Device for fusion drilling with simultaneous or follow-up reaming of wells in ice

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper deals with a new opening technology for subglacial reservoirs, which ensures environmentally friendly geological exploration. The technology is based on the results of the first openings of the subglacial Lake Vostok in Antarctica (February 2012 and January 2015). The primary goal of further studies of the subglacial Lake Vostok is to take clean samples of lake water and bottom sediments, which requires direct penetration into the lake. There is a number of conditions to be met in order to conduct further studies of the lake using a clean access well at the Vostok drilling complex. The article summarizes the main results including technological and engineering solutions protected by the patent of the Russian Federation. A detailed consideration is given to a new device for fusion drilling with simultaneous reaming of an ice hole. This device combines two technological processes: drilling due to contact melting, and an increase in the diameter of the well due to the creation of a vortex flow of a continuously heated coolant in the bottomhole zone. The thermal method of ice breaking ensures the ecological cleanliness when opening subglacial reservoirs and is a priority method that favorably differs from the existing ones. The device was named a “thermal drill reamer” (TDR). During the seasonal work of the 64th Russian Antarctic Expedition bench tests of the TDR 132/400 were carried out, the results of which confirmed that the device is capable to ensure 132 mm drilling with simultaneous reaming up to 400 mm.

About the authors

D. V. Serbin

Saint-Petersburg Mining University

Email: a2807970@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9855-7178

A. N. Dmitriev

Saint-Petersburg Mining University

Email: a2807970@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4615-3179

N. I. Vasiliev

Saint-Petersburg Mining University

References

  1. Wright A., Siegert M. J. The identification and physiographical setting of Antarctic subglacial lakes: an update based on recent geophysical data, in Antarctic Subglacial Aquatic Environments // Proceedings of the Chapman Conference on the Exploration and Study of Antarctic Subglacial Aquatic Environments. Washington: AGU, 2011. P. 9–26.
  2. Siegert M. J., Ross N., Le Brocq A. M. Recent advances in understanding Antarctic subglacial lakes and hydrology // Philosophical Transactions of the Royal Society. A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2016. Vol. 374. Iss. 2059. https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0306.
  3. Васильев Н. И., Большунов А. В., Дмитриев А. Н., Подоляк А. В., Сербин Д. В. Спускоподъемное устройство с полиспастной системой для исследования подледникового озера «Восток» // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 9. Ч. 2. С. 137–140. https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.51.062.
  4. McKay R. M., Barrett P. J., Levy R. S., Naish T. R., Golledge N. R., Pyne A. Antarctic Cenozoic climate history from sedimentary records: ANDRILL and beyond // Philosophical Transactions of the Royal Society. A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2016. Vol. 374. Iss. 2059. https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0301.
  5. Bulat S. A., Alekhina I. A., Lipenkov V. Y., Lukin V. V., Marie D., Petit J. R. Cell concentrations of microorganisms in glacial and lake ice of the Vostok ice core, East Antarctica // Microbiology. 2009. Vol. 78. Iss. 6. P. 808– 810. https://doi.org/10.1134/S0026261709060216.
  6. Алехина И. А., Васильев Н. И., Липенков В. Я. Проблемы защиты окружающей среды и экологического мониторинга в проектах изучения подледниковых озер Антарктиды // Лед и снег. 2012. Т. 52. № 4. С. 104– 114. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2012-4-104-114.
  7. Онищин В. П. Комплекс технических средств для изыскательских работ на шельфе арктических морей // Записки Горного института. 2012. Т. 197. С. 46–49.
  8. Fricker H. A., Powell R., Priscu J., Tulaczyk S., Anandakrishnan S., Christner B., et al. Siple Coast subglacial aquatic environments: the Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling (WISSARD) project // Proceedings of the Chapman Conference on the Exploration and Study of Antarctic Subglacial Aquatic Environments. Washington: AGU, 2011. P. 199–220.
  9. Christner B. C., Royston-Bishop G., Foreman C. M., Arnold B. R., Tranter M., Welch K. A., et al. Limnological conditions in Subglacial Lake Vostok, Antarctica // Limnology and Oceanography. 2006. Vol. 51. Iss. 6. P. 2485– 2501. https://doi.org/10.4319/lo.2006.51.6.2485.
  10. Methodology for clean access to the subglacial environment associated with the Whillans Ice Stream // ATCM IP 72. 34 Antarctic Treaty Consultative Meeting. Buenos Aires, 2011.
  11. Priscu J. C., Powell R. D., Tulaczyk S. Probing subglacial environments under the Whillans Ice Stream // Eos (Transactions, American Geophysical Union). 2010. Vol. 91. Iss. 29. P. 253–254. https://doi.org/10.1029/2010EO290002.
  12. Масолов В. Н., Попов С. В., Лукин В. В., Попков А. М. Рельеф дна и водное тело подледникового озера Восток, Восточная Антарктида // Доклады Академии наук. 2010. Т. 433. № 5. С. 693–698.
  13. Васильев Н. И., Дмитриев А. Н., Блинов П. А. Бурение глубокой скважины на российской антарктической станции «Восток» // Вестник Отделения наук о Земле Российской академии наук. 2012. Т. 4. NZ2001. https://doi.org/10.2205/2012NZ000111.
  14. Полякова Е. В. Статистическая обработка результатов микроструктурного анализа ледяных кернов из глубоких скважин на станции «Восток» (Центральная Антарктида) // Записки Горного института. 2007. Т. 173. С. 17–19.
  15. Полякова Е. В. Структурные особенности льда озера Восток (Центральная Антарктида) // Записки Горного института. 2009. Т. 182. С. 45–47.
  16. Lukin V. V., Vasiliev N. I. Technological aspects of the final phase of drilling borehole 5G and unsealing Vostok Subglacial Lake, East Antarctica // Annals of Glaciology. 2014. Vol. 55. Iss. 65. P. 83–89. https://doi.org/10.3189/2014AoG65A002.
  17. Литвиненко В. С. Уникальные техника и технологии бурения скважин во льдах Антарктиды // Записки Горного института. 2014. Т. 210. С. 5–10.
  18. Литвиненко В. С., Васильев Н. И. Разработка породоразрушающего инструмента для бурения скважин во льду // Записки Горного института. 2012. Т. 197. С. 15–20.
  19. Липенков В. Я., Лукин В. В., Булат С. А., Васильев Н. И., Екайкин А. А., Лейченков Г. Л.. Итоги исследования подледникового озера Восток в период МПГ // Вклад России в Международный полярный год 2007/08: полярная криосфера и воды суши / ред. В. М. Котляков. М. – СПб.: Паулсен, 2011. С. 17–45.
  20. Clow G. D, Koci B. R. A fast mechanical access drill for polar glaciology, paleoclimatology, geology, tectonics and biology // Memoirs of National Institute of Polar Research. 2002. Vol. 56. P. 5–37.
  21. Kennicutt M. C., Siegert M. J. Subglacial aquatic environments: a focus of 21st century Antarctic science // Antarctic subglacial aquatic environments / eds. M. Siegert, C. Kennicutt, B. Bindschadler. Washington: AGU, 2011. P. 1–8.
  22. Большунов А. В., Васильев Н. И., Дмитриев А. Н., Подоляк А. В., Сербин Д. В., Туркеев А. В. Особенности технологии экологически безопасного вскрытия озера Восток в Антарктиде и технические средства для ее реализации // Бурение в осложненных условиях: материалы Междунар. науч.-практ. конф. СПб.: ЛЕМА, 2016. С. 13–14.
  23. Барков Н. И. Первая скважина на станции Восток // Лед и снег. 2012. № 4. С. 9–11.
  24. Пат. № 2700143 С1, Российская Федерация, МПК E21B7/15. Тепловой снаряд для бурения плавлением / Н. И. Васильев, Д. В. Сербин, А. Н. Дмитриев, А. В. Большунов. Заявл. 15.04.2019; опубл. 12.09.2019. Бюл. № 26.
  25. Сербин Д. В., Васильев Н. И., Дмитриев А. Н., Большунов А. В. Тепловой снаряд для бурения плавлением с одновременным расширением ледовых скважин // Новые идеи в науках о Земле: материалы XIV Междунар. науч.-практ. конф. М.: Изд-во МГРИ, 2019. С. 297–300.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».