06 01, Бюл № 16 - 3 с

53 Пат. 2282842 Российская Федерация, МПК7 G 01 N 1/10.

Устройство для отбора проб из подледниковых водоемов / Абызов С С, Бобин Н Е , Талалай П Г , Янкилевич С В , патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный институт им Г В Плеханова (технический университет)» - № 2005110251/12 , заявл

08 04 05 , опубл 27 08 06, Бюл № 24 - 4 с

РИЦ СПГГИ 11 09 2007 3 394 Т 100 экз 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д 2

Содержание диссертации, доктора технических наук, Талалай, Павел Григорьевич

Введение.

1. Обзор и анализ современного состояния бурения глубоких скважин в ледниках.

1.1. Разновидности и распространение ледников.

1.2. Краткий обзор технических средств и методов бурения скважин в ледниках.

1.2.1. Способы бурения скважин в ледниках.

1.2.2. Тепловое бурение глубоких скважин в ледниках.

1.2.3. Механическое бурение глубоких скважин в ледниках.

1.3. Анализ эффективности технологии бурения глубоких скважин в ледниках.

1.3.1. Основные технико-технологические показатели различных способов бурения.

1.3.2. Сравнительный анализ эффективности технологии бурения глубоких скважин в ледниках.

Выводы по главе

2. Основы технологии бурения глубоких скважин в ледниках электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле.

2.1. Особенности технологии бурения скважин электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле.

2.2. Закономерности разрушения льда при механическом вращательном бурении.

2.2.1. Анализ результатов исследований разрушения льда резанием

2.2.2. Теоретические исследования разрушения льда резанием.

2.2.3. Экспериментальные исследования разрушения льда резанием

2.3. Закономерности циркуляционных процессов при бурении скважин в ледниках.

2.3.1. Циркуляционные системы электромеханических снарядов на грузонесущем кабеле.

2.3.2. Определение необходимых параметров режима очистки забоя скважины. шлама.

2.3.4. Взаимодействие промывочной жидкости и льда

2.4. Особенности технологии бурения глубоких горизонтов ледниковых покровов.

2.4.1. Температурно-структурные характеристики глубоких горизонтов ледниковых покровов и их влияние на технологию бурения

2.4.2. Тепловой режим разрушения льда резанием.

2.4.3. Рациональные приемы бурения «теплого» льда на глубоких горизонтах ледников.

Выводы по главе 2.

3. Устойчивость ствола скважин при глубоком бурении в ледниках

3.1. Способы обеспечения устойчивости ствола скважины.

3.2. Промывочные жидкости для бурения скважин в ледниках и их основные свойства.

3.3. Методика определения дифференциального давления на стенках скважины.

3.3.1. Гидростатическое давление промывочной жидкости в скважине

3.3.2. Экспериментальные исследования плотности промывочной жидкости.

3.3.3. Плотность и горное давление льда.

3.3.4. Дифференциальное давление на стенках скважины.

3.4. Распределение плотности промывочной жидкости и дифференциального давления в скважинных условиях.

3.4.1. Скважина ЗГ (ст. Восток, Антарктида).

3.4.2. Скважина 4Г (ст. Восток, Антарктида).

3.4.3. Скважина 5Г (ст. Восток, Антарктида).

3.4.4. Скважина GISP (База Дай-3, южная Гренландия).

3.4.5. Скважина GRIP (Саммит, центральная Гренландия).

3.4.6. Скважина GISP-2 (Саммит, центральная Гренландия).

3.4.7. Скважина NGRIP-2 (северная Гренландия).

3.5. Прогнозирование нарушения устойчивости ствола скважины.

3.5.1. Реологические модели деформирования льда.

3.5.2. Параметры ползучести льда.

3.5.3. Прогнозирование скорости сужения ствола скважины.

3.5.4. Определение плотности и уровня промывочной жидкости, необходимой для обеспечения устойчивости ствола скважины.

Выводы по главе

4. Экологизация технологии бурения глубоких скважин в ледниках и вскрытия подледниковых водоемов.

4.1. Экологические проблемы глубокого бурения скважин в ледниках

4.1.1. Источники и оценка экологической опасности.

4.1.2. Токсикологические и экологические свойства промывочных жидкостей.

4.1.3. Методы повышения экологичности глубокого бурения скважин в ледниках.

4.2. Разработка экологически безопасных рецептур промывочных жидкостей.

4.2.1. Двухкомпонентные промывочные жидкости.

4.2.2. Кремнийорганические промывочные жидкости.

4.3. Организация промывочного хозяйства.

4.4. Технология экологически чистого вскрытия подледниковых водоемов (на примере озера Восток).

Выводы по главе 4.

5. Повышение эффективности и безопасности бурения глубоких скважин в ледниках электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле.

5.1. Обоснование и выбор эффективных параметров бурового снаряда

5.1.1. Породоразрушающий инструмент.

5.1.2. Мощность, необходимая для бурения.

5.1.3. Параметры циркуляционной системы.

5.2. Контролирование сужения ствола скважины при глубоком бурении в ледниках.

5.3. Управление процессом бурения.

5.3.1. Разработка общих принципов управления.

5.3.2. Контроль и управление механической скоростью бурения

5.4. Ликвидация осложнений и аварий.

Выводы по главе 5.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Научно-практические основы эффективной и экологически чистой технологии бурения глубоких скважин в ледниках"

Природный лед является неотъемлемой частью земных ландшафтов: более !/10 земной суши покрыты «вечными» льдами. Размеры ледников разнообразны: от долей до миллионов км , а их толщина - от первых метров до 3-4 км. На Земле ледники распределены очень неравномерно - более 84 % их общей площади приходится на Антарктиду, около 11 % - на Гренландию и менее 5 % - на всю остальную сушу.

Изучением оледенения занимается целый ряд естественных наук - геология, география, гляциология, палеоклиматология, микробиология, геофизика и др. Новый импульс в изучении Арктики и Антарктики дает научно-исследовательская программа Международного полярного года (2007-2008 гг.), включающая комплексные исследования ледяного покрова Земли с целью оценки прошлых, настоящих и будущих изменений состояния криосферы и климата в целом.

Очевидно, что, несмотря на объявленный в 1998 г. 50-летний мораторий на добычу полезных ископаемых в Антарктиде, в будущем изучение ледников будет иметь и сугубо практическое значение, поскольку истощение сырьевых ресурсов Земли приведет к поиску и разведке полезных ископаемых, скрытых ледниками, в том числе и пресных вод в виде льда.

Особую актуальность в последние годы приобрел экологический аспект бурения скважин в ледниках, связанный как со вступлением в силу Международного протокола по защите окружающей среды Антарктики, так и с планируемым исследованием озер, расположенных под ледниковым покровом Антарктиды и Гренландии. Само обнаружение этих озер уже причислено к самым значительным географическим открытиям XX века. Задача проникновения в подледниковые водоемы может быть решена только путем использования экологически чистой технологии бурения, исключающей попадание в водоем современной микрофлоры и обеспечивающей сохранение жизнеспособности реликтовых организмов.

К настоящему времени специалистами Австралии, Германии, Дании, Италии, Канады, Новой Зеландии, России, США, Франции, Японии и других стран разработаны десятки специальных буровых установок, предназначенных для сооружения скважин в ледниках. За последние 50 лет в ледниках пробурено около 110 тыс. пог. м скважин. Примерно четверть от общего объема бурения составляют глубокие скважины (глубиной более 1000 м), проходка которых проводилась электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле.

Санкт-Петербургский государственный горный институт (СПГГИ) является лидирующей и в настоящее время единственной в России организацией, занимающейся разработкой технических средств и методов бурения глубоких скважин в ледниках. Сотрудниками СПГГИ пробурено около 20 тыс. пог. м скважин, включая три глубокие скважины на станции Восток в центральной Антарктиде.

Различные аспекты бурения скважин снарядами на грузонесущем кабеле рассматривались в работах отечественных и зарубежных ученых, среди которых следует выделить работы К.В. Блинова, Н.Е. Бобина, Н.И. Васильева, Р.Н. Вострецова, JI.K. Горшкова, Д.Н. Дмитриева, А.Н. Дмитриева, B.C. Заго-роднова, Э.А. Загривного, И.А. Зотикова, В.М. Зубкова, A.B. Красилева, Б.Б. Кудряшова, Б.С. Моисеева, В.А. Морева, В.М. Пашкевича, В.Г. Портнова, JIM. Саватюгина, Н.И. Слюсарева, В.К. Чистякова, A.M. Шкурко, L. Augustin, N. Gundestrup, S. Johnsen, S. Hansen, В. Koci, V. Morgan, J. Rand, H. Rufli, H. Shoji, F. Wilhelms, H. Ueda и др.

Анализ современного состояния технологии бурения скважин в ледниках свидетельствует о низкой эффективности и высокой аварийности при проходке глубоких горизонтов ледниковых покровов, для которых характерно увеличение размеров кристаллов и наличие температур, близких к точке плавления льда. Общепринятых рекомендаций по выбору рациональных параметров бурения такого льда на сегодняшний момент не существует. Недостаточная надежность процесса бурения нередко приводила к наиболее тяжелым по последствиям авариям в скважине - прихватам буровых снарядов.

Необходимость совершенствования технологии бурения глубоких скважин в ледниках определяет актуальность исследований по теме диссертации.

Исследования проводились на кафедре технологии и техники бурения скважин СПГГИ на основе ряда госбюджетных и хоздоговорных тем и грантов государственных и общественных организаций, в частности, Гранта Государственного комитета РФ по делам науки и высшей школы «Оптимизация процесса бурения скважин во льду колонковыми электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле» (код темы по ГАСНТИ 38.59.15, 1993 г.), Гранта РФФИ 98-05-65573 «Исследование свойств озонобезопасных промывочных жидкостей для бурения скважин с целью изучения ледников и подледниковых отложений» (1999-2000 гг.), Проекта № 7 «Проведение исследований ледяного керна и бурение базального льда без вхождения в подледниковое озеро Восток» (20002002 гг.) и Проекта № 4 «Провести комплексные исследования подледникового озера Восток, оценить прошлые изменения климата по данным ледяных кернов, колонок морских и озерных отложений» (2003-2007 гг.) в рамках подпрограммы «Изучение и исследование Антарктики» Федеральной целевой программы «Мировой океан». Исследования параметров промывочных жидкостей проводились в Гляциологической лаборатории геофизического факультета Университета Копенгагена в соответствии с Грантом Совета ректоров Дании ЭШёШ № 4555 (1998-1999 гг.).

Целью работы является снижение аварийности и повышение экологической безопасности бурения глубоких скважин в ледниках.

Основные задачи исследований:

1) выявление и анализ функциональных связей между основными факторами и параметрами процесса бурения глубоких скважин в ледниках;

2) исследование устойчивости ствола скважин при глубоком бурении;

3) обоснование эффективной схемы циркуляции промывочной жидкости при бурении в ледниках;

4) разработка новых нетоксичных и экологически безопасных промывочных жидкостей;

5) обоснование надежной и безопасной технологии ликвидации прихватов буровых снарядов в скважине;

6) проверка результатов теоретических и экспериментальных исследований в полевых условиях.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

2) В скважине, пробуренной в леднике, образуются интервалы с некомпенсированным горным давлением ледяной толщи, на которых под действием вязкопластического течения льда происходит деформация стенок скважины; при этом проходимость бурового снаряда на этих интервалах обеспечивается поддержанием необходимой плотности и уровня промывочной жидкости.

3) Организация замкнутой циркуляции промывочной жидкости и использование смеси органических растворителей Еххзо1 марки О с дихлортриф-торэтаном или кремнийорганических жидкостей класса олигодиметилсилоксановых соединений обеспечивают заданные технологические показатели бурения скважин в ледниках и повышают экологическую безопасность.

Реализация результатов работы. Результаты разработок использованы при бурении скважин в ледниках в Советских и Российских антарктических экспедициях на станции Восток и в Международном проекте колонкового бурения в Северной Гренландии NGRIP.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на более чем тридцати конференциях и симпозиумах, в том числе двадцати - международных: на 3-й Всесоюзной конференции по механике и физике льда (Москва, 1988 г.); на 1-м, 2-м, 3-м, 4-м и 5-м Международных симпозиумах по бурению разведочных скважин в осложненных условиях (Ленинград, Санкт-Петербург, 1989, 1992, 1995, 1998, 2001 гг.); на научно-технической конференции «Оптимизация бурения скважин в осложненных условиях» (Донецк, 1991 г.); на Юбилейной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Ф.А. Шамшева (Санкт-Петербург, 1993 г.); на 4-м, 5-м и 6-м Международных симпозиумах «Ice Drilling Technology» (Токио, Япония,

1993 г.; Нагаока, Япония, 2000 г.; Шефердстоун, США, 2006 г.); на 3-м Международном симпозиуме "Горное дело в Арктике" (Санкт-Петербург, 1994 г.); на Международной конференции "Общепланетарные проблемы исследования Земли", посвященной 200-летию со дня рождения И.М. Симонова (Казань,

1994 г.); на 7-м Международном симпозиуме «SCALOP Symposium on Antarctic Logistics and Operations» (Кэмбридж, Великобритания, 1996 г.); на 4-м и 5-м Международных Форумах «Минерально-сырьевые ресурсы стран СНГ» (Санкт-Петербург, 1996, 1997 гг.); на 4-м Международном симпозиуме по применению математических методов и ЭВМ в горном деле, геологии и металлургии (Прага, Чехия, 1997 г.); на 2-й Санкт-Петербургской Ассамблее молодых ученых и специалистов «Молодые ученые - экологии города» (Санкт-Петербург, 1997 г.); на Международном симпозиуме «Lake Vostok Study: Scientific Objectives and Technological Requirements» (Санкт-Петербург, 1998 г.); на

2-й Международной научной конференции «Физические проблемы разрушения горных пород» (Санкт-Петербург, 2000 г.); на Научной конференции «Исследования и охрана окружающей среды Антарктики» (Санкт-Петербург, 2002 г.); на Международной конференции «NorthGRIP Simposium», посвященной памяти Нильса Гундеструпа (Копенгаген, Дания, 2003 г.); на XIII-м Гляциологическом симпозиуме «Сокращение гляциосферы: факты и анализ» (Санкт-Петербург, 2004 г.); на Юбилейной научно-практической конференции, посвященной 85-летию горно-электромеханического факультета СПГГИ (Санкт-Петербург, 2004 г.); на Международном симпозиуме «International Participation in Ice Core Sciences» (Вашингтон, США, 2004 г.); на Международном совещании «Deep Ice Core Drilling» (Мюнхен, Германия, 2004 г.); на Международном симпозиуме «New Technology of Water Well Drilling and Completion» (Китай, 2004 г.), на Научной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2005 г.), на Научной конференции «Россия в Антарктике» (Санкт-Петербург, 2006 г.), на российско-французском семинаре «Восток 2007» (Санкт-Петербург, 2007 г.).

Личный вклад автора состоит в выявлении проблемы, обосновании физических и математических моделей, постановке значительного объема экспериментальных исследований. Полевые испытания проведены при непосредственном участии автора и связаны с реализацией проектов бурения глубоких скважин в Антарктиде и Гренландии.

Автор выражает искреннюю признательность за поддержку и ценные замечания проф. Б.Б. Кудряшову, проф. Н.И. Васильеву, проф. Н.Е. Бобину, проф. J1.K. Горшкову, проф. В.К. Чистякову, проф. В.П. Онищину, проф. Ю.М. Парийскому, а также сотрудникам научно-исследовательской лаборато

12 рии кафедры технологии и техники бурения скважин СПГГИ и геофизического факультета Университета Копенгагена.

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 80 работ. Тринадцать статей опубликованы за рубежом. Статья «Экологические проблемы бурения в Антарктиде» стала победителем конкурса научно-популярных статей 1999 г., организованного Российским фондом фундаментальных исследований. Статья «На пути к загадочному озеру Восток» награждена серебряным дипломом Четвертого Всероссийского конкурса «Наука - Обществу - 2005».

Заключение Диссертация по теме "Технология и техника геологоразведочных работ", Талалай, Павел Григорьевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Основной проблемой бурения глубоких горизонтов ледников являются осложнения и аварии, вызванные налипанием частиц ледяного шлама на забойный буровой инструмент. Этот процесс обусловлен возникновением на поверхности льда при температурах, близких температуре плавления, квазижидкого слоя воды, изменением кристаллической структуры льда, а также теплотой, выделяющейся при разрушении льда на забое скважины.

2. Теоретические исследования теплового режима разрушения льда резанием позволяют выделить параметры режима бурения, при которых не происходит плавления отделяемого элемента льда, тем самым определяют возможности нейтрализации тепловых потоков, возникающих в зоне разрушения, и снижения интенсивности растепления льда.

3. Разработанный метод определения гидростатического давления столба промывочной жидкости в скважине с учетом влияния объемного расширения и сжимаемости на плотность жидкости является основой для расчета дифференциального давления на стенках скважины по всей ее глубине и открывает новые возможности при проведении исследований в других научно-практических областях: при прогнозировании газо- и нефтепроявлений, для создания гидроразрыва пласта в скважине, при конструировании глубоководных аппаратов и т.д.

4. Уточненная реологическая модель течения льда позволяет прогнозировать скорость сужения ствола скважины в ледяном массиве с учетом практически всех факторов, определяющих этот процесс - дифференциального давления на стенках скважины, особенностей строения и состава льда, начального диаметра скважины, длительности процесса.

5. Разработанная схема станции приготовления промывочной жидкости представляет собой замкнутую гидротранспортную цепь, работа которой осуществляется автоматически по заданному циклу, что обеспечивает строгое соблюдение рецептуры и технологического режима промывки, снижает расход промывочной жидкости и существенно повышает экологическую безопасность бурения.

6. Используемые в настоящее время промывочные жидкости наносят значительный ущерб объектам окружающей природной среды. Реальное улучшение экологической обстановки в районе проведения буровых работ достигается путем внедрения в практику проходки нового современного класса полимерных соединений - низкотемпературных олигодиметисилоксановых жидкостей.

7. Надежным и эффективным способом ликвидации прихватов электромеханических снарядов в скважине является использование активных по отношению ко льду реагентов, например, этиленгликоля, теплофизические свойства которого позволяют опускать его в скважину в твердом (замороженном) состоянии.

8. Эффективность разработанных средств и методов повышения безопасности бурения глубоких скважин в ледниках электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле подтверждена результатами полевых работ при сооружении глубокой скважины КОШР-2, прошедшей через всю толщу Гренландского ледникового покрова и вскрывшей на глубине 3085 м подледнико-вый водоем, и на станции Восток в центральной Антарктиде, где продолжается проект бурения глубокой скважины 5Г-1.

9. Будущие научно-исследовательские работы по повышению эффективности бурения глубоких скважин в ледниках снарядами на грузонесущем кабеле следует направить на повышение уровня контроля и управления процесса бурения, а также изучение влияния технико-технологических особенностей бурения на геометрические параметры скважины - интенсивность отклонения ствола скважины от вертикали, форму поперечного сечения скважины, разработку диаметра скважины, кавернозность и др.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Талалай, Павел Григорьевич, Санкт-Петербург

1. Аксенов, А.Ф. Авиационные топлива, смазочные материалы и специальные жидкости / А.Ф. Аксенов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1970.-255 с.

2. Алексеев, П.Г. Свойства кремнийорганических жидкостей: Справочник / П.Г. Алексеев, И.И. Скороходов, П.И. Поварихин. М. : Энергоатомиздат,1997.-328 с.

3. Альтшуль, А.Д. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости) / А.Д. Альтшуль, П.Г. Киселев. М. : Стройиздат, 1975. - 323 с.

4. Аэров, М.Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес. JI. : Химия, 1968.-512 с.

5. Бадд, У.Ф. Динамика масс льда / У.Ф. Бадд. Л. : Гидрометеоиздат, 1975.-236 с.

6. Базанов, Л.Д. Потери давления промывочной жидкости в буровых коронках / Л.Д. Базанов, В.Л. Кравченко, А.Г. Назаров // Технология и техника геологоразвед. работ: Межвуз. науч.-темат. сборник. Вып.4. - Свердловск: СГИ, 1980. - С.77-85.

7. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов / Н.М. Беляев. Изд. 15-е, перераб. - М.: Наука, 1976. - 607 с.

8. Беспамятнов, Г.П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: Справочник / Г.П. Беспамятнов, Ю.А. Кротов. -Л. : Химия, 1985. 528 с.

9. Блинов, К.В. К расчету гидростатического давления в стволе скважины / К.В. Блинов, П.Г. Талалай // Методика и техника разведки. СПб. : ВИТР,1998. № 8 (146). - С. 131-136.

10. Блинов, К.В. Оценка реологических параметров льда по результатам многолетних наблюдений в скважинах на ст. Восток в Антарктиде / К.В. Блинов, Д.Н. Дмитриев // Антарктика. 1987. - Вып. 26. - С. 95-106.

11. Бобин, Н.Е. Механическое бурение скважин во льду: Учеб. пособие / Н.Е. Бобин, Н.И. Васильев, Б.Б. Кудряшов, Г.К. Степанов, П.Г. Талалай. JI. : ЛГИ, 1988.-90 с.

12. Бобин, Н.Е. Технические средства для исследования подледниковых водоемов на примере озера Восток в Антарктиде / Н.Е. Бобин, П.Г. Талалай, C.B. Янкилевич // Записки Горного института. 2004. - Т. 157. - С. 147-149.

13. Богданов, С.Н. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник / С.Н. Богданов, О.П. Иванов, A.B. Куприянова. Изд. 2-е, доп. и перераб. - Л. : Машиностроение, 1976. - 168 с.

14. Богородский, В.В. Лед: Физические свойства. Современные методы гляциологии / В.В. Богородский, В.П. Гаврило. Л. : Гидрометеоиздат, 1980. -384 с.

15. Большее, JLH. Таблицы математической статистики / Л.Н. Болынев, Н.В. Смирнов. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М. : Наука, 1983. - 416 с.

16. Бондареико, В.Н. Статистические решения некоторых задач геологии / В.Н. Бондаренко. М. : Недра, 1970. - 248 с.

17. Будюков, Ю.Е. Аналитическое определение осевой нагрузки на резцовую коронку / Ю.Е. Будюков, И.Е. Слюсарь // Зап. ЛГИ. 1976. - Т. 71, Вып. 2.-С. 51-54.

18. Васильев, Л.М. Исследование процесса скола единичного элемента стружки при резании хрупких горных пород / Л.М. Васильев // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1976. - № 6. -С. 41-46.

19. Васильев, Н.И. Бурение и геофизические исследования скважины на леднике Вавилова (Северная Земля) в 1988 г. / Н.И. Васильев, К.В. Блинов, Г.В. Денисов и др. // Материалы гляциологических исследований. 1989. - Вып. 67. - С. 249.

20. Васильев, Н.И. Бурение неглубоких скважин в ледниках / Н.И. Васильев, С.П. Жигалев, В.М. Зубков и др. // Материалы гляциологических исследований. 1993. - Вып. 77. - С. 74-77.

21. Васильев, Н.И. Исследование системы удаления и сбора шлама при бурении скважин во льду электромеханическими снарядами на грузонесущемкабеле / Н.И. Васильев, П.Г. Талалай // Методика и техника разведки. 1995. -№4 (142). - С.97-104.

22. Васильев, Н.И. Оптимизация процесса разрушения льда резанием / Н.И. Васильев, П.Г. Талалай, В.К. Чистяков // Записки ЛГИ. 1991. - Т. 125. -С. 108.

23. Васильев, Н.И. Особенности проектирования оборудования для бурения скважин в ледниках / Н.И. Васильев, П.Г. Талалай, JI.M. Саватюгин // Записки Горного института. 2004. - Т. 157. - С. 153-156.

24. Васильев, Н.И. Результаты стендовых экспериментальных исследований процесса бурения льда механическим буровым снарядом КЭМС-112 / Н.И. Васильев, П.Г. Талалай, В.В. Уфаев // Зап. ЛГИ. 1988. - Вып. 116. -С. 82-86.

25. Васильев, Н.И. Стенд для исследования процесса разрушения льда резцовыми коронками и анализ экспериментальных данных / Н.И. Васильев, П.Г. Талалай, В.В. Уфаев // Методика и техника разведки. 1994. - № 3 (141). -С. 98-105.

26. Войтенко, B.C. Управление горным давлением при бурении скважин / B.C. Войтенко. М. : Недра, 1985. - 181 с.

27. Ганджумян, P.A. Практические расчеты в разведочном бурении / P.A. Ганджумян Изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : Недра, 1986. - 253 с.

28. Глебов, А.И. Аналитическое определение сил резания льда / А.И. Глебов // Тр. НИИВТ. 1983. - Вып. 164. - С. 51-58.

29. Глебов, А.И. К вопросу разрушения льда резцом, имеющим постоянный угол резания / А.И. Глебов, К.А. Шевнин // Тр. НИИВТ. 1979. - Вып. 142. -С. 33-41.

30. Горная энциклопедия / Гл. ред. Е.А.Козловский. М.: Сов. энциклопедия, 1989. - Т. 4. - 623 с.

31. Горшков, Л.К. Предупреждение конвергенции ствола скважины при бурении в мощных ледовых отложениях / Л.К. Горшков, Н.И. Слюсарев // Экология и развитие общества. Сб. науч. докладов 8-й Межд. конф. СПб : МА-НЭБ, 2003.-С. 46-50.

32. Грабчак, Л.Г. Затраты мощности на бурение шурфов шнековым буром / Л.Г. Грабчак, А.Н. Попов // Изв. вузов. Геология и разведка. 1974. - № 4. -С. 129-137.

33. Гудмен, Д. Измерение критического коэффициента напряжений поликристаллического льда при больших скоростях нагружений / Д. Гудмен // Физика и механика льда. М. : Мир, 1983. - С. 127-139.

34. Гундеструп, Н. Бурение глубоких скважин в Гренландском ледниковом покрове / Н. Гундеструп, С. Джонсен, С. Хансен, П.Г. Талалай // Геологическое изучение и использование недр. Нач.-техн. информ. сборник. М. : Гео-информмарк, 2000. - Вып. 2. - С.49-61.

35. Данилов, И.Д. Подземные льды / И.Д. Данилов. М. : Недра, 1990.140 с.

36. Долгушин, Л.Д. Ледники / Л.Д. Долгушин, Г.В. Осипова. М. : Мысль, 1989,- 447 с.

37. Дубовкин, Н.Ф. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив / Н.Ф. Дубовкин, В.Г. Маланичева, Ю.П. Массур и др. М. : Химия, 1985. - 240 с.

38. Епифанов, В.П. Механика деформируемого льда: Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Гляциология / В.П. Епифанов. 1991. - Т.8. - 200 с.

39. Епифанов, В.П. Механика разрушения льда в зависимости от температуры и скорости нагружения / В.П. Епифанов // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1984. - №2. - С. 188-196.

40. Загородное, B.C. Устойчивость ледяного керна / B.C. Загороднов, О.В. Нагорнов // Материалы гляциологических исследований. 1992. -Вып. 75.-С. 107-112.

41. Зеленин, А.Н. Основы разрушения грунтов / А.Н. Зеленин. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1968. - 376 с.

42. Зотиков, И.А. Антарктический феномен озеро Восток / И.А. Зоти-ков // Природа. - 2000. - № 2. - С. 61-68.

43. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. М. : Машиностроение, 1992. - 672 с.

44. Картер, Д.С. Хрупкое разрушение поликристаллического льда при сжатии / Д.С. Картер // Докл. Симпозиума МАГИ «Лед и его воздействие на гидротехнические сооружения», Ленинград, 26-29 сентября 1972 г. Л. : ВНИ-ИГ, 1972. - С.69-79.

45. Кирничанский, Г.Т. Элементы теории деформирования и разрушения горных пород / Г.Т. Кирничанский. Киев : Наукова думка, 1989. - 184 с.

46. Котляков, В.М. Снег и лед в природе Земли / В.М. Котляков. М. : Наука, 1986.- 160 с.

47. Кудряшов, Б.Б. Бурение скважин в снежно-фирновых и ледовых толщах за рубежом : Техника, технол. и организация геол.-развед. работ: Обзор / Б.Б. Кудряшов, П.Г. Талалай, В.К. Чистяков М. : ВИЭМС, 1991. - 57 с.

48. Кудряшов, Б.Б. Бурение скважин в условиях изменения агрегатного состояния горных пород / Б.Б. Кудряшов, В.К. Чистяков, B.C. Литвиненко. -Л. : Недра, 1991.-295 с.

49. Кузьмин, Ю.М. Формулы для определения потерь напора в металлических сетках / Ю.М. Кузьмин // Водоснабжение и санитарная техника. 1966. - № 2. - С. 27-29.

50. Куксов, А.К. Предупреждение и ликвидация газонефтепроявлений при бурении / А.К. Куксов, Э.В. Бабаян, В.Д. Шевцов. М.: Недра, 1992. -251 с.

51. Кучеров, П.С. К вопросу о механизме разрушения угля резцом / П.С. Кучеров // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1965.-№ 4. - С. 53-57.

52. Лавров, В.В. Деформация и прочность льда / В.В. Лавров. Л. : Гид-рометеоиздат, 1969. - 208 с.

53. Левицкий А.З. Использование геолого-технической информации в бурении / А.З. Левицкий. М.: Недра, 1992. - 176 с.

54. Липенков, В.Я. История климата и оледенения Антарктиды по результатам изучения ледяного керна со станции Восток / В.Я. Липенков, Н.И. Барков, А.Н. Саламатин // Проблемы Арктики и Антарктики. 2000. -Вып. 72.-С. 197-236.

55. Липенков, В.Я. Опыт исследования газового режима подледникового озера Восток / В.Я. Липенков, В.А. Истомин, A.B. Преображенская // Проблемы Арктики и Антарктики. 2003. - Вып. 74. - С. 66-87.

56. Литвиненко, B.C. Промывочные жидкости для бурения скважин в криолитозоне и льдах / B.C. Литвиненко, П.Г. Талалай, В.К. Чистяков. СПб. : СПГГИ, 1996.-69 с.

57. Марамзин, A.B. Технические средства для алмазного бурения / A.B. Марамзин, Г.А. Блинов, A.A. Галиопа. Л. : Недра, 1982. - 335 с.

58. Маэно, Н. Наука о льде: Пер. с яп. / Н. Маэно М. : Мир, 1988.231 с.

59. Меньшиков, Н.Г. Экспериментальные исследования свойств заливочной жидкости для бурения глубоких скважин во льдах / Н.Г. Меньшиков, П.Г. Талалай // Методика и техника разведки. СПб. : ВИТР, 1993. - № 3 (141). -С. 115-119.

60. Минин, A.A. Техника беструбного бурения скважин / A.A. Минин, A.A. Погарский, К.А. Чефранов. М. : Гостоптехиздат, 1956. - 147 с.

61. Мирзаджанзаде, А.Х. Повышение эффективности и качества бурения глубоких скважин / А.Х. Мирзаджанзаде, С.А. Ширинзаде. М. : Недра, 1986. -278 с.

62. Морев, В.А. Бурение Антарктического ледникового покрова в районе станции Новолазаревская / В.А. Морев, Ю.В. Райковский // Материалы гляциологических исследований. 1979. - Вып. 37. - С. 198-200.

63. Морев, В.А. Экспериментальные работы по бурению холодных покровных ледников термобуровыми снарядами ААНИИ / В.А. Морев, В.А. Пухов // Труды ААНИИ. 1981. - Т. 367. - С. 64-68.

64. Морев, В.А. Электротермобуры для бурения скважин в ледниковом покрове / В.А. Морев // Материалы гляциологических исследований. 1976. -Вып. 28.-С. 118-120.

65. Несмотряев, В.И. Моделирование оптическим методом процесса разрушения забоя резанием / В.И. Несмотряев, Л.Г. Грабчак // Изв. вузов. Геология и разведка. 1969.-№ 12. - С.138-142.

66. Никитин, B.C. Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны в СССР и за рубежом / В.С.Никитин, В.А. Рябец. М. : ВНИИ охраны труда, 1978. - 112 с.

67. Николаев, А.Ф. Исследование процесса бурения льда / А.Ф. Николаев, Е.А. Трубина // Рыбное хозяйство. 1969. - № 6. - С. 52-53.

68. Нотт, Дж.Ф. Основы механики разрушения / Дж.Ф. Нотт. М. : Металлургия, 1978. - 256 с.

69. Овчинников, В.Ф. Механизация приготовления проруби на подледном лове рыбы / В.Ф. Овчинников // Тр. ПИНРО. 1966. - Вып. 18. - С. 46-65.

70. Пашкевич, В.М. Обеспечение устойчивости ствола скважины при глубоком бурении в ледниковом покрове / В.М. Пашкевич, В.К. Чистяков // Антарктика. 1989. - Вып. 28. - С. 39-50.

71. Пашкевич, В.М. О разработке специальных буровых растворов для бурения ледниковых покровов Антарктиды/ В.М. Пашкевич, В.К. Чистяков // Записки ЛГИ. 1982 - Т. 93. - С. 72-78.

72. Пашкевич, В.М. Совершенствование технологии бурения глубокой скважины в ледниковой толще / В.М. Пашкевич // Методика и техника разведки. СПб.: ВИТР, 1993. - № 2 (140). - С. 121-133.

73. Пехович А.И. Основы гидроледотермики / А.И. Пехович. Л. : Энер-гоатомиздат, 1983. - 200 с.

74. Понамарев, П.П. Отбор керна при колонковом геологоразведочном бурении / П.П. Понамарев, В.А. Каулин. Л. : Недра, 1989. - 256 с.

75. Рабинович, Н.Р. Инженерные задачи механики сплошной среды в бурении / Н.Р. Рабинович. М.: Недра, 1989. - 270 с.

76. Резников, А.Н. Теплообмен при резании и охлаждении инструментов / А.Н. Резников. М. : Машгиз, 1963. - 200 с.

77. Резников А.Н. Теплофизика резания / А.Н. Резников. М. : Машиностроение, 1969. - 288 с.

78. Рожков, В.П. Исследование гранулометрического состава продуктов разрушения при бурении геологоразведочных скважин/ В.П. Рожков, С.С. Сулакшин, В.Г. Храменков и др. // Изв. вузов. Геология и разведка. 1972. - № 4. -С. 135-142.

79. Рывлин, А.Я. Экспериментальное изучение трения льда / А.Я. Рыв-лин // Труды ААНИИ. 1973. - Т. 309. - С. 186-199.

80. Соболевский, М.В. Олигоограносилоксаны: Свойства, получение, применение / М.В. Соболевский, И.И. Скороходов, К.П. Гриневич и др. // Под ред. М. Б. Соболевского. М. : Химия, 1985. - 264 с.

81. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин:

82. В 2-х томах/ Под общ. Ред. Е.А. Козловского. Том 2. - М. : Недра, 1984. -437 с.

83. Сукуренко, Е.И. Определение величины гидростатического давления столба глинистого раствора на стенки скважины / Е.И. Сукуренко, В.И. Бондарев В.И., H.A. Сидоров // Бурение. Науч.-техн. сб. 1967. - № 10. - С. 40-42.

84. Сывороткин, B.JI. Озоновый слой, дегазация Земли, рифтогенез и глобальные катастрофы / B.JI. Сывороткин М. : Геоинформмарк, 1994. -68 с.

85. Талалай, П.Г. В глубь ледника / П.Г. Талалай // Наука и жизнь. -2004. -№ 8 -С. 72-78.

86. Талалай, П.Г. Возвращение в Гренландию / П.Г. Талалай // Природа. -2003,-№5.-С. 18-23.

87. Талалай, П.Г. Вокруг древнего озера / П.Г. Талалай // Наука и жизнь. 2005. - № 12.-С. 20-27.

88. Талалай, П.Г. Глубокое бурение в Антарктиде: новые проекты / П.Г. Талалай // Природа. 2007. - № 6. - С. 36-43.

89. Талалай, П.Г. Долгий путь сквозь льды Антарктиды / П.Г. Талалай // Природа. 2003. - № 9. - С. 34-45.

90. Талалай, П.Г. Закономерности циркуляционных процессов при бурении скважин электромеханическими снарядами на грузонесущем кабеле / П.Г. Талалай // Методика и техника разведки. 1999. - № 9-10 (147-148). -С. 173-182.

91. Талалай, П.Г. О разрушении льда при вращательном бурении / П.Г. Талалай // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые: Межвуз. науч. темат. сборник. Вып. 16. - Екатеринбург : УГИ, 1993. - С. 91-97.

92. Талалай, П.Г. Очередной шаг к исследованию древнего льда Антарктиды / П.Г. Талалай // Природа. 2004. - № 8. - С. 84-85.

93. Талалай, П.Г. Первые итоги бурения самой глубокой скважины во льдах Гренландии / П.Г. Талалай // Природа. 2005. - № 11. - С. 32-39.

94. Талалай, П.Г. Проект КИПР завершен, продолжение следует / П.Г. Талалай // Природа. 2004. - № 3, - С. 33-38.

95. Талалай, П.Г. Проникновение в подледниковые озера: планы и реальность / П.Г. Талалай // Природа. 2006. - № 9. - С. 45-53.

96. Талалай, П.Г. Тепловой режим разрушения льда резанием / П.Г. Талалай // Записки Горного института. 2001. - Т. 148, Часть 2. -С. 169-174.

97. Талалай, П.Г. Через Гренландский ледниковый щит / П.Г. Талалай // Природа.-2001.-№ 8.-С. 44-52.

98. Талалай, П.Г. Экологическая безопасность промывочных сред для бурения глубоких скважин в ледниках / П.Г. Талалай, В.К. Чистяков // Геологические исследования и охрана недр. Науч.-техн. информ. сб. М. : Геоинформ-марк, 2000. - Вып. 2. - С.34-47.

99. Талалай, П.Г. Экологические проблемы бурения в Антарктиде / П.Г. Талалай, В.К. Чистяков // Российская наука: Грани творчества на грани веков. Сб. науч.-популярн. статей. Под ред. акад. В.П. Скулачева. М. : Научный мир, 2000.-С. 374-382.

100. Тараканов, С.Н. Физические явления при бурении твердых пород и уточнение формулы скорости проходки, предложенной Е.Ф.Эпштейном / С.Н. Тараканов // Зап. ЛГИ. 1973. - Т. 66, Вып. 1. - С. 5-18.

101. Теплофизические свойства фреонов. Т.2. Фреоны метанового ряда: Справочные данные/ Под ред. С.Л.Ривкина. - М. : Изд. Стандартов, 1985. -264 с.

102. Терещенко, В.П. Оценка скорости сужения ствола скважин в вязкой среде / В.П. Терещенко, A.M. Шкурко // Методика и техника разведки. 1994. -№ 3 (141). - С. 120-124.

103. Томановская, В.Ф. Фреоны. Свойства и применение. / В.Ф. Тома-новская, Б.Е. Колотова. JI. : Химия, 1970. - 182 с.

104. Торбан, С.С. Механизация рыболовства во внутренних водоемах / С.С. Торбан. М. : Пищевая промышленность, 1969. - 324 с.

105. ПЗ.Уикс, У.Ф. Разрушение озерного и морского льда / У.Ф. Уикс, А. Ассур//Разрушение. М. : Мир, 1976.-Т 7, ч. 1.-С. 513-623.

106. Хуршудов, В.А. Влияние температуры и давления на плотность бурового раствора / В.А. Хуршудов, В.В. Балабешко, B.C. Семенякин // Нефтяное хозяйство. -1983. № 7. - С. 9-11.

107. Черепанов, Г.П. Механика хрупкого разрушения / Г.П. Черепанов. -М. : Наука, 1974. 640 с.

108. Черепанов, Г.П. Механика разрушения горных пород в процессе бурения / Г.П. Черепанов. М. : Недра, 1987. - 308 с.

109. Чистяков, В.К. Особенности промывки при бурении скважин в ледниках и ледниковых покровах / В.К. Чистяков, П.Г. Талалай // Сб. науч. тр. Национальной горной академии Украины. № 6, том. 4. - Днепропетровск, 1999. -С. 85-89.

110. Чистяков, В.К. Промывочные среды для бурения скважин в мерзлых породах и льдах / В.К. Чистяков, П.Г. Талалай, A.A. Яковлев, A.M. Яковлев. М. : Геоинформмарк, 1999. - 78 с.

111. Чистяков, В.К. Экспериментальные буровые работы на Северной Земле в 1975-1985 гг. / В.К. Чистяков, A.M. Шкурко, A.A. Земцов и др. // Географические и гляциологические исследования в полярных странах. JI. : Гид-рометеоиздат, 1988. - С. 33-42.

112. Шамшев, Ф.А. Обеспечение устойчивости стенок скважины при бурении по многолетнемерзлым породам / Ф.А. Шамшев, A.M. Яковлев // Записки ЛГИ. 1973. - Т. 66 (1). - С. 47-54.

113. Шамшев, Ф.А. Технология и техника разведочного бурения: Учебник для вузов/ Ф.А. Шамшев, С.Н.Тараканов, Б.Б.Кудряшов и др. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М. : Недра, 1983. -565 с.

114. Шумский, П.А. Динамическая гляциология: Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. География / П.А. Шумский. 1969, Вып. 1. - 172 с.

115. Якунин М.К. О теории бурения резанием / Якунин М.К. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1982. - № 5. -С. 70-75.

116. Яковлев, A.M. Экологизация промывки при бурении скважин: Учеб. пособие/ A.M. Яковлев, B.C. Литвиненко, В.И. Коваленко, А.Н. Холодок. -СПб. : СПГГИ, 1994.-43 с.

117. Яковлев, Ю.П. Инструкция по оценке экологической безопасности технологий, материалов и реагентов, применяемых при бурении скважин / Ю.П. Яковлев, Ю.В. Бакланов, М.В. Кочетков, А.В. Агринский. СПб. : ВИТР, 1997.-46 с.

118. Augustin, L. EPICA Dome С Drilling. Season 2004-2005: Field Season Report / L. Augustin Grenoble : LGGE, 2005. - 21 p.

119. Augustin, L. Thermal Ice Core Drill 4000 / L. Augustin, D. Donnou,

120. C. Rado et al. // Proc. of the Third Int. Workshop on Ice Drilling Technology, Grenoble, France, 10-14 October 1988. Grenoble : LGGE, 1989. - P. 59-65.

121. Budd, W.F. The longitudinal velocity profile of large masses / W.F. Budd. AIHS Publ. 79, 1967.

122. Barnes, P. The friction and creep of polycrystalline ice / P. Barnes,

123. D. Tabor, J.C.F. Walker // Proc. Roy. Soc. Lond. A. 1971. - Vol. 324. -P. 127-155.

124. Bjornsson, H. Freezing on a rotary drill in temperate glacier ice / H. Bjornsson // Johull. 1973. - Vol. 23. - P. 53-54.

125. British Glaciological Society. Joint Meeting of the British Glaciological Society, the British Rhelogists' Club and the Institute of Metals // J. of Glaciology. -1949.-Vol. 1 (5).-P. 231-240.

126. Chistyakov, V.K. Prospect of flushing and filling by using organic silicon compound in ice formation drilling / V.K. Chistyakov, P.G. Talalay // Proceedings of Int. Symp. New Technology of Water Well Drilling and Completion, China, 2004. -P. 187-192.

127. Clarke, G.K.C. A short history of scientific investigations on glaciers / G.K.C. Clarke // J. of Glaciology. 1987. - Spec. Issue. - P. 4-24.

128. Clow, G.D. Geophysical measurements in the deep boreholes at GISP2 and GRIP, Greenland / G.D. Clow, N.S. Gundestrup // J. of Geophysical Research (unpublished).

129. Dahl-Jensen, D. Constitutive properties of ice at Dye-3, Greenland / D. Dahl-Jensen, N.S. Gundestrup // IAHS Publ. 1987. - Vol. 170. - P. 31-43.

130. Dahl-Jensen, D. Determination of the flow properties at Dye-3, South Greenland, by bore-hole tilting measurements and perturbation modeling / D. Dahl-Jensen//J. ofGlaciology- 1985.-Vol. 31 (108).-P. 92-98.

131. Diemand, D. Automotive fuels at low temperatures / D. Diemand // USA CRREL Tech. Digest 91 -2, 1991. 25 p.

132. Donnou, D. Deep core drilling: electro-mechanical or thermal drill? / D. Donnou, F. Gillet, A. Manouvrier et al. // USA CRREL Spec. Rep. 84-34. Hanover, USA CRREL, 1984. - P. 81-84.

133. Engelhard, H. A hot-water ice-coring drill / H. Engelhard, B. Kamb, R. Bolsey // J. ofGlaciology. 2000. - Vol.46 (153). - P. 341-345.

134. Fisher, D.A. On the special rheological properties of ancient microparti-cleladen Northern Hemisphere ice as derived from bore-hole and core mesurements D.A. Fisher, R.M. Koerner // J. ofGlaciology. 1986. - Vol. 32 (112). - P. 501-510.

135. Fletcher, N.H. The chemical physics of ice / N.H. Fletcher. Cambridge Univ. Press, 1970.-271 p.

136. Fujii, Y. Deep ice coring at Dome Fuji station, Antarctica / Y. Fujii, N. Azuma, Y. Tanaka et al. // Antarctic Record. 1999. - Vol. 43 (1). - P. 162-210.

137. Fujita, S. Drilling fluid for Dome F Project in Antarctica / S. Fujita, T. Yamada, R. Naruse et al. // Mem. of National Institute of Polar Research (Japan). -1994. Spec. Issue № 49. - P. 347-357.

138. Fully halogenated chlorofluorocarbons/ Environmental Health Criteria. 1990.-Vol. 113.- 130 p.

139. Gillet F. "Climatopic" thermal probe / F. Gillet, C. Rado, G. Marec et al. // USA CRREL Spec. Rep. 84-34. Hanover, USA CRREL, 1984. - P. 95-99.

140. Gillet, F. Ice core quality in electromechanical drilling / F. Gillet, D. Donnou, C. Girard et al. // USA CRREL Spec. Rep. 84-34. Hanover, USA CRREL, 1984.-P. 73-80.

141. Gillet, F. Steam, hot-water and electrical thermal drills for temperate glaciers / F. Gillet // J. ofGlaciology. 1975. - Vol.14, № 70. - P. 171-179.

142. Glen, J.W. The creep of polycrustalline ice / J.W. Glen // Proc. of Roy. Soc., Ser. A. 1955.-Vol. 228.-P. 519-538.

143. Colbeck, S.C. A flow law for temperate glacier ice / S.C. Colbeck, R.J. Evans. // J. of Glaciology. 1973. - Vol. 12 (64). P. 71-86.

144. Gundestrup, N.S. Bore-hole survey at Camp Century, 1989 / N.S. Gundestrup, D. Dahl-Jensen, B.L. Hansen, J. Kelty // Cold Regions Science and Technology. 1993.-Vol. 21.-P. 187-193.

145. Gundestrup N.S. Bore-hole survey at Dye 3, South Greenland / N.S. Gundestrup, B.L. Hansen // J. of Glaciology. 1984. - Vol. 30 (106). -P. 282-288.

146. Gundestrup, N.S. Hole liquids and gaskets for the ISTUK deep ice core drill / N.S. Gundestrup, H.B. Clausen, S.B. Hansen et al. // Mem. of National Institute of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue № 49. - P. 327-334.

147. Gundestrup, N.S. ISTUK: a deep ice core drill system/N.S. Gundestrup, S.J. Johnsen, N. Reeh // USA CRREL Spec. Rep. 84-34. Hanover, USA CRREL, 1984.-P. 7-19.

148. Gundestrup N.S. Refinements of the UCPH shallow drill / N.S. Gundestrup, S.B. Hansen, S.J. Johnsen // Ice-Core Drilling: Proc. of the Third Int. Workshop on Ice Drilling Technology, Grenoble, France, 10-14 Oct. 1988. Grenoble : LGGE, 1989.-P. 6-13.

149. Gundestrup, N.S. Sticking of core drills: Why and how to recover / N.S. Gundestrup, S.J. Johnsen, S.B. Hansen, H. Shoji, P. Talalay, F. Wilhelms // Memoirs of National Institute of Polar Research (Japan). 2002. - Vol. 56 -P. 181-195.

150. Gundestrup, N.S. The UCPH borehole logger / N.S. Gundestrup, H.B. Clausen, S.B. Hansen // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). -1994. Spec. Issue № 49. - P. 224-233.

151. Gosink, T.A. A case for n-Butyl Acetate / T.A. Gozink, M.A. Tumeo, B.R. Koci, T.W. Burton // PICO Tech. Rep. 89-3, Univ. of Alaska, 1989. 20 p.

152. Gosink, T.A. Butyl acetate, an alternative drilling fluid for deep ice coring project / T.A. Gozink, J.J. Kelley, B.R. Koci, T.W. Burton, M.A. Tumeo // J. of Glaciology. 1991.-Vol. 37 (125)-P. 170-176.

153. Gosink, T.A. Fluids for use in deep ice-core drilling/ T.A. Gozink, J.J. Kelley, M.A. Tumeo et al. // Memoirs of National Institute of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue №. 49. - P. 335-346.

154. Gow, A.J. Physical and structural properties of the Greenland Ice Sheet Project ice core: A review / A.J. Gow, D.A. Meese, R.B. Alley et al. // J. Geophys. Res. 1997. - Vol. 102. - P. 26559-26575.

155. Gow, A.J. Relaxation of ice in deep drill cores from Antarctica / A.J. Gow//J. Geophys. Res. 1971. - Vol. 76.-P. 2533-2541.

156. Gow, A.J. Results of measurements in the 309 meter bore hole at Byrd Station, Antarctica / A.J. Gow // J. of Glaciology. -1963 Vol. 4, (36). - P. 771-784.

157. Hansen, B.L. An overview of ice drilling technology / B.L. Hansen // USA CRREL Spec. Rep. 84-34. Hanover, USA CRREL, 1984. - P. 1-6.

158. Hansen, B.L. Deep core drilling in ice / B.L. Hansen // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue № 49. - P. 5-8.

159. Hansen, B.L. Deep core drilling in the East Antarctic Ice sheet: a prospectus / B.L. Hansen // Ice-Core Drilling: Proc. of the Symp., Univ. of Nebraska, Lincoln, USA, 28-30 Aug. 1974. Lincoln, Univ. of Nebraska Press, 1976. -P. 29-36.

160. Hansen, B.L. Resurvey of bore-hole at Dye 3, south Greenland / B.L. Hansen, N.S. Gundestrup // J. of Glaciology. 1988. - Vol. 34 (117). -P. 178-182.

161. Hansen, B.L. Some results of ice cap drill hole measurements / B.L. Hansen, J.K. Landauer. // Symp. de Chamonix. AIHS Publ. 47, 1958. - P. 313-317.

162. Hobbs, P.V. Ice physics / P.V. Hobbs. Clarendon Press, 1974. - 837 p.

163. Hooke, R. LeB. Flow law for polycrystalline ice in glaciers: comparison of theoretical predictions, laboratory data, and field measurements / R. LeB. Hooke // Reviews of Geophysics and Space Physics. 1981. - Vol. 19(4). - P. 664-672.

164. Hooke, R. LeB. Principles of Glacier Mechanics / R. LeB. Hooke. -2nd ed. Cambridge University Press, 2005. - 429 p.

165. Höppler, F. Die plasticität des Eises / F. Höppler // Kolloid Zeit. 1941. -Vol. 97.-P. 154-160.

166. Industrial Solvents Handbook/ 4th Ed. Park Ridge, New Jersey, USA, 1991.-930 p.

167. Johnsen, S.J. A fast light-weight core drill / S.J. Johnsen, W. Dansgaard, N. Gundestrup et al. // J. of Glaciology. 1980. - Vol. 25 (91). - P. 169-174.

168. Johnsen, S.J. The new improved version of the ISTUK ice core drill / S.J. Johnsen, N.S. Gundestrup, S.B. Hansen, J. Schwander, H. Rufli // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue № 49. - P. 9-23.

169. Kelley, J.J. Ice coring and drilling technologies developed by the Polar Ice Coring Office / J.J. Kelley, K. Stanford, B. Koci, M. Wumkes, V. Zagorodnov // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue № 49. -P. 24-40.

170. Koci, B.R. Evaluation of deep ice core drilling system / B.R. Koci, J.M. Sonderup // PICO Tech. Rep. 90-1. Fairbanks, Univ. of Alaska, 1990. - 34 p.

171. Koci, B. New directions in drilling and related activities / B. Koci // Ice-Core Drilling: Proc. of the Third Int. Workshop on Ice Drilling Technology, Grenoble, France, 10-14 Oct. 1988. Grenoble : LGGE, 1989. - P. 21-23.

172. Koci, B.R. The AMANDA Project: Drilling precise, large-diameter holes using hot water // B.R. Koci // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). -1994. Spec. Issue № 49. - P. 203-211.

173. Koci, B. Wotan: a drill for ice cube / B. Koci // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 2002. - № 56. - P. 209-216.

174. Kudryashov, B.B. Deep Ice Coring at Vostok Station (East Antarctica) with Electromechanical Drill/ B.B. Kudryashov, N.I. Vasiliev, R.N. Vostretsov,

175. A.N.Dmitriev, V.M., Zubkov, A.V. Krasilev, P.G.Talalay, N.I. Barkov, V.Ya. Li-penkov and J.R. Petit // Mem. of National Institute of Polar Research (Japan). 2002. - № 56. -P. 91-102.

176. Kudryashov, B.B. KEMS-112 Electromechanical ice core drill /

177. B.B. Kudryashov, N.I. Vasiliev, P.G. Talalay // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue № 49. - P. 138-152.

178. Lewis, R.J., Sr. Sax's dangerous properties of industrial materials / R.J. Lewis, Sr. / 9th Ed. Van Nostrand Reinhold, 1996. - Vol. I - III.

179. Lipenkov, V.Ya. Bubbly-ice densification in ice sheets: II. Applications / V.Ya. Lipenkov, A.N. Salamatin, P. Duval // J. of Glaciology. 1997. - Vol. 43 (145). - P. 397-407.

180. Lliboutry, L.A. Nouveau calcul de la varation du point de fusion sous Pefiet des contraintes al application au processus de fonte et regel sous-glaciaire / L.A. Lliboutry // C.R.A.Sc. 1964. - Vol. 258 (5).

181. Lliboutry, L.A. The dynamics of temperate glaciers from the detailed viewpoint / L.A. Lliboutry //. J. of Glaciology. -1969. Vol. 8 (53). - P. 185-205.

182. Lliboutry, L.A. Various isotropic and anisotropic ices found in glaciers and polar ice caps and their corresponding rheologies / L.A. Lliboutry, P. Duval // Annales Geophysicae. 1985. - Vol. 3 (2). - P. 207-224.

183. Mellor, M. Creep of snow and ice / M. Mellor M., J.H. Smith // Physics of snow and ice.-Vol. 1(2). Hokkaido Univ., 1967.-P. 843-855.

184. Mellor, M. Effect of temperature on the creep of ice / M. Mellor, R. Testa //J. of Glaciology. 1969,- Vol. 8(52).-P. 131-145.

185. Mellor, M. General consideration for drill system design / M. Mellor, P.V. Sellman // Ice-Core Drilling: Proc. of the Symp., Univ. of Nebraska, Lincoln, USA, 28-30 Aug. 1974. Lincoln : Univ. of Nebraska Press, 1976. - P. 77-111.

186. Mellor, M. Mechanics of cutting and boring. Part II: Kinematics of axial rotation machines / M. Mellor // CRREL Rep. 76-16, 1976. 45 p.

187. Morgan, V. Technical aspects of deep ice drilling on Law Dome / V. Morgan, E. Wehrle, A. Fleming et al. // Mem. of National Institute of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue № 49. - P. 78-86.

188. Nagornov, O.V. Effect of a heated drilling bit and borehole liquid on thermoelastic stresses in an ice core / O.V. Nagornov, V.S. Zagorodnov, J.J. Kelley // Mem. of National Institute of Polar Research (Japan). 1994. - № 49. - P. 314-326.

189. Naruse, R. Closure rate of a 700-m deep bore hole at Mizuho Station, East Antarctica/ R. Naruse, F. Okuhira, H. Ohmae et al. // Ann. of Glaciology 1988. -Vol. 11.- P. 100-103.

190. Okuhura, F. Temperature profile in a 700 m bore-hole at Mizuho Station, East Antarctica / F. Okuhura, F. Nishio, K. Ikegami // Antarctic Record. 1988. -Vol. 32 (3).-P. 277-285.

191. Olesen, O.B. A Danish contribution to the family of hot-water glacier drills / O.B. Olesen // Proc. of the Third Int. Workshop on Ice Drilling Technology, Grenoble, France, 10-14 October 1988. Grenoble : LGGE, 1989. - P. 140-138.

192. Partially halogenated chlorofluorocarbons/ Environmental Health Criteria. 1992. - Vol. 139. - 130 p.

193. Paterson, W.S.B. Secondary and tertiary creep of glacier ice as measured by borehole closure rates / W.S.B. Paterson // Rev. Geophys. Space Phys. 1977. -Vol. 15.-P. 47-55.

194. Paterson, W.S.B. The physics of glaciers / W.S.B. Paterson. 3rd Ed. -Pergamon, 1994. - 480 p.

195. Patty's Industrial Hygiene and Toxicology/ 3rd Ed. John Wiley & Sons, 1981. - Vol. 1,2.

196. Perutz, M.F. Direct measurements of the velocity distribution in a vertical profile through a glacier / M.F. Perutz // J. of Glaciology. 1950. - Vol. 1 (7). -P. 382-383.

197. Perutz, M.F. Report on problems relating to the flow of glaciers / M.F. Perutz // J. of Glaciology. 1947. - Vol. 1 (2). - P. 47-51.

198. Philbert, K. The thermal probe deep-drilling method by EGIG in 1968 at Station Jarl-Joset, Central Greenland / K. Philbert // Ice-Core Drilling: Proc. of the

199. Symp., Univ. of Nebraska, Lincoln, USA, 28-30 Aug. 1974. Lincoln : Univ. of Nebraska Press, 1976.-P. 117-132.

200. Ritz, C. Analysis of a 870 m deep temperature profile at Dome C / C. Ritz, L. Lliboutry, C. Rado // Ann. of Glaciology. 1982. - № 3. - P. 284-289.

201. Russel-Head, D.S. Ice sheet flow properties derived from bore-hole shear measurements combined with ice core studies / D.S. Russel-Head, W.F. Budd // J. of Glaciology. 1979. - Vol. 24 (90). - P. 117-130.

202. Schwander, J. Electromechanical drilling of a 300-m core in Greenland / J. Schwander, H. Rufli // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 1994. -Spec. Issue № 49. p. 93-98.

203. Shumskiy, P.A. On the theory of the glacier variations / P.A. Shumskiy // AIHS Bulletin. 1963. - An. 8 (1). - P. 45-56.

204. Stanford, K.L. An engineering, environmental and logistical analysis of the Polar Ice Coring Office 13,2-cm ice coring system / K.L. Stanford // PICO Rep. CP-92-2, 1992.- 17 p.

205. Stanford, K.L. Future technical developments for the Polar Ice Coring Office 13,2 cm ice core drill / K.L. Stanford // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue № 49. - P. 57-68.

206. Steinemann, S. 1958. Résultats expérimentaux sur la dynamique de la glace et leur correlation avec le mouvement et la pétrographie des glaciers. IAHS AISH Publication 47. - P. 184-198.

207. Suzuki, Y. Ice core drills usable for wet ice / Y. Suzuki, K. Shimbori // Mem. of National Institute of Polar Research (Japan). 1985. - № 39. - P. 214-218.

208. Suzuki, Y. The drill system used by the 21st Japanese Antarctic Research Expedition and its later improvement / Y. Suzuki, K. Shimbori // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 1982. - № 24. - P. 259-273.

209. Takahashi, A.: Improvements to the JARE deep ice core drill / A. Taka-hashi, Y. Fujii, N. Azuma et al. // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). -2002.-Vol. 56.-P. 117-125.

210. Talalay, P.G. Hole fluids for deep ice core drilling / P.G. Talalay, N.S. Gundestrup // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). Vol. 56-P. 148-170.

211. Talalay, P.G. Hydrostatic pressure and fluid density profile in deep ice bore-holes / P.G. Talalay, N.S. Gundestrup // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). Vol. 56. - P. 171-180.

212. Talalay, P.G. Power consumption of deep ice electromechanical drills / P.G. Talalay // Cold Regions Science and Technology. 2003. - Vol. 37 (1). -P. 69-79.

213. Talalay, P.G. Removal of cuttings in deep ice electromechanical drills / P.G. Talalay // Cold Regions Science and Technology. 2005. - Vol. 44. - P. 87-98.

214. Taylor, P.L. A hot water drill for temperate ice / P.L. Taylor // USA CRREL Spec. Rep. 84-34. Hanover, USA CRREL, 1984. - P. 105-117.

215. Tchistyakov, V.K. Behavior of a deep hole drilled in ice at Vostok Station / V.K. Tchistyakov, A. Kracilev, V.Ya. Lipenkov et al. // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 1994. - № 49. - P. 247-255.

216. Thompson, W. Polar ice-caps and their influence in changing sea levels / W. Thomson // Transact. Geol. Soc. Glasgow. 1888. - Vol. 8 , Pt. 2.

217. Uchida, T. Brittle zone and air-hydrate formation in polar ice sheets / T. Uchida, P. Duval, V.Ya. Lipenkov et al. // Mem. of National Institute of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue № 49. - P. 298-305.

218. Ueda, H.T. Core drilling through the Antarctic ice sheet / H.T. Ueda, D.E. Garfield // USA CRREL Tech. Rep. 231. Hanover, USA CRREL, 1969. -17 p.

219. Ueda, H.T. Deep core drilling at Byrd Station, Antarctica / H.T. Ueda, D.E. Garfield // Int. Symp. on Antarctic Glaciological Exploration. Hanover, N.H., 1968.-P. 53-62.

220. Ueda, H.T. Drilling through the Greenland ice sheet / H.T. Ueda, D.E. Garfield // USA CRREL Spec. Rep. 126. Hanover, USA CRREL, 1968. -15 p.

221. Ueda, H.T. The USA CRREL drill for thermal coring in ice / H.T. Ueda,

222. D.E. Garfield // J. of Glaciology. 1969. - № 8. - P. 311-314.

223. Vasiliev, N.I. Core drilling by electromechanical drill / N.I. Vasiliev, B.B. Kudryashov, P.G. Talalay, V.K Chistyakov // Polar Record. 1993. - Vol. 29, № 170.-P. 235-236.

224. Vasiliev, N.I. Investigation of the ice cutting process by the rotary drill / N.I. Vasiliev, P.G. Talalay // Memoirs of National Inst, of Polar Research. 1994. -Spec. Issue 49.-P. 132-137.

225. Verkulich, S.R. Proposal for penetration and exploration of sub-glacial Lake Vostok, Antarctica / S.R. Verkulich, B.B. Kudryashov, N.I. Barkov et al. // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 2002. - № 56. - P. 245-252.

226. Weertman, J. Creep of ice / J. Weertman // Physics and Chemistry of Ice.

227. E.S. Walley, S.J. Jones and L.W. Gold (eds). Ottawa : Royal Society of Canada, 1973.-P. 320-337.

228. Wumkes, M.A. Development of the U.S. deep coring ice drill / M.A. Wumkes // Mem. of National Inst, of Polar Research (Japan). 1994. - Spec. Issue №49. -P. 41-51.

229. Zagorodnov, V. Antifreeze thermal ice core drilling: an effective approach to the acquisition of ice cores / V. Zagorodnov, L.G. Thompson, J.J. Kelley, B. Koci, V. Mikhalenko // Cold Regions Science and Technology. 1998. - Vol. 28. -P. 189-202.

Информация о работе

Талалай, Павел Григорьевич
доктора технических наук
Санкт-Петербург, 2007
ВАК 25.00.14

Диссертация

Научно-практические основы эффективной и экологически чистой технологии бурения глубоких скважин в ледниках - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы