автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Основы теории и практика бурения плавлением в ледовых отложениях Антарктиды

На правах рукописи

ШКУРКО АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКА БУРЕНИЯ ПЛАВЛЕНИЕМ В ЛЕДОВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ АНТАРКТИДЫ

Специальность 05.15.14 "Технология и техника геологоразведочных работ"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова (техническом университете)

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН

ЗОТИКОВ Игорь Алексеевич

доктор технических наук, доцент НИКОЛАЕВ Николай Иванович

доктор технических наук, профессор ОНИЩИН Владислав Петрович

Ведущее предприятие: Государственный научный центр Российской Федерации - Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт

Защита диссертации состоится « мая 1998 г. в ]_5_ час 15 минут на заседании диссертационного Совета Д.063.15.12 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, в зале заседаний № 2.

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

Автореферат разослан « оП 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета доктор технических наук, ... профессор

И.П.ТИМОФЕЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Современное оледенение занимает огромные территории приполярных районов в Южном и Северном полушариях, а также в высокогорных районах средних широт. Общая площадь современного оледенения составляет свыше 15,5 млн. км2 или 10% суши земного шара.

Большой интерес представляет оценка использования Антарктического ледникового покрова и островов Северного Ледовитого океана, покрытых ледниками, для хозяйственной деятельности человека.

Под мощной толщей льдов скрыты геологические структуры, хранящие в своих недрах ценнейшие полезные ископаемые, которые могут послужить в будущем всему человечеству. Кроме того, сами ледники являются своеобразными хранителями огромных запасов холода и чистой пресной воды. Детальное же изучение материковых ледниковых покровов и ледников на глубину возможно только с помощью бурения скважин с полным отбором керна.

Получаемая при бурении ледниковых покровов и ледников информация об изменении природных условий на Земле в течение длительных эпох представляет большой интерес для широкого круга естественных наук: гляциологии, гидрометеорологии, геологии^ геофизики, геохимии, микробиологии и ряда других.

С целью исследования глубоких горизонтов мощных ледниковых отложений Антарктиды, Гренландии и островов Северного Ледовитого океана в последние годы получило широкое применение бурение скважин методом плавления, обладающим рядом преимуществ перед традиционными методами. Малая установленная мощность, небольшие габариты и масса применяемого оборудования и инструмента делают его незаменимым при использовании в условиях сурового клима-

та, отдаленности и полного бездорожья, присущих полярным областям Земли. Накопленный опыт бурения плавлением "сухих", не заполненных незамерзающей жидкостью скважин, показал, что в силу горного давления и реологических свойств льда проходка скважин с глубиной резко осложняется. Даже в условиях ст. Восток, где постоянная среднегодовая температура льда у поверхности -57°С, бурение сухих скважин без осложнений возможно только до глубины 500 м, а на более теплых ледниках, например на Северной Земле, где температура льда -11°С - до глубины 250-300 м. Настоятельная необходимость всестороннего изучения ледников и ледниковых покровов на всю их мощность требует бурения скважин с отбором керна и проведением комплекса исследований на глубину до 4000 м и более.

Достижение таких глубин возможно только при заполнении скважины специальной незамерзающей жидкостью с плотностью равной или большей плотности льда (р=920 кг/м3) для создания гидростатического противодавления горному давлению или применения специальных методов борьбы с сужением ствола скважины путем проходки одновременно со скважиной щели вдоль оси скважины, сопряженной с ее боковой поверхностью.

Внедрение новых технических средств и методов глубокого бурения скважин с отбором керна льда дают возможность для изучения внутреннего строения ледниковых покровов методами изотопной и геохимической гляциологии. К настоящему времени накопилась обширная информация о свойствах и вещественном строении льда, полученная при проведении гляциологических, геохимических, геофизических и микробиологических исследований керна и самих скважин, пробуренных в Антарктике.

Ценность полученной информации снижается из-за отсутствия возможности определения абсолютного возраста

глубинных горизонтов. Надежных способов по определению абсолютного возраста с минимальной стратиграфической ошибкой до настоящего времени не существует. Одним из возможных методов для определения абсолютного возраста ледовых толщ является изотопный анализ по углероду С14, который в составе С02 входит в воздушные включения во льду, сохранившиеся в процессе формирования ледовой толщи. Для получения проб С02 с целью определения абсолютного возраста наряду с разработкой технических средств и технологии бурения скважин необходимо решить ряд технических задач и прежде всего разработать технические средства и методику отбора проб углекислого газа из ледового массива на различных глубинах.

По назначению скважины можно разделить на наблюдательные, используемые в течение длительного времени для проведения геофизических и других наблюдений за динамикой и термодинамикой ледникового покрова, и специальные -для микробиологического опробования, отбора проб на углеродный изотопный анализ, геохимические и другие виды исследований. Наблюдательные скважины, обычно, для предотвращения затекания ствола заполняются низкотемпературной заливочной жидкостью. Специальные же скважины бурятся "сухими", т.к. только из "сухих" скважин возможны отбор проб на углеродный анализ, микробиологическое и др. виды опробования.

Теоретические, технические и технологические проблемы бурения скважин методом плавления в ледниковых толщах, отбора проб из скважин, сохранения устойчивости ствола скважин в процессе бурения и их эксплуатации рассматривались в трудах отечественных и зарубежных ученых, среди которых следует выделить работы К. Ф. Войтковского, С. С. Вялова, Д. В. Даныша, И. А. Зотикова, Б. Б. Кудряшова, Е. В. Кудрявцева, В. А. Морева, М. А. Пудовкина, А. Н. Сала-

матина, М. Н. Сеид-Рза, А. В. Секурова, В. С. Филатова, С. Н. Фомина, В. К. Чистякова, В. А. Чугунова, Г. А. Черемен-ского, Hansen В. L., Gillet F., Longway С. С., Shrewe R. L., Suzuku Y. и др.

Все вышесказанное позволяет считать разработку технических средств и технологии бурения плавлением ледовых толщ, техники и методики отбора газовых проб COz на радиоуглеродный анализ для определения абсолютного возраста ледовых толщ, а также вопрос сохранения нормального диаметра скважин в процессе их проходки и эксплуатации весьма актуальными, практическое осуществление которых позволяет решить целый комплекс научных и практических проблем, сократить затраты средств и времени на их реализацию. Исследования, направленные на решение данных задач были начаты автором более 20 лет назад на кафедре Технологии и техники бурения скважин (ТТБС) Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) (СПГТИ) и выполнялись на основе госбюджетных и хоздоговорных тем, а также на основе договоров о творческом сотрудничестве с научно-исследовательскими организациями.

На заключительном этапе исследования продолжались на основе госбюджетной темы: "Разработка, совершенствование и внедрение скважинных методов и технических средств исследования вертикальной структуры, состава и динамики ледников и ледниковых покровов" (ОКП "Мировой Океан, подпрограмма Антарктика, проект "Ледник", код темы по ГАСНИТИ 09.03.01. № Гос. регистрации 01860100297, 19911995гг.), заданию ПСНТ СССР № 369 от 19.07.79 и по заказ-нарядам Госкомитета РСФСР по делам науки и высшей школы №83 на 1989-90 гг. и №19 на 1991-93гг.

В соответствии с Протоколом о намерениях между Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу природной среды, Лабораторией гляциологии и геофи-

зики окружающей среды (Франция) и Отделом полярных программ Национального научного фонда США работы по совершенствованию техники и технологии бурения и опробования ледникового покрова Антарктиды, проводимые в СПГТИ, включены в Российско-франко-американский проект по изучению ледяных кернов со ст. Восток.

Цель работы - научное обоснование и разработка эффективной технологии бурения плавлением во льдах, обеспечивающей устойчивость ствола скважины и качественное опробование ледовых отложений.

Основная идея работы заключается в повышении устойчивости стенок скважин на больших глубинах, бурящихся электротепловым способом плавления льда, за счет предупреждения деформации ее ствола и компенсации горного давления путем применения низкотемпературных заливочных жидкостей.

Основные задачи исследований. В соответствии с поставленной целью в работе предусмотрено решение следующих задач:

- анализ и обоснование математических моделей тепло-обменных и деформационных процессов на контуре ствола скважины, заполненной низкотемпературной заливочной жидкостью, при ее проходке и опробовании методом плавления;

- исследование факторов, определяющих длительную устойчивость ствола скважины, бурящейся в ледовом массиве и разработка на этой основе методов борьбы с деформацией ее ствола на больших глубинах;

- исследование и разработка эффективной технологии и технических средств бурения скважин во льдах электротепловым способом;

- разработка методики отбора представительных проб СОг для определения абсолютного возраста глубинных ледовых отложений;

- опытно-производственная проверка результатов исследований и рекомендации по дальнейшему совершенствованию технологии бурения и опробования скважин во льдах.

Методика исследований. Решение поставленных задач осуществлялось комплексным методом, сочетающим в себе элементы математического и расчетного анализа с экспериментальными исследованиями в лабораторных и полевых условиях. Схема выполнения исследований выглядит следующим образом:

- обзор, анализ и обобщение материалов научных исследований по проблеме, обоснование цели и задач исследования;

- построение и анализ математических моделей тепловых и гидродинамических процессов, происходящих в приза-бойной зоне скважины при бурении плавлением и выплавлении каверны большого объема;

- на основе известных законов теории упругости и пластичности разработка аналитических зависимостей изменения диаметра скважины с глубиной во времени, с учетом основных реологических свойств льда, а также метода борьбы с деформированием ствола скважины;

- разработка и создание экспериментальной базы и обоснование методики проведения экспериментов;

- экспериментальные исследования теплообменных процессов при бурении скважин и выплавлении каверны большого объема в лабораторных условиях;

- испытание разрабатываемых технических средств и технологий в полевых условиях;

- совершенствование разрабатываемых технологий и технических средств на основе результатов эксперименталь-

ных, лабораторных и полевых исследований с целью повышения их эффективности и надежности, а также внедрения в практику бурения скважин с отбором керна в ледовых толщах.

Научная новизна выполненной работы заключается:

- в установлении взаимосвязи между теплофизическими свойствами льда, конструктивными характеристиками бурового инструмента и технологическими параметрами процесса бурения, а также установлении закономерностей, связывающих мощность нагревательного устройства со скоростью движения теплоносителя и временем плавления каверны во льду; .. ■ ..-..

- в установлении аналитических зависимостей изменения диаметра скважины с глубиной во времени с учетом реологических свойств льда и обосновании метода борьбы с деформацией ствола скважины.

Практическая ценность и реализация работы:

- разработана и внедрена в практику буровых работ технология бурения плавлением глубоких скважин, заполненных низкотемпературной заливочной жидкостью;

- разработана и внедрена методика отбора из пробуренной скважины газовых проб на изотопный углеродный анализ для определения абсолютного возраста ледовых толщ;

- разработаны и внедрены в Антарктиде новые технические средства - термоэлектробуровые колонковые снаряды на грузонесущем кабеле ТБЗС-152М, ТБЗС-152-2М, ТБЗС-132 и др. для бурения с полным отбором керна из скважин, залитых низкотемпературной заливочной жидкостью;

- разработан, изготовлен и эксплуатируется на ст. Восток комплекс поверхностных сооружений, оборудования, аппаратуры и приборов для бурения, опробования и исследования глубоких скважин в ледниковых покровах;

- сконструирован, изготовлен и опробован в полевых условиях скважинный газовый пробоотборник (СГПУ) для от-

бора углекислого газа из ледниковой толщи на изотопный радиоуглеродный анализ;

- предложен и опробован на экспериментальном стенде щелевой способ борьбы с сужением ствола скважин.

Все вышеперечисленные разработки выполнены на уровне изобретений, некоторые из ник в качестве экспонатов демострировались на ВДНХ и других отечественных и зарубежных выставках, где получили высокие оценки (золотые, серебряные медали ВДНХ, дипломы, грамоты).

К настоящему времени предложенной технологией в Арктике и Антарктике пройдено более 10 тысяч метров скважин, в т. ч. в 1993 году на ст. Восток скважина 5Г достигла рекордной глубины для Антарктиды - 2755м. Это самая глубокая скважина в мире, пробуренная тепловым способом. Возраст льда, определенный по керну, взятому с глубины 2502м составляет 220 тысяч лет.

Полученные результаты используются в настоящее время при совершенствовании технологии и технических средств бурения ледниковых покровов методом плавления в научно-исследовательской лаборатории новых методов бурения и исследования скважин (НИЛ НМБИС) при кафедре ТТБС СПГТИ, а также в учебном процессе при чтении курсов лекций по дисциплинам "Технология и техника бурения скважин" и "Математические методы в бурении". Основные защищаемые положения: 1. Основным фактором, определяющим скорость бурения плавлением во льдах является электрическая мощность коронки-нагревателя, температура льда не оказывает существенного влияния, а увеличение осевой нагрузки на забой целесообразно лишь до 103 Н/м2, при этом КПД процесса плавления уменьшается с увеличением высоты нагревателя и составляет 85-90% его общей мощности.

2. Получение объективных данных об абсолютном возрасте ледникового покрова Антарктиды обеспечивается технологией глубокого бурения плавлением с образованием каверны во льду и отбором проб СО2 при этом каверна должна иметь форму сплюснутого эллипсоида с рациональным соотношением полуосей 1:5, обеспечивающим минимальную стратиграфическую ошибку в определении возраста.

3. Безаварийная проходка глубоких скважин в ледяном массиве возможна при условии поддержания постоянного начального диаметра скважины в течение всего времени бурения, обеспечивающего свободный проход бурового снаряда по всей глубине скважины. Длительное поддержание диаметра скважины близкого к начальному может быть обеспечено путем проходки разгружающей щели, сопряженнной с ее стенкой по всей глубине параллельно оси скважины.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертационной работы обсуждались на ежегодных научных семинарах кафедры ТТБС, НТС лаборатории новых методов бурения и исследования скважин, НТС проблемной лаборатории горной теплофизики в 1976-1995гг., на 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы горной теплофизики" (Ленинград, 1981г.), на 3-м Международном симпозиуме Научного комитета по антарктическим исследованиям - SCAR (Ленинград, 1982г.), на 1-м, 2-м, 3-м Международных симпозиумах по бурению разведочных скважин в осложненных условиях (Ленинград, 1989г., Санкт-Петербург, 1992г., 1995г.), на ежегодных семинарах секции гляциологии (г. Зеленоград Московской обл.), на IX Всесоюзном гляциологическом симпозиуме (Тбилиси, 1988г.), на 3-й Всесоюзной конференции по механике и физике льда (Москва, 1988г.), на Международном симпозиуме "Недра России" (Санкт-Петербург, 1996г.).

Исходные материалы и личный вклад.

Основой диссертационной работы являются результаты теоретических, экспериментальных и опытно-производственных исследований автора, начатых в 1974 году в отделе Антарктических исследований при кафедре ТТБС ЛГИ и продолженных на кафедре экономики по госбюджетной и хоздоговорной тематике, связанной с реализацией проекта бурения глубоких скважин во льдах на ст. Восток (Антарктида) и на леднике Вавилова (Северная Земля).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 43 печатных работах, из которых 10 авторских свидетельств и I патент.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 246 наименований. Содержание диссертации изложено на 249 страницах машинописного текста, сопровождается 57 рисунками и 40 таблицами.

Во введении приводится общая характеристика работы, обосновываются ее актуальность, излагаются основная идея, цель, задачи и основные защищаемые положения, научная новизна, практическая ценность и реализация результатов работы, приводятся данные по ее обсуждению и структуре.

В главе 1 изложены результаты анализа существующих средств и методов бурения ледников и ледниковых покровов методом плавления, обосновываются научные цели, задачи и методика исследований, приводится анализ закономерностей теплообменных процессов в призабойной зоне скважины, заполненной низкотемпературной (незамерзающей) жидкостью.

Для оценки эффективности работы коронки-нагревателя введен показатель КПД процесса плавления. Проведен расчетный анализ зависимости скорости бурения плавлением и КПД от основных определяющих факторов - элек-

трической мощности нагревателя, естественной температуры льда, осевой нагрузки, физических свойств льда и материала нагревателя, геометрических размеров нагревателя и пр.

В главе 2 приведены результаты экспериментальных и опытно-конструкторских работ по созданию технических средств и технологии бурения плавлением скважин, заполненных низкотемпературной заливочной жидкостью.

В главе 3 дано теоретическое и экспериментальное обоснование способа отбора газовых проб из ледовых толщ глубинных горизонтов на изотопный углеродный анализ, приводится постановка задачи и анализ механизма плавления каверны в ледовой толще. Изложены результату расчетного анализа.

В главе 4 рассмотрены результаты экспериментальных исследований и опытно-конструкторских разработок по созданию комплекса технических средств и обоснованию методики отбора газовых проб из ледниковых толщ.

Глава 5 посвящена постановке и решению задачи скорости сужения ствола скважины, пройденной в упруго-вязких породах, в том числе и ледниковых отложениях. Для уменьшения скорости сужения ствола скважины в процессе проходки и ее эксплуатации в упругих и упруго-вязких породах предложен щелевой способ защиты скважин, дано аналитическое обоснование ее эффективности.

В заключении приводятся общие выводы и рекомендации.

Автор выражает искреннюю благодарность заведующему кафедрой ТТБС СП1ТИ проф. Б. Б. Кудряшову за помощь, консультации и внимание к подготовке данной работы, заведующему кафедрой строительной механики СПГГИ проф. Л. К. Горшкову за ценные замечания и консультации, а также сотрудникам кафедры ТТБС и научно-исследовательской лаборатории за поддержку и помощь в организации и проведе-

нии научно-исследовательских работ в полевых условиях и опытно-конструкторских разработках, сотрудникам ДАНИИ, всем участникам совместных работ в Антарктических и высокогорных экспедициях.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Основным фактором, определяющим скорость бурения плавлением во льдах является электрическая мощность коронки-нагревателя, температура льда не оказывает существенного влияния, а увеличение осевой нагрузки на забой целесообразно лишь до 10*Н/м2, при этом КПД процесса шавления уменьшается с увеличением высоты нагревателя и составляет 85-90% его общей мощности.

Основным показателем, характеризующим процесс бурения плавлением является скорость бурения. При тепловом способе бурения скорость является обобщенным показателем, зависящим от мощности, подводимой к коронке-нагревателю, осевой нагрузки, геометрической формы коронки, условий удаления продуктов разрушения, теплофизических свойств материала, из которого изготовлена сама коронка и свойств расплавляемой породы (льда). Поэтому основной задачей является установление аналитической зависимости между вышеперечисленными факторами и скоростью бурения плавлением.

В работах В. К. Чистякова, В. А. Чугунова, А. Н. Сала-матина и др. теоретически показано, что наиболее оптимальной формой рабочей поверхности нагревателя является удлиненная парабола. Однако экспериментальные исследования показали, что такая форма нагревателя дает минимальную разработку скважины по диаметру, что затрудняет извлечение снаряда из скважины, а при больших глубинах, где начинает

сказываться горное давление, возникает опасность его прихвата.

Так, экспериментально установлено, что для увеличения диаметра скважины кольцевой нагреватель, помимо параболической формы торца, должен иметь цилиндрические боковые поверхности, предназначенные для расплавления стенок скважины до пределов, обеспечивающих беспрепятственный подъем и спуск снаряда без каких-либо осложнений.

Рассмотрим кольцевой нагреватель, имеющий торцевую часть параболической формы высотой Ь и цилиндрические боковые поверхности высотой Ь с равномерно рассредоточенным в его теле источником тепла удельной объемной производительности (рис. 1).

Приняты следующие упрощающие задачу допущения:

- на основании исследований С. С. Силина будем рассматривать установившийся процесс теплообмена;

- принимая во внимание симметричность кольцевого нагревателя, решалась одномерная задача о продвижении фронта плавления в безграничной, изотропной по теплофизи-ческим свойствам среде с постоянной скоростью V;

- верхний торец коронки теплоизолирован и в теплообмене не участвует.

Ось ъ подвижной системы координат направлена вдоль оси скважины в направлении к забою, начало координат совмещено с верхним торцом коронки-нагревателя. Рабочий торец коронки-нагревателя взаимодействует с ледовым забоем через непрерывно образующиеся в процессе плавления водяную прослойку толщиной 5. Боковые поверхности взаимодействуют со стенками скважины через водяную прослойку, толщиной А. Скважина полностью заполнена незамерзающей жидкостью, имеющей плотность рж.

При установившемся режиме работы нагревателя тепловой поток с его рабочей поверхности Цоб расходуется на нагрев воды в прослойке между торцевой поверхностью нагревателя и ледовым забоем а также на плавление льда qпл, создание температурного поля впереди движущегося забоя прогрев и плавление боковых стенок qc:

Чоб = Чв+Чпл+Чп+Яс- 0)

Тепловой поток, расходуемый непосредственно на уг-лубку, qз, можно выразить следующим образом:

Чз^об-Зс

или: Чз = Чв + Чнл+Чп = -г;—.

рз

где N - электрическая мощность нагревателя, Вт; С)с - количество тепла, затраченное в единицу времени на прогрев и плавление боковых стенок, Вт; Рз - площадь поверхности параболической части нагревателя, м2.

Поставленная задача решается из уравнения теплового баланса, составленного для призабойной зоны скважины с учетом гидродинамических и гидростатических процессов, происходящих в этой зоне.

Для скорости бурения плавлением получена следующая аналитическая зависимость:

, 0.91Му4/3--В к

N- — 71(0 + <!)[---т=—^ Лл/АЬ + - Ц

у =-А-:-з/А-А— (3)

^рл[0455Му4/3св + V - (1в + стН)сл]

где: А = ^ ; В =-^-

АК(Ъ~Ф АХн(0-ё) агр Я..',

М = Ь.[ч/-(10+сН)ся] л„

1

2урДО-(1)

Р -о еУ

«з

V - скорость бурения плавлением, м/с; Х,в- коэффициент теплопроводности воды, Вт/м°С, Д - средняя толщина водяной прослойки на боковых поверхностях, м; Рз - площадь поверхности параболической части нагревателя, м2; О - наружный диаметр нагревателя, м; (1 - внутренний диаметр нагревателя, м; Ха - коэффициент теплопроводности материала нагревателя, Вт/м°С; Св -удельная теплоемкость воды, Дж/кг°С; Сл -удельная теплоемкость льда, Дж/кг°С; ^ - температура окружающей среды, °С; <Т - геотермический градиент, °С/м; Н -глубина скважины, м; рл - плотность льда, кг/м3; А,*в - эквивалентный коэффициент теплопроводности, Вт/м°С; \\1 - скрытая теплота плавления, Дж/кг; V - коэффициент кинематической вязкости, м2/с; С[у - удельная объемная теплопроизводитель-ность, Вт/м3; Ь - высота цилиндрической части коронки, м; Ь -высота параболической части коронки, м; Б - длина канала потока под торцом коронки-нагревателя, м; рв - плотность воды, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; Уси - объем термобурового снаряда, м3; Рсн - вес снаряда, Н; f - площадь забоя скважины, м2; (агР - температура агрегатного перехода,

Уравнение (3) позволяет оценить влияние на скорость бурения плавлением основных определяющих факторов. Расчетный анализ этого выражения показывает, что скорость бурения плавлением находится в прямолинейной зависимости от электрической мощности нагревателя, которая является основным фактором, определяющим скорость бурения, а естест-

венная температура льда не оказывает существенного влияния на скорость бурения плавлением. При этом увеличение осевой нагрузки оказывает заметное влияние лишь до величины 103Н/м2.

Для оценки эффективности работы коронки-нагревателя при бурении плавлением скважин получена зависимость КПД процесса плавления от основных теплофизиче-ских характеристик льда и нагревателя и геометрических параметров буровой коронки:

Л =-^ л 33-,(4)

2ii/ + ct -[2 +----г—:----let

У вн 1 l + v[(r-r0) +0.25b ]/a(L+h) л

где: г и Го - наружный и внутренний радиусы коронки-нагревателя, м; а - коэффициент температуропроводности льда, м2/с; b - радиальная ширина коронки-нагревателя, м; tH -температура поверхности нагревателя, °С; t;, - естественная температура льда, °С.

Расчетный анализ уравнения (4) показывает, что КПД возрастает с увеличением скорости бурения и снижается с увеличением высоты нагревателя. Потери тепловой энергии для коронок-нагревателей, применяемых на практике, не превышают 10-15% от общей мощности нагревателя.

Следует отметить, что полученные аналитические выражения справедливы не только для бурения плавлением льда, но и горных пород.

Сопоставление расчетных и экспериментальных значений скорости бурения плавлением от подводимой электрической мощности и естественной температуры льда показывают их близкую сходимость (±10%). Экспериментальные исследования по выбору рациональной скорости выноса из призабой-ной зоны талой воды для полного разделения смеси "заливочная жидкость - вода" в водосборном отсеке показали,

что эта скорость должна быть 0.25-0.4 м/с в водоподъемных трубках и 0.006-0.008 м/с в водосборном отсеке.

На основе проведенных теоретических, экспериментальных, лабораторных и полевых исследований, опыта, накопленного за более чем двадцатилетний период работы в Центральной Антарктиде на ст. Восток и на Северной Земле (ледник Вавилова) разработаны: новые колонковые термобуровые снаряды на грузонесущем кабеле ТБЗС-152-2М и ТБЗС-132, технология бурения заполненных низкотемпературной жидкостью скважин методом плавления, комплекс поверхностного оборудования, контрольно-измерительных приборов и регулировочной аппаратуры, новый тип грузонесущего кабеля, вспомогательное оборудование и скважинные устройства.

Общий объем бурения к настоящему времени превысил 10000м, в том числе глубина 3 скважин превысила 2000м: скважина ЗГ-1 - 2202м (1985г.), скважина 4Г - 2546м (1989г.), скважина 5Г - 2755м (1993г.), которая стала самой глубокой скважиной в мире, пробуренной тепловым способом.

На основе проведенного анализа отечественного опыта бурения плавлением в Антарктиде и на Северной Земле, а также опыта зарубежных исследователей по тепловому бурению на горных ледниках, в Гренландии и на островах Северного Ледовитого океана намечены пути дальнейшего совершенствования технических средств и технологии бурения плавлением глубоких скважин в ледниковых покровах, имея в виду достижение породного ложа ледника в Центральной Антарктиде, мощность которого превышает 4000м.

К основным направлениям дальнейшего развития теплового способа бурения во льду стоит отнести:

а) уменьшение диаметра скважины;

б) увеличение механической скорости бурения плавлением;

в) повышение рейсовой скорости бурения;

г) обеспечение непрерывности работ.

С учетом весьма низкой температуры окружающей среды, предложены три принципиально новые схемы термобуровых снарядов сохраняющих положительную температуру как в процессе бурения, так и во время спуско-подъемных операций.

Одна из схем основана на высокочастотном регулируемом нагреве снаряда, другая - на сочетании магнитострикци-онного механического и теплового действия снаряда, третья предполагает использование самой заливочной жидкости в качестве замкнутого циркулирующего промежуточного теплоносителя при сочетании теплового и гидродинамического действия на забой.

Экономический эффект теплового способа бурения в условиях Центральной Антарктиды по сравнению с колонковым механическим составляет 4534,35руб./м в ценах 1998г.

2. Получение объективных данных об абсолютном возрасте ледникового покрова Антарктиды обеспечивается технологией глубокого бурения плавлением с образованием каверны во льду и отбором газовых проб СО г, при этом каверна должна иметь форму сплюснутого эллипсоида с рациональным соотношением полуосей 1:5, обеспечивающим минимальную стратиграфическую ошибку в определении возраста,

В основу теоретических представлений о методе плавления большого объема льда на различных глубинах ледниковой толщи с целью извлечения и отбора из нее газовой пробы положены известные закономерности термо- и гидродинамики, тепломассообменных процессов в твердой, жидкой и газообразной средах на границах агрегатных изменений" Для определения времени плавления каверны, основных технологических параметров процесса исследования закономерности

движения жидкости в зоне плавления каверны и условия конвективного переноса тепла к ее поверхности.

Теплообменные процессы, лежащие в основе технологии отбора газовой пробы из ледниковой толщи, включают в себя: кондуктивный теплообмен в ледовом массиве, конвективный теплообмен при движении теплоносителя в зоне отбора пробы, теплообмен при нагреве теплоносителя в скважин-ном устройстве и теплообмен между теплоносителем и ледниковым массивом.

При постановке задачи приняты следующие допущения:

- поскольку термодинамические процессы плавления льда в большом объеме протекают довольно медленно, считаем теплообмен установившимся, т. е. квазистационарным;

- поверхность каверны является изотермической в течение всего процесса плавления;

- теплофизичекие свойства твердых, жидких и газообразных сред усреднены и являются постоянными.

Учитывая сказанное, в качестве одной из упрощенных моделей плавления каверны в ледовой толще рассмотрено решение следующей задачи.

В призабойной зоне скважины, пробуренной до исследуемого горизонта размещается специальное нагревательное устройство, с помощью которого плавится каверна заданного объема при ее минимальных размерах по высоте и максимальных в радиальном направлении.

Начальные объемы каверны определяются радиусом скважины Го и высотой нагревательного устройства 2о. Выбрана ортогональная система координат х, у, г с центром, расположенном на одинаковом расстоянии от всасывающего и нагнетательного каналов нагревательного устройства на оси скважины (рис. 2). В качестве математической модели процес-

са плавления каверны рассмотрено уравнение теплового баланса на поверхности плавления:

ск хт . Л7 Л ¥ К_ф_уСжр (5)

ат ат

где: - скрытая теплота плавления льда, Дж/кг; V - объем каверны, м3; т - время плавления каверны, с; N - мощность нагревательного устройства, Вт; Ф - тепловой поток от поверхности каверны в ледовый массив, Вт; 1 - температура жидкой фазы, °С.

Левая часть уравнения представляет теплоту фазового перехода лед - вода, в правой части разница между подведенным количеством теплоты в единицу времени к поверхности плавления Со стороны теплоносителя, теплоты отводимой в ледяной массив теплопроводностью и теплосодержания жидкой фазы.

Тепловой поток, отводимый в ледяной массив, определяется из уравнения стационарной теплопроводности по закону Фурье:

X—MS, (6)

s ein

где: А, - коэффициент теплопроводности льда, Вт/м°С; t;, -температура льда, °С; П - внешняя нормаль к поверхности плавления каверны, м; S - площадь поверхности плавления, м2

Теплосодержание жидкой фазы представлено второй составляющей в правой части уравнения (5):

Q = Vcj^, (7)

ат

где: Q - теплосодержание жидкой фазы, Вт; V - объем каверны, м3; Сж - удельная теплоемкость жидкой фазы, Дж/кг°С;

рж - плотность жидкой фазы, кг/м3; 1 - температура жидкой фазы, °С.

Исходя из реальных условий процесса плавления каверны, для упрощения поставленной задачи и получения ее приближенного решения в удобной для практических расчетов форме, примем следующие допущения:

1. Температурное поле в ледяном массиве достаточно полно описывается стационарным уравнением теплопроводности, т. к. было сказано выше - процесс теплообмена считаем квазистационарным.

2. Между величинами Гф и Щ (радиусом и высотой каверны) существует функциональная зависимость —

которая с достаточной для практических решений точностью может быть установлена как экспериментально, так и на основе анализа конкретных условий тепломассопереноса.

3. Между величинами 1 и т также существует функциональная связь { — (р(т), полученная на основе анализа условий теплообмена.

Для решения уравнения (5) перейдем к координатам сплюснутого эллипсоида вращения а, т, ф. Тогда согласно допущения 1 математическая постановка задачи о распределении температуры в ледниковом массиве будет выглядеть следующим образом:

д „ сй л

—(1+сГ)—=0; а=оф; 1=0; а->ст ; (8)

да ас

Решение этого уравнения имеет вид:

агс^йо-ап^йст,

t=t.r.-*-. (9)

агс^сУф

С учетом уравнения (9), проделав соответствующие математические преобразования уравнении (5,6) и введя безразмерные параметры

4 , 4 '

з тгкф(а + 2)( ---)

ф т * к

У =-; Х = —; т =

7 * 7 -V -1 '

т N

к;

20 <Х'2

4як 1г 7 а-1 з7Гксжржа( -) 2

N к N

получим окончательное дифференциальное уравнение:

ЬУ',!' '•> I --1Л---ту««. (,0)

с1х агссо5(суа )

Уравнение (10) решается численным методом, используя разделение переменных и правило Симпсона и позволяет найти предельные размеры каверны при х —>• со . В этом слу-

п

чае — = О и уравнение примет вид . ёх

ъ у-—ту = 0- (И)

уагссо8(су" )

Уравнения (9) и (10) позволяют проследить за изменением размеров выплавленной во льду каверны в зависимости от мощности нагревательного устройства, скорости движения теплоносителя, физического состояния льда и времени плавления.

Проведенные теоретические, экспериментальные и полевые исследования позволили обосновать и разработать ком-

плекс технических средств для отбора из скважины газовых проб, включающий в себя:

- передвижную буровую установку (ПБУ) с комплексом спускоподъемного, энергетического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры;

- термобуровой снаряд для бурения "сухих" скважин в ледниковых отложениях ТЭЛГА-152;

- скважинный газовый пробоотборник (СГПУ) для расплавления больших объемов льда на интервале опробования и отбора пробы углекислого газа на изотопный анализ.

Испытания разработанного комплекса проводились на полигоне ААНИИ купол Вавилова (Северная Земля) в 1979, 1981 и 1983 годах, а также на станции Восток (31-ая Советская Антарктическая экспедиция). Они подтвердили выводы о возможности эффективного плавления каверн больших объемов и отбора из них газовых проб с больших глубин.

В процессе испытаний разработанного комплекса технических средств и технологии отбора пробы СОг для определения абсолютного возраста льда на гляциологическом полигоне (Северная Земля) с глубины 52, 100 и 200 м и на станции Восток (Антарктида) с глубины 200 и 205 м, которые переданы на анализ в институт Национального научного центра Франции.

3. Безаварийная проходка глубоких скважин в ледяном массиве возможна при условии поддержания постоянного начального диаметра скважины в течение всего времени бурения, обеспечивающего свободный проход бурового снаряда по всей глубине скважины. Длительное поддержание диаметра скважины, близкого к начальному, может быть обеспечено путем проходки разгружающей щели, сопряженной с ее стенкой по всей глубине, параллельно оси скважины.

Устойчивость стенок скважин, пройденных в горном массиве, зависит от напряженного состояния пород, их физико-механических и реологических характеристик, технологии проводки скважины. Потеря устойчивости ствола является причиной целого ряда тяжелых осложнений и аварий в скважинах.

При решении задачи устойчивости стенок ствола скважины, пробуренной в ледовом массиве, сделана попытка учесть все основные факторы, влияющие на процесс деформирования ствола при этом получеть математическое описание последнего, удобное для практического использования при инженерных расчетах.

Для решения задачи рассмотрим скважину радиуса Ro, глубиной Н.

Учитывая симметричность скважины будем решать одномерную задачу. Для этого начало координат совместим с устьем скважины, ось z вдоль оси скважины в направлении к забою.

Учитывая, что лед является упруго-пластической средой, обладающей свойствами ползучести включает упругую деформацию £е и вязко-упругую 8et-

выбор базового упругого или упруго-вязкого решения задачи определяется величиной предельной глубины упругих деформаций, равной:

e(t) = £е + с

0D

при = О

при (р 0 Н

kcostp

(12)

у(1 - sin ф) '

где ф - угол внутреннего трения, градус; Не - предельная глубина упругих деформаций, м; К - сцепление, Па; у - удельный объемный вес среды, Н/м3.

При глубине ъ < Н е радиальные составляющие смещения стенок скважины могут быть определены по формуле С. Г. Лехницкого:

иг

г 2в

где иг - смещение стенок скважины, м; - начальный радиус скважины, и\ т - текущая глубина скважины, м; О - модуль упругости при сдвиге, Па.

Воспользовавшись известным в теории упругости и пластичности правилом А. Надаи, когда упругое решение идентично вязкому решению, если перемещения и, v, заме-

<1и с1у ёш

нить на скорости перемещений —, —, —-, а модуль сдви-

сК Л

га О на коэффициент вязкости р. имеем:

с!и Яуг

— = —1—, (13)

ск 2ц ^

где ц - коэффициент вязкости, Пас; ( - время, с.

За время Л радиус скважины уменьшается на величину равную

= = си, (14)

2ц

откуда имеем:

У

Я(0 = К0е^. (15)

Полученная зависимость радиуса скважины от глубины, удельного объемного веса льда, времени и вязкости

(реологических свойств льда) характеризует поведение скважины в зоне упругих деформаций.

При ъ > Н е вокруг скважины образуется область неупругих деформаций. Радиальное перемещение в массиве определяется выражением

кЛ ,у2

иг=:тг-ехр(-—]) приф = 0 (16) 2и к

Для льда ф=0.001-0.0001 градуса - можно пренебречь и считать равным нулю.

Преобразовав упругое решение по правилу А. Надаи в вязкое имеем:

с!и кЯ <и 2цк

Проинтегрировав (17) с учетом, что ёЯ = -с1и и проделав ряд преобразований получим.

2 2.12

= 2 (18) 4цк

Решив данное уравнение относительно времени 1, имеем:

4дк у г +к

Таким образом, задаваясь временем проходки, можем определить минимальный допустимый радиус для безаварийной проходки скважины, и наоборот, задаваясь можем определить время безаварийного сооружения скважины.

Расчетный анализ зависимости (18) показывает хорошее совпадение полученных результатов с практическими замерами диаметра скважины 1-2бис, полученными методами кавернометрии на ст. Восток в течении 7 лет. Разброс факти-

„ * , 2(1пЯ(0-1пК„). (19)

ческих данных от расчетных не превышает погрешности замеров кавернометра +3 мм.

С целью борьбы с заплыванием ствола предлагается щелевой способ защиты скважин.

Для упрощения решения задачи о деформации ствола скважины будем считать, что вдоль стенки скважины на всю ее глубину параллельно оси пройдена разгрузочная выработка квадратного сечения, рис. За. Ограничимся упругим решением задачи о напряженно деформированном состоянии горного массива, ослабленного скважиной и разгружающей щелью. Полученные результаты позволяют перейти к упруго-вязкопластическим решениям по правилу А. Надаи.

В качестве критерия, характеризующего конвергенцию контуров выработок, введем коэффициент затекания к,, равный отношению площади затекания ДБ к первоначальной площади выработки Бо:

АЭ

о

Для решения задачи воспользуемся методом Колосова-Мусхелишвили - "применения комплексной переменной в плоской задаче теории упругости", а также принципом суперпозиции и методом комформных отображений, которые широко используются в теории упругости при решении задач о распределении напряжений в упругой плоскости, ослабленной двумя выработками разных сечений, а затем упругое решение преобразуем в вязко-упругое.

Рассмотрим упругий изотопный массив с двумя вертикальными выработками круглого и квадратного сечений. Примем 5а, где Яо - радиус скважины, м; а - сторона

квадратной выработки, м. Задача о напряженном состоянии такого массива приводится к плоской задаче теории упругости для бесконечной области с двумя концентраторами напряже-

ний, когда на бесконечности действуют сжимающие усилия q = уН и р = ^ , где у - удельный объемный вес льда, Н/м\

Н - глубина выработки, м; А, - коэффициент бокового распора в массиве породы; 1 - расстояние между центрами симметрии выработок, м. Контуры отверстий обозначим через Ьо - круглого сечения и Ъ\ - квадратного. Система координат выбрана как показано на рис. 36. Ось ъ направлена вдоль оси симметрии квадратной выработки в сторону забоя.

Целью нашего исследования является нахождение векторов перемещений на контуре сопряженных выработок иг и V».

Для определения компонент вектора перемещений в прямоугольной системе координат воспользуемся формулой Колосова:

2С(их + ) = ХФ(г)- - м7(г), (21)

где )(=3-4у - коэффициент плоской деформации; V - коэффициент Пуассона; их и компоненты вектора перемещений, м; ф(г), 1|/(г) - комплексные функции, удовлетворяющие граничному условию:

, ч _„ . ч р + а

ф(г) + 2ф'(г) + М/(г)= ^ ^ 2 + (22)

где р и q - горизонтальная и вертикальная составляющие горного давления, Па.

В полярных координатах уравнение (21) с учетом (22) преобразуется к виду:

20д + ГУ0 ) = -

ре'°-1 3 Я,

+-

а,

2Я0 7 ре10 -1 4(ре'° -I)3

-ре'1

1 3

К,

з я.3

[_ 2Я0 7(ре40-!)2 4(ре10-I)4

3 ре'а — 1

7 ^

3 Я,

Я

2 реш -1 2(рей-1)4 + ал

4 ре10-! 5(ре'°~1)3 21 4

(23)

6(ре'°-1)5 , Цре'°-1)7 ,3 К,, 1 Я

.(------1------1—-----(.

7 II,; 6 И,,7 2 ре10 -1 12 (ре'° -I)3

Определим перемещения контура Ь<) в точках А и С при

1=Яо+0,5а:

4 5 0 77

в точке А: иг =--^1*, =-~гЧЯ„; У0 =0;(24)

в точке С: и = 0,15^-; У0 = -0,22^. (25)

г 2С 2в

Вектор перемещения в точке С будет иметь модуль равный:

и = 0,27-

Ю

(27)

Напомним, что для одиночной скважины круглого сечения

=0

, V 0 \/ .

II =

ю

(28)

Тогда коэффициенты затекания будут равны:

для одиночной скважины: к' = — (1 — 0,25—); (29)

О в

4

для скважины сопряженной со щелью

к';= ---(0,655-0Л 04 С- ). (30)

о о

С уметом реальных глубин бурения имеет место условие д « Ст, по лому вторым слагаемым можно пренебречь (0=3.4-3,8-10" Па. с| при 11=4000 м - 3.6-10'* Па):

к' - 4 „ к" = 0,655(31) О С,

Сравнивая к' и к'' видим, что при наличии разгружающей

щели упругое дефомирование сечения скважины уменьшается почти на 34%

Преобразовав уравнения (29) и (30) по правилу А. На-дап получим коэффициенты затекания для упруго-вязко пластичной среды

к' = -—(1 -0,25 — ), (32)

И И

к" ,, Ч* (0,655 -0,104-') (33)

И И

Расчетный анализ коэффициента к. во времени показывает, что скважина па глубине 1000м без щели, например, полностью затечет через 14,1 года, а со щелью - через 22,1 года. На глубине 500м - соответственно через 27,7 года и 50,5 лет.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Выполненные исследования позволяют сформулировать полученные научные и практические результаты в виде следующих основных выводов:

1. Бурение и опробование ледниковых отложений Антарктики и Арктики дают обширный уникальный научный материал для проведения исследований во многих отраслях естественных наук - таких, например, как гляциология, палеогео-логия, палеоклиматология, геология, геохимия, геофизика, микробиология и др., с целью познания внутреннего строения, состава, структуры, динамики и термодинамики ледниковых покровов и ледников, их взаимодействия с океаном, атмосферой и подстилающими горными породами, а также перспектив освоения природных ресурсов в будущем

2. Бурение скважин методом плавления является перспективным и экономичным методом проходки скважин в ледовых отложениях, не требующий больших энергетических затрат, тяжелого, дорогостоящего оборудования, что делает этот метод незаменимым в условиях сурового климата, отдаленности и бездорожья, отсутствия какой - либо инфраструктуры в Арктике и Антарктике.

3. Анализ теплообменных и гидродинамических процессов, имеющих место в призабойной зоне скважины, позволил установить аналитическую связь между технологическими и конструктивными параметрами бурения: тепловой мощностью коронки-нагревателя, формой и площадью ее рабочей поверхности, осевой нагрузкой на забой, теплофизическими свойствами и температурой льда и выплавленной воды, влияние экранирующего действия прослойки под торцом коронки, скоростью бурения плавлением в скважинах, заполненных незамерзающей жидкостью, которая хорошо согласуется с экспериментальными данными (ошибка не превышает +10%).

4. Теоретические и экспериментальные исследования позволили обосновать, разработать и внедрить в практику гляциологических исследований а Арктике и Антарктике технические средства и технологию бурения плавлением глубо-

ких. залитых незамерзающей жидкостью скважин в ледниках и ледниковых покровах в том числе.

- колонковые термобуровые снаряды на грузонесущем кабеле ТБЗС-152М, ТБЗС-152-2М, ТБЗС-132;

- комплекс поверхностных сооружений, оборудования, аппаратуры и устройств для бурения и исследования глубоких скважин в низкотемпературном ледниковом массиве;

- технологические режимы бурения плавлением глубоких. залитых жидкостью скважин в ледниковых покровах и ледниках колонковыми снарядами на грузонесущем кабеле

В процессе проведения опытного бурения тепловым способом залитых жидкостью скважин с полным отбором керна в Арктике и Антарктике пройдено более 10 000м скважин, в том числе самая глубокая в мире, пройденная этим способом, скважина 5Г-1 наст. Восток, глубиной 2755м.

5. Разработанная на основе анализа теплообменных и гидравлических явлений в зоне плавления с применением ряда упрощающих допущении математическая модель процесса образования каверны во льду, с целью отбора газовой пробы ССЬ, соответствует физической сущности процесса и может быть использована для проведения инженерных расчетов, которая связывает скорость развития каверны и ее радиус с учетом всех основных, определяющих процесс факторов.

6. Па основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и внедрены технология отбора газовых проб, методика выбора основных параметров и конструктивных элементов газового пробоотборника, которые позволяют получить требуемые объемы проб при минимальной высоте каверны с целью снижения стратиграфической ошибки определения возраста ледовых толщ.

7. Разработан, защищен шестью авторскими свидетельствами и испытан в условиях ледника Вавилова (Северная Земля) и ст.Восток (Антарктида) комплекс оборудования для

отбора газовых проб с глубоких горизонтов ледника на углеродный изотопный анализ, позволивший получить пробы с глубины 53, 100 и 200м на Северной Земле, 200 и 205м на ст.Восток. Патроны с мономолекулярными фильтрами переданы на анализ в лабораторию научного центра Франции. При десорбции газов с цеолита выделен углекислый газ в количестве, достаточном для определения абсолютного возраста радиоуглеродным методом

8. Теоретически и экспериментально подтверждены вопросы обеспечения длительной устойчивости ствола скважины, пробуренной в ледяном массиве. Обоснована, разработана и внедрена методика расчета деформации ствола скважины во времени в условиях изменяющихся с глубиной реологических свойств льда, горного давления и температуры.

9. Теоретически показано, что деформация ствола скважины может быть существенно снижена путем проходки щели, сопряженной со скважиной и пройденной на всю её глубину параллельно оси. Это позволяет увеличить срок службы скважин, что весьма важно при проведении исследований по динамике, термодинамике ледников и опробованию.

Разработано и защищено авторским свидетельством устройство, реализующее предложенный метод защиты скважин от затекания

10. Проведенные полевые исследования подтвердили эффективность проходки скважин данным методом и позволили наметить пути дальнейшего совершенствования технических средств и технологии бурения плавлением скважин, залитых незамерзающей жидкостью с целью повышения производительности, надежности и экономичности, к числу которых следует отнести:

- уменьшение диаметра скважин;

- увеличение механической скорости бурения плавлением;

- повышение рейсовой скорости;

- обеспечение непрерывности работ.

11.Совершенствование конструкции скважинного газового пробоотборника необходимо вести по пути упрощения самого устройства, применения новых современных адсорбентов на базе полимерных смол, позволяющих отбирать частицы А1, Мп и других твердых включений, что существенно расширит диапазон определения абсолютного возраста ледовых отложений в десятки раз.

12. Условный хозрасчетный экономический эффект при бурении скважины методом плавления глубиной до 4000м составит 18137400 рублей, или 4534,35 рубля на один метр скважины.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Экспериментальное бурение залитой незамерзающей жидкостью скважины. // Информ. бюлл. САЭ. -Л., 1980. -№100. - С. 119-123. (Соавторы Вострецов Р. Н., Загривный Э. А., Земцов А. А.).

2. О механизированной заготовке воды на станции Восток. // Информ. бюлл. САЭ. - Л., 1980. - № 100. -С. 124-127. (Соавторы Загривный Э. А., Земцов А. А.).

3. Исследование процесса бурения-плавления. Теория и эксперимент. М.: Цветметинформация, 1981, №728 деп. - 17 с. (Соавтор Фомин С. А.).

4. Основные направления совершенствования технологии и технических средств глубокого бурения в Антарктиде. В сб. "Физические процессы горного производства". - Л.: ЛГИ, 1981. - Вып. 9. - С. 109-114. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Бобин Н. Е ).

5. Физическая модель термобурового снаряда. // Зап. ЛГИ, 1981. - т. XXXVI. - С. 42-44.

6. Опыт бурения-плавления скважин, залитых незамерзающей жидкостью в Антарктиде и Арктике. // Зап. ЛГИ, 1981. - т. XXXVI. - С. 79-83. (Соавторы Загривный Э. А., Зем-цов А. А. и др.).

7. Оценка эффективности бурения кольцевым пенетра-тором. -М.: Цветметинформация, 1981. - № 9. - 13 с.

8. Анализ закономерностей теплообменных процессов, происходящих в призабойной зоне скважины, залитой незамерзающей жидкостью. // Тезисы докл. Всес. конф. "Проблемы горной теплофизики". Л.: ЛГИ, 1981. - С. 93-94. (Соавтор Кудряшов Б. Б.).

9. Особенности технологии бурения-плавления. // Тез. докл. Всес. конф. "Проблемы горной теплофизики". Л.: ЛГИ, 1981. - С. 94-95. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Бобин Н. Е., Чистяков В. К.).

10. Колонковый термобуровой снаряд на грузонесущем кабеле ТБЗС-152. // Проспект ВДНХ, Л., 1981. (Соавторы Зем-цов А. А., Кудряшов Б. Б., Чистяков В. К.).

11. Закономерности процесса глубокого теплового бурения скважин во льду. // Зап. ЛГИ, 1982. - т. 93. - С. 13-24. (Соавтор Кудряшов Б. Б.).

12. Технические средства для отбора проб углекислого газа из ледовых толщ. // Разведка и охрана недр. - М.: Недра, 1983. - № 12. - С. 23-25. (Соавторы Земцов А. А., Митин С. В.).

13. Термобуровой колонковый снаряд для проходки скважин в ледниковых толщах. // Проспект ВДНХ, Л., 1983. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Чистяков В. К., Земцов А. А., Кра-силев А. В.).

14. Экспериментальные исследования скважинных устройств для отбора газовых проб с глубинных горизонтов ледниковых толщ. // Сб. Физические процессы горного произ-

водства. - Л.: ЛГИ, 1984. - С. 120-126. (Соавторы Земцов А. А., Чистяков В. К.).

15. Скважинный газовый пробоотборник для изучения абсолютного возраста ледовых толщ с помощью изотопного углеродного анализа. // Сб. Антарктика. - М.: Наука, 1984. -Вып. 23. - С. 72-78. (Соавторы Земцов А. А., Кудряшов Б. Б., Чистяков В. К.).

16. Особенности технологии бурения-плавления глубоких залитых низкотемпературной жидкостью скваажин в Центральных районах Антарктиды. // Сб. Физические процессы горного производства. - Л.: ЛГИ, 1983, - С. 59-68. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Чистяков В. К., Бобин Н. Е.).

17. Термобуровой колонковый снаряд для проходки скважин с отбором керна ТБЗС-152-2М. // Проспект ВДНХ СССР, Л., 1984. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Чистяков В. К.).

18. Результаты полевых испытаний высокочастотного термобурового комплекса ТБС-112В4 при бурении глубокой скважины в низкотемпературном ледниковом покрове (ст. Восток). // Сб. Бурение разведочных скважин в осложненных условиях. - Л.: ЛГИ, 1985. - т. 105. (Соавторы Загривный Э. А., Моисеев Б. С.).

19. Разработка шнековых колонковых снарядов для бурения снежнофирновых отложений в Антарктиде. // Зап. ЛГИ, Л.: ЛГИ, 1988. - т. 116. - С. 64-68. (Соавтор Жигалев С. П.).

20. Экспериментальные буровые работы на Северной Земле в 1975-1985 годах. // Сб. Географические и гляциологические исследования в полярных странах. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1988. - С. 33-42. (Соавторы Земцов А. А., Чистяков В. К. и др.).

21. Анализ тепломассопереноса в призабойной зоне скважины при бурении-плавлении с использованием заливочной жидкости в качестве теплоносителя. // Сб. Физические

процессы горного производства. - Л: ЛГИ, 1988. - С. 44-50. (Соавторы Земцов А. А., Меньшиков Н. Г.).

22. Исследования ледовых отложений с помощью буровых скважин. // Тезисы докладов на III Всесоюзной конференции по механике и физике льда, 28-30 сент. 1988г. - М., 1988. - С. 45. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Земцов А. А., Бобин Н. Е.).

23. Отбор проб С02 для определения абсолютного возраста ледовых толщ радиоуглеродным методом. // Тезисы докладов на IX Всесоюзном симпозиуме 15-19 ноября 1988 г. -Тбилиси, 1988. (Соавторы Земцов А. А., Меньшиков Н. Г.).

24. Оценка конвергенции контуров скважин в вязкой среде. // Тезисы докладов на I Международном симпозиуме по бурению разведочных скважин в осложненных условиях, 5-9 мая 1989 г., - Л.: ЛГИ, 1989. - С. 71. (Соавтор Терещенко В. П.).

25. Отбор проб С02 для определения абсолютного возраста ледниковых толщ радиоуглеродным методом. // Сб. Материалы гляциологических исследований. - М.: Наука, 1989. -№ 67. - С. 122-126. (Соавторы Земцов А. А., Митин С. В.).

26. Управление работой скважинного газового пробоотборника и методика отбора проб из ледовых толщ. // Сб. Антарктика. - М.: Наука, 1990. - Вып.29. - С. 73-79. (Соавторы Земцов А. А., Митин С. В.).

27. Упругая задача о щелевом способе охраны скважин. // Тезисы докладов на П Международном симпозиуме по бурению разведочных скважин в осложненных условиях, 2-7 июня 1992 г. - Спб.: СПбГГИ, 1992. - С. 115. (Соавтор Терещенко В. П.).

28. Бурение скважин плавлением один из методов решения задач геомеханики. // Сб. Совершенствование технологии и разработка нетрадиционных методов бурения. - СПб.: СПбГГИ, 1993. - № 136. - С. 40-45.

29. Оценка скорости сужения ствола скважин в вязкой среде. // Сб. Методика и техника разведки. - СПб.: ВИТР, 1994. - № 3(141). - С. 120-124. (Соавтор Терещенко В. П.).

30. Организация экспериментальных буровых работ в Центральной Антарктиде. // Тезисы докладов на III Международном симпозиуме по бурению скважин в осложненных условиях, 5-10 июня 1995 г. - СПб.: СПбГГИ, 1995. - С. 21.

31. Метод борьбы с сужением ствола скважин. // Тезисы докладов IV Международного симпозиума "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология". - СПб. : СПбГГИ, 1996. - С. 50-51. (Соавтор Терещенко В. П.).

32. Методика расчета колонны обсадных труб при бурении геологоразведочных скважин сквозь шельфовые ледники. // Тезисы докладов IV Международного симпозиума "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология'". - СПб.: СПбГГИ, 1996. - С. 54. (Соавтор Шкурко И. А ).

Авторские свидетельства, патенты:

33. Газоотборник. А. С. №945720, 1982, Б.И. №27. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Пуннинг Я.-М. К. и др.).

34. Устройство для отбора проб образца твердого материала. А. С. №1012074, 1983, Б. И. №4. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Бобин Н. Е. и др.).

35. Устройство для установки ледяного пакера. А. С. №1002520, 1983, Б.И. №9. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Цыганков О. А. и др.).

36. Устройство для получения пробы льда. А. С. №1019267, 1983, Б.И. №19. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Пуннинг Я.-М. К.).

37. Способ получения пробы газа из ледяного массива. А. С. №1078048, 1984, Б.И. №9. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Чистяков В. К ).

38. Устройство для получения пробы газа из ледяного массива. А. С. №1126689, 1984, Б.И. №44. (Соавторы Митин С. В., Цыганков О. А.).

39. Устройство для электротермического бурения-плавления скважины во льду с отбором керна. А. С. №1149670, 1985, Б. И. №13. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Чистяков В. К. и др.).

40. Устройство для колонкового бурения льда. А. С. №1500758, 1989, Б.И. №30. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Земцов А. А. и др.).

41. Устройство для электротермического бурения-плавления. А. С. №1513981, 1989, Б.И. №37. (Соавторы Кудряшов Б. Б., Чистяков В. К ).

42. Коронка для электротермического бурения скважин с отбором керна. А. С. №1558078, 1990, Б.И. №14. (Соавторы Земцов А. А., Терещенко В. П.).

43. Устройство для бурения льда сплошным забоем. Патент №2012760, 1994, Б.И. №9. (Соавторы Земцов А. А., Кудряшов Б. Б.).