Current state of subglacial rock core drilling technologies

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The purpose of the study is to make an overview of subglacial rock core drilling projects on Arctic and Antarctic islands, which have been carried out by the experts from Russia, the United States of America, Denmark and China. By analyzing the outcomes of Russian and international projects, it was possible to pinpoint the technical and geological aspects of subglacial core drilling, as well as the benefits and drawbacks of the various technologies employed. Additionally, it was possible to identify the best kind of rock-cutting tool and identify a potential direction for further advancement of currently available technologies.The authors propose to consider a method for drilling basal ice and subglacial rocks, which is based on the principle of reciprocating rotary motion of the rock-cutting tool. The first evaluation test of the method under discussion was carried out more than ten years ago at Saint Petersburg Mining University and the results were encouraging. However, the researches dealt mainly with the processes occurring in the electromechanical drive rather than rock drilling modes. The authors of the article intend to carry out a series of studies with the goal of developing a core drilling method based on the reciprocating rotary motion of the rock-cutting tool for wells in subglacial rocks.

Sobre autores

V. Shadrin

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University

Email: Shadrin_VS@pers.spmi.ru
ORCID ID: 0009-0002-2329-3435

V. Klimov

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University

ORCID ID: 0009-0000-9023-9397

A. Bolshunov

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University

Email: Bolshunov_AV@pers.spmi.ru
ORCID ID: 0000-0002-3879-7380

Bibliografia

  1. Михальский Е.В., Каменев Е.Н., Михальская А.С. Геологическое изучение Антарктиды: исторические аспекты и современное состояние // Проблемы Арктики и Антарктики. 2011. № 2. С. 97–112. EDN: NYHDPH.
  2. Wu G., Ferraccioli F., Zhou W., Yuan Y., Gao J., Tian G. Tectonic implications for the Gamburtsev Subglacial Mountains, East Antarctica, from airborne gravity and magnetic data // Remote Sensing. 2023. Vol. 15. Iss. 2. P. 306. https://doi.org/10.3390/rs15020306.
  3. Litvinenko V.S., Leitchenkov G.L., Vasiliev N.I. Anticipated sub-bottom geology of Lake Vostok and technological approaches considered for sampling // Geochemistry. 2020. Vol. 80. Iss. 3. P. 125556. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2019.125556.
  4. Васильев Н.И., Дмитриев А.Н., Липенков В.Я. Результаты бурения скважины 5Г на российской станции «Восток» и исследования кернов льда // Записки Горного института. 2016. Т. 218. С. 161–171. EDN: VXLDMJ.
  5. Большунов А.В., Васильев Д.А., Дмитриев А.Н., Игнатьев С.А., Кадочников В.Г., Крикун Н.С.. Результаты комплексных экспериментальных исследований на станции Восток в Антарктиде // Записки Горного института. 2023. Т. 263. С. 724–741. EDN: WQNJET.
  6. Игнатьев С.А., Васильев Д.А., Большунов А.В., Васильева М.А., Ожигин А.Ю. Экспериментальные исследования переноса ледяного шлама воздухом при бурении снежно-фирновой толщи // Лед и Снег. 2023. Т. 63. № 1. C. 141–152. https://doi.org/10.31857/S2076673423010076. EDN: MABFEO.
  7. Большунов А.В., Васильев Д.А., Игнатьев С.А., Дмитриев А.Н., Васильев Н.И. Механическое бурение ледников с очисткой забоя сжатым воздухом // Лед и Снег. 2022. Т. 62. № 1. С. 35–46. https://doi.org/10.31857/S2076673422010114. EDN: GOFZCL.
  8. Сербин Д.В., Дмитриев А.Н. Экспериментальные исследования теплового способа бурения плавлением скважины в ледовом массиве с одновременным контролируемым расширением ее диаметра // Записки Горного института. 2022. Т. 257. С. 833–842. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.82. EDN: PLQDJW.
  9. Сербин Д.В., Кадочников В.Г., Большунов А.В., Дмитриев А.Н., Горелик В.Г. Экспериментальные исследования процесса образования призабойной кольцевой циркуляции теплоносителя // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2024. № 1. С. 16–22. EDN: XZVQNT.
  10. Лейченков Г.Л., Попков А.М. Прогнозный осадочный разрез подледникового озера Восток // Лед и снег. 2012. Т. 52. № 4. С. 21–30. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2012-4-21-30. EDN: PKEFDH.
  11. Васильев Н.И., Лейченков Г.Л., Загривный Э.А. Перспективы получения образцов донных отложений подледникового озера Восток // Записки Горного института. 2017. Т. 224. С. 199–208. https://doi.org/10.18454/PMI.2017.2.199. EDN: YLMZAH.
  12. Шишкин Е.В., Большунов А.В., Тимофеев И.П., Авдеев А.М., Ракитин И.В. Модель шагающего пробоотборника для исследования донной поверхности подледникового озера Восток // Записки Горного института. 2022. T. 257. С. 853–864. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.53. EDN: UMVLXQ.
  13. Загривный Э.А., Поддубный Д.А. Динамически уравновешенный буровой снаряд на грузонесущем кабеле для взятия донных отложений подледниковых озёр в Антарктиде // Проблема механики современных машин: материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Улан-Удэ, 25–30 июня 2018 г.). Улан-Удэ, 2018. Т. 1. С. 197–201. EDN: YQRMJN.
  14. Hansen L.B. Deep core drilling in ice and core analysis at Camp Century, Greenland, 1961–1966 // Antarctic Journal of the United States. 1966. Vol. 1. Iss. 5. P. 207–208.
  15. Fountain J., Ussekman T.M., Wooden J., Langway C.C.J. Evidence of the bedrock beneath the Greenland ice sheet near camp century Greenland // Journal of Glaciology. 1981. Vol. 27. Iss. 95. P. 193–197.
  16. Ueda H.T. Byrd station drilling 1966–69 // Annals of Glaciology. 2007. Vol. 47. P. 24–27. https://doi.org/10.3189/172756407786857631.
  17. Green J., Koci B., Kyne J. Koci drill for drilling ice, sand and rock: drill requirements, design, performance and difficulties // Annals of Glaciology. 2007. Vol. 47. P. 105–108. https://doi.org/10.3189/172756407786857677.
  18. Christa A.J., Biermana P.R., Schaeferd J.M., Dahl-Jensene D., Steffensene J.P., Corbetta L.B., et al. A multimillionyear-old-record of Greenland vegetation and glacial history preserved in sediment beneath 1.4 km of ice at Camp Century // PNAS. 2021. Vol. 118. Iss. 13. № 2021442118. https://doi.org/10.1073/pnas.2021442118.
  19. Rasmussen S.O., Abbott P.M., Blunier T., Bourne A.J., Brook E., Buchardt S., et al. A first chronology for the North Greenland Eemian Ice Drilling (NEEM) ice core // Climate of the Past. 2013. Vol. 9. Iss. 6. P. 2713–2730. https://doi.org/10.5194/cp-9-2713-2013.
  20. Popp T.J., Hansen St.B., Sheldon S.G., Schwander J., Johnson J.A. Drilling into debris-rich ice at the bottom of the NEEM (Greenland) borehole // Annals of Glaciology. 2014. Vol. 55. Iss. 68. P. 199–206. https://doi.org/10.3189/2014AoG68A029.
  21. Popp T.J., Hansen St.B., Sheldon S.G., Schwander J., Johnson J.A. Deep ice-core drilling performance and experience at NEEM, Greenland // Annals of Glaciology. 2014. Vol. 55. Iss. 68. P. 53–64. https://doi.org/10.3189/2014AoG68A042.
  22. Kuhl T., Gibson C., Johnson J., Boeckmann G., Moravec E., Slaqny K. Agile Sub-Ice Geological (ASIG) Drill development and Pirrit Hills field project // Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 84. P. 53–56. https://doi.org/10.1017/aog.2020.59.
  23. Talalay P., Sun Y., Fan X., Zhang N., Cao P., Wang R., et al. Antarctic subglacial drilling rig. Part I: General concept and drilling shelter structure // Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 84. P. 1–11. https://doi.org/10.1017/aog.2020.37.
  24. Talalay P., Li X., Zhang N., Fan X., Sun Y., Cao P., et al. Antarctic subglacial drilling rig. Part II: Ice and Bedrock Electromechanical Drill (IBED) // Annals of Glaciology. 2021. Vol. 62. Iss. 84. P. 12–22. https://doi.org/10.1017/aog.2020.38.
  25. Fan X., Talalay P., Sun Yo., Li X., Zhang N., Markov A., et al. Antarctic subglacial drilling rig: Part III. Drilling auxiliaries and environment measures // Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 84. P. 24–33. https://doi.org/10.1017/aog.2020.39.
  26. Goodge J.W., Severinghaus J.P., Johnson J., Tosi D., Bay R. Deep ice drilling, bedrock coring and dust logging with the Rapid Access Ice Drill (RAID) at Minna Bluff, Antarctica // Annals of Glaciology. 2021. Vol. 62. Iss. 85–86. P. 324–339. https://doi.org/10.1017/aog.2021.13.
  27. Boeckmann G.V., Gibson C.J., Kuhl T.W., Moravec E., Johnson J.A., Meulemans Z., et al. Adaptation of the Winkie Drill for Subglacial bedrock sampling // Annals of Glaciology. 2020. Vol. 62. Iss. 84. P. 109–117. https://doi.org/10.1017/aog.2020.73.
  28. Rix J., Mulvaney R., Hong J., Ashurst D. Development of the British Antarctic Survey Rapid Access Isotope Drill // Journal of Glaciology. 2019. Vol. 65. Iss. 250. P. 288–298. https://doi.org/10.1017/jog.2019.9.
  29. Большиянов Д.Ю., Клементьев О.Л., Коротков И.М., Николаев В.И. Исследования керна мореносодержащего льда ледника Вавилова на Северной Земле // Материалы гляциологических исследований. 1990. № 70. С. 105–110.
  30. Litvinenko V.S. Foreword: sixty-year Russian history of Antarctic sub-glacial lake exploration and Antarctic natural resource development // Geochemistry. 2020. Vol. 80. Iss. 3. Р. 125652. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2020.125652.
  31. Литвиненко В.С. Уникальные техника и технология бурения скважин во льдах Антарктиды // Записки Гор- ного института. 2014. Т. 210. С. 5–10. EDN: TGNKO.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.

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».