Последние шаги перед проникновением в озеро Восток

 

 

 

Одно из самых уникальных озер планеты - антарктическое подледное озеро Восток - ждет разгадки своих тайн. Российские ученые и инженеры как никогда близки к этому. Считанные метры отделяют их от озера, расположенного под вековыми льдами на глубине 3750 м. На сайте Росгидромета зам директора ААНИИ В.В. Лукин рассказывает о предстоящих работах.

 

В декабре – начале антарктического лета – российская внутриконтинентальная станция Восток и глубокая ледяная скважина 5Г вновь оказались в центре внимания отечественных и зарубежных средств массовой информации. В этом сезоне 2011-12гг. Российская антарктическая экспедиция (РАЭ) планирует осуществить проникновение в подледниковое озеро Восток, что, несомненно, станет одним из главных событий в антарктическом сообществе.

 

Напомним, что 5 февраля 2011г. буровые операции в этой скважине были завершены на глубине 3720,47 метров. До границы «лед-вода», которая отделяет ледник от водного тела огромного озера Восток, оставалось 30±20 метров льда. Это означает, что специалистам гляцио-бурового отряда 57-й сезонной РАЭ осталось пробурить от 10 до 50 метров льда. Более точная оценка толщины ледника может быть сделана только по фактической длине ледяного керна, извлеченного из этой скважины. Следует отметить, что полученные в результате сейсмических и радиолокационных измерений толщины ледника 3750±20 метров, обладают чрезвычайно высокой точностью – 0,53%. Наиболее высоким показателем для этих геофизических методов является точность в 1,0% глубины. Данные показатели были достигнуты за счет проведения специальных опытно-методических работ, позволивших измерить акустическую скорость распространения радиолокационного сигнала в конкретных условиях ледника в районе станции Восток и при выполнении специальных каротажных измерений скорости распространения взрывной волны по всей длине скважины от поверхности до глубины 3623 м. Таким образом, точная дата контакта бурового снаряда с поверхностными водами подледникового озера Восток не может быть названа. В последнюю неделю буровых операций начала 2011 года средняя суточная скорость проходки бурового снаряда нижних горизонтов льда в скважине 5Г составляла 1,8 м/сутки. Это означает, что буровые операции в летнем сезоне 2011-12гг. на станции Восток могут продолжаться от 6 до 28 суток, при отсутствии каких-либо технических сбоев.

 

Начало бурения нового ледяного керна в скважине 5Г станет возможным только после проведения большого объема подготовительных, ремонтных, инженерных и технологических операций, как с буровым оборудованием, так и со скважиной 5Г. Дело в том, что бурение льда на таких глубинах до сих пор не проводилось никем в мире. Все буровое оборудование работает на пределе технических возможностей в экстремальных природно-климатических условиях. Для гарантии получения надежных результатов требуется провести техническое обслуживание и замену некоторых узлов и агрегатов бурового комплекса, оборудовать буровой снаряд новыми датчиками для комплексного определения контакта буровой колонки снаряда с поверхностными водами озера. Данное событие будет зарегистрировано на электронном пульте управления буровой лебедки с помощью трех датчиков. Один из них – датчик электропроводимости в момент контакта с водой зарегистрирует этот процесс по резкому изменению величины данного физического параметра, второй – датчик давления, четко среагирует на резкое изменение давления в стволе скважины при контакте с водным телом озера за счет искусственно созданного эффекта недокомпенсации давления заливочной жидкости в скважине (40-50 метров от поверхности), и, наконец, третий датчик, передающий информацию о величине упора буровой коронки в момент проведения бурения льда, передаст информацию о резком изменении величины момента вращения буровой коронки. Перед началом бурения в самой скважине требуется измерить вертикальное распределение величины температуры льда и давление в скважине, определить плотность заливочной жидкости, выполнив отбор ее проб с различных горизонтов по всему стволу скважины, проверить наличие сдвиговых деформаций в теле ледника, которые могут привести к изменению диаметра скважины, уточнить углы отклонения ствола скважины от вертикали. 

 

Коллектив гляцио-бурового отряда из семи человек во главе с заведующим кафедрой бурения скважин Санкт-Петербургского Государственного горного университета, профессором Николаем Ивановичем Васильевым прибыл самолетом на станцию Восток 28 ноября 2011г. После короткой акклиматизации к условиям высокогорья (высота станции Восток составляет 3488 метров над уровнем моря), сотрудники отряда приступили к работам по расконсервации бурового комплекса. Выполнен профилактический ремонт отдельных узлов. Сотрудниками станции и буровым отрядом расчищена и укреплена крыша бурового балка, проводится ремонт старого кернохранилища. На буровом комплексе установлена электронная станция технического контроля параметров бурения АМТ-Восток. Выполнена кавернометрия скважины от поверхности до ее забоя. Проведено измерение давления и температуры по всей глубине скважины термометром-манометром КМТ-6. Подготовлена аппаратура для выполнения инклинометрии (определение величины отклонения направления скважины от вертикали). Проводится подготовка пробоотборников для взятия проб заливочной жидкости.

 

Показания кавернометрии (вертикальное распределение изменения диаметра скважины) показало, что в теле ледника за прошедший год никаких сдвиговых деформаций не проходило. Однако перед продолжением бурения следует разбурить нижний 70-метровый участок скважины от существующего в настоящее время диаметра 135 мм до необходимого технологического диаметра – 137 мм. Данная процедура требуется для обеспечения гарантий от непредвиденных заклиниваний бурового снаряда. В прошлом буровом сезоне (январь-февраль 2011г.) выполнить эту операцию не представлялось возможным, т.к. все усилия коллектива отряда были направлены на получение нового ледяного керна. Напомним, что максимальный внешний диаметр электромеханического бурового снаряда составляет 135 мм.

 

Измерение вертикального профиля распределения температуры и давления традиционно проводится при первом спуске измерительного оборудования в скважину. За прошедшие 10 месяцев после остановки бурения заливочная жидкость, находящаяся в скважине, принимает значение температуры окружающих ее ледяных стенок скважины и, по сути дела, дает информацию о вертикальном распределении температуры в теле ледника. Кроме чисто научных гляциологических задач, данные измерения имеют очень важное прикладное значение. Дело в том, что разность величины температуры на забое скважины к теоретическому значению температуры замерзания при данном давлении является косвенным доказательством реального приближения бурового снаряда к границе «лед-вода». Первое измерение вертикального профиля температуры и давления в скважине 5Г, выполненное 6 декабря 2011г. показали следующие результаты:

 

           

Для правильного определения величины температуры и давления и оценки точности измерений необходимо проводить остановку измерительного комплекса КМТ-6 не менее 10-15 минут на каждом горизонте наблюдений, выполнять их как при спуске, так и при подъеме прибора несколькими сериями. Поэтому, данные, приведенные в таблице, имеют предварительный оценочный характер.

 

Угол отклонения от вертикали на нижнем участке ствола скважины с глубины 3590 метров составляет от 4,60 до 5,70, что соответствует прошлогодним значениям.

 

В ближайшие дни буровые специалисты приступят к отбору проб заливочной жидкости в различных участках ствола скважины для определения ее плотности. Если на некоторых участках будет обнаружена плотность жидкости менее 0,91 г/см3, в этот участок будет добавлен фреон. После расконсервации скважины уровень заливочной жидкости в ней составлял 54 метра, что соответствует значениям в конце буровых операций в сезоне 2010-11гг. По мере продолжения бурения уровень будет поддерживаться на величине 40 метров.