На сайте Росгидромета (http://www.meteorf.ru) заместитель директора арктического и антарктического института ААНИИ и начальник Российской антарктической экспедиции В.В. Лукин рассказывает о ледовой скважине, которая ведет к загадочному подледному озеру Восток.
Первая попытка организовать бурение ледника на станции Восток с целью реконструкции палеоклиматических изменений была предпринята в Советской антарктической экспедиции (САЭ) еще в конце 60-х годов XX в. Глубокое бурение ледника на этой станции было начато специалистами Ленинградского (ныне – Санкт-Петербургского Государственного Горного Университета (СПбГГУ) в 1970 г. С этой целью использовались различные модели тепловых и электромеханических буровых снарядов, осваивались методики глубокого бурения, определялись виды буровой жидкости и испытывались различные образцы вспомогательного оборудования (лебедки, буровые вышки и т.д.). К 1990 г. на станции Восток было пробурено четыре глубоких скважины различной глубины и диаметра. Они были необходимым предварительным этапом осуществления основного бурового проекта, который был начат в 1990 г. в 35-ю САЭ. Скважина получила наименование 5Г. Бурение выполнялось тепловыми снарядами типа ТЭЛГА и ТБЗС.
27 декабря 1991 г. скважина 5Г достигла глубины 2503 м. При подъеме бурового снаряда, произошло его заклинивание в стволе скважины, что привело в результате к повышению нагрузок на буровой лебедке и последующему обрыву кабель-тросса. Извлечь его на поверхность не представлялось возможным, поэтому на глубине 2243 м 5 сентября 1992 г. было начато наклонное бурение с целью обхода аварийного участка скважины. С этого момента она получила название 5Г-1.
В 38-й РАЭ (1993 г.) скважина 5Г-1 достигла глубины 2755 м. Из-за недостаточного финансирования 39-й РАЭ, а также по ряду технических и организационных причин, станция Восток была законсервирована и буровые работы, поэтому, не проводились. В период 40-й РАЭ (1995 г.) бурение скважины 5Г-1 было возобновлено с глубины 2755 м электромеханическим снарядом, и без каких-либо серьезных осложнений скважина 5Г (ствол 5Г-1) была углублена с 2755 м до 3109 м. После консервации станции Восток в 41 РАЭ (1997 г.) буровые работы в скважине 5Г-1 в зимовочные периоды не выполнялись. В сезонные периоды 41, 42 и 43 РАЭ (1995–96, 1996–97 и 1997–98 гг.) скважина 5Г-1 была пройдена с глубины 3109 до 3623 м, что почти на 600 м превышает максимальные глубины, достигнутые к тому моменту времени специалистами стран ЕС (3032 и 2953 м) и США (3057 м) при бурении скважин в более благоприятных условиях Гренландии. При этом бурение скважин специалистами ЕС было
остановлено из-за аварий на указанных глубинах. Для компенсации горного давления специалистами ЕС используется заливочная жидкость, аналогичная российской. В ее состав как основной компонент входит авиационное топливо типа JP-8, в качестве утяжелителя используется фреон F-141b. В 2005 г. бурение ледника на куполе Конкордия было остановлено на глубине 3270,2 м.
На станции Восток бурение скважины проводилось в рамках российско-франко-американского проекта реконструкции палеоклимата по данным ледяного керна. Этот проект был завершен в 1998 г., когда глубина скважины 5Г-1 достигла 3623 м.
Буровые операции в глубокой скважине 5Г-1 на озере Восток были возобновлены в 2004 г. В результате к 28 октября 2007 г. глубина ледовой скважины составила 3668 м. Однако, техническая авария привела к потере бурового снаряда на забое скважины. Предпринятые в сезонах 2007–08 гг. и 2008–09 гг. попытки извлечь аварийный снаряд из скважины не увенчались успехом, поэтому в январе 2009 г. было принято решение обойти аварийный участок, используя методику отклонения ствола скважины от вертикали. Данная методика была разработана в Санкт-Петербургском Горном институте и уже успешно применялась в Антарктиде. Отклонение ствола скважины было начато с глубины 3590 м, что давало возможность отклониться от положения аварийного снаряда по горизонтали на удалении в 1,5 м. На конец января 2010 г. глубина новой скважины 5Г-2 составила 3650 м.
В сезоне 2010-11гг. бурение в скважине 5Г было начато 2 января 2011г. К 5 февраля 2011г. глубина скважины составили 3720, 47 метра. За последнюю неделю буровых операций вышеназванного сезона среднесуточная скорость проходки бурового снаряда составляла 1,8 метра в день.
В настоящее время скважина 5Г представляет собой сложное многоступенчатое сооружение (рис.1). В верхней части скважины установлена обсадная колонна до глубины 120 м с внутренним диаметром 165 мм. До глубины 2200 м (скважина пройдена термобуром ТБЗС-152 с наружным диаметром 152 мм) минимальный диаметр скважины равен 153 мм. Минимальный диаметр скважины по интервалам глубин составляет: 2200–3095 м – 139 мм; 3095–3321 м –138,4 мм; 3321–3500 м – 137,9 мм; 3500–3570 м – 136,2 мм; 3570–3650 м – 135 мм.
Перед началом бурения механическим способом этот участок скважины был расширен до диаметра 139 мм. В процессе бурения механическим способом (максимальный наружный диаметр коронки по резцам 135 мм) пройденные участки скважины периодически расширялись, в результате чего скважина имеет ступенчатую форму. Общий объем заливочной жидкости (смесь авиационного топлива ТС-1, Jet-1A и фреона F-141b) в скважине составляет около 65 м3. Уровень заливочной жидкости на октябрь 2010 г. находится на глубине 45 м, ее средняя плотность равняется 928 кг/м3. До глубины 2200 м скважина практически вертикальна, затем угол отклонения оси скважины от вертикали изменяется в пределах от 6 до 8°.
За прошедшую неделю с 15 по 21 декабря 2011г. гляцио-буровым отрядом 57-й сезонной РАЭ станции Восток выполнены два цикла отбора проб заливочной жидкости в скважине по 20 проб в каждом цикле. Собрано на подвеске кабеля устройство доставки фреона. Добавка фреона будет производиться в интервале глубин 3000 – 3650 метров. Для этого потребуется семь рейсов вышеназванного устройства продолжительностью по 5 часов. Всего будет доставлено 900 кг фреона. Ведется подготовка узлов бурового снаряда.