Обоснование и разработка технологии бурения скважин в снежно-фирновой толще с обратной призабойной циркуляцией воздуха тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Васильев Дмитрий Александрович

• Васильев Дмитрий Александрович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Васильев Дмитрий Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ БУРЕНИЯ ВЕРХНИХ ГОРИЗОНТОВ ЛЕДНИКОВ

1.1 Анализ особенностей бурения СФТ в Антарктике и Гренландии

1.2 Анализ современных методов колонкового бурения СФТ

1.2.1 Наземное буровое оборудование

1.2.2 Колонковые термобуровые снаряды

1.2.3 Шнековые колонковые снаряды

1.3 Анализ существующих методов шламоулавливания при бурении скважин во льду

1.4 Анализ международного опыта бурения скважин во льду с очисткой забоя воздухом

1.4.1 Бурение на станции Мирный

1.4.2 Бурение на станции Site

1.4.3 Бурение на станции Byrd

1.4.4 Бурение на станции Little America V

1.4.5 Бурение на куполе Чурлёниса

1.4.6 Бурение на станции Roi Baudoin

1.4.7 Бурение на базе Дружная

1.4.8 Бурение на куполе Академии наук

1.4.9 Бурение МБУ RAM и RAM-2

1.4.10 Бурение МБУ Radix

1.5 Анализ и обоснование эффективности бурения ледников с ОПЦ воздуха

1.6 Выводы по Главе

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ОПЦ ВОЗДУХА ПРИ БУРЕНИИ СНАРЯДОМ НА ГРУЗОНЕСУЩЕМ КАБЕЛЕ

2.1 Конструкция колонкового набора снаряда на грузонесущем кабеле с ОПЦ воздуха

2.2 Выбор методики расчета режимов циркуляции очистного агента

2.3 Определение скорости витания частиц ледяного шлама

2.4 Определение скорости транспортирования частиц ледяного шлама

2.5 Определение расхода воздуха, общих потерь во всасывающей линии бурового снаряда

2.6 Выводы по Главе

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Анализ кернов и ледяного шлама СФТ

3.1.1 Отбор проб

3.1.2 Плотность СФТ

3.1.3 Гранулометрический состав

3.1.4 Форма частиц ледяного шлама

3.1.5 Насыпная плотность ледяного шлама

3.2 Натурные исследования процесса очистки скважины при бурении СФТ с ОПЦ воздуха

3.2.1 Экспериментальный стенд

3.2.2 Анализ подобия экспериментального стенда

3.2.3 Определение скорости витания частиц ледяного шлама

3.2.4 Определение скорости транспортирования частиц ледяного шлама

3.2.5 Исследование процесса улавливания ледяного шлама

3.3 Выводы по Главе

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Результаты анализа кернов и ледяного шлама СФТ

4.1.1 Отбор проб

4.1.2 Плотность СФТ

4.1.3 Гранулометрический анализ

4.1.4 Форма частиц ледяного шлама

4.1.5 Насыпная плотность ледяного шлама

4.2 Результаты натурных исследований процесса очистки скважины при бурении СФТ с ОПЦ воздуха

4.2.1 Скорость витания

4.2.2 Скорость транспортирования

4.2.3 Улавливание ледяного шлама

4.3 Выводы по Главе

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В СФТ С ОПЦ ВОЗДУХА

5.1 Технологии бурения СФТ с ОПЦ воздуха

5.2 Разработка бурового снаряда с ОПЦ воздуха

5.2.1 Конструкция бурового снаряда

5.2.2 Принцип работы бурового снаряда

5.2.3 Разработка системы телеметрии и контроля процесса бурения

5.3 Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт внедрения результатов диссертации

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патенты на изобретение

ПРИЛОЖЕНИЕ В Результаты расчета методом конечных элементов

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Алгоритмы измерения скорости витания и скорости

транспортирования ледяного шлама

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Динамика изменения гранулометрического состава ледяного шлама скважин VK-22 и VK-23 с увеличением глубины

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование и разработка технологии бурения скважин в снежно-фирновой толще с обратной призабойной циркуляцией воздуха»

Актуальность темы исследования

Верхние слои ледяного покрова Антарктиды и Гренландии представляют собой уникальный объект научных исследований. В снежно-фирновой толще (СФТ), нижняя граница которой в Антарктиде может достигать 115 м, сосредоточены данные о составе и температуре атмосферы в прошлом, вулканических извержениях, лесных пожарах, техногенных загрязнениях, микробиологическом разнообразии. Их изучение проводится в лабораторных условиях по образцам льда, полученных в ходе полевых работ.

Метод колонкового бурения является наиболее эффективным и надежным способом непрерывного отбора проб льда по всей толще ледника. Физико-механическими свойствами СФТ, обуславливающими выбор режимов бурения, являются: низкие механическая прочность и плотность, высокие проницаемость и пористость. Вышеописанные свойства определяют два наиболее распространенных способа колонкового бурения: тепловое и шнековое бурение снарядами на грузонесущем кабеле.

Однако данные способы бурения не отвечают в полной мере требованиям по надежности и эффективности эксплуатации в суровых физико-географических условиях внутриконтинентальных областей Антарктиды и Гренландии. Анализ проектов бурения льда показал, что основными недостатками тепловых снарядов являются: низкая механическая скорость бурения; высокая энергоемкость; тепловое воздействие на керн и окружающую среду. Главными недостатками применения шнековых снарядов являются неудовлетворительная величина рейсовой проходки и высокие энергетические затраты на транспортирование шлама.

Разработка технологии механического колонкового бурения снарядами на грузонесущем кабеле с обратной призабойной циркуляцией (ОПЦ) воздуха позволит устранить вышеописанные недостатки и повысить производительность и безаварийность бурения СФТ.

Степень разработанности темы исследования

В развитии технологий бурения горных пород с применением газообразных очистных агентов принимал участие широкий круг ученых.

Теорией и практикой геологоразведочного бурения скважин с продувкой занимались: Б.Б. Кудряшов, А.И. Кирсанов, Б.С. Филатов, Н.С. Макурин, М.Г. Абрамсон, В.Н. Волков, А.М. Магурдумов и др.

Значительный вклад в развитие бурения льда с очисткой забоя сжатым воздухом внесли такие ученые как: А.П. Капица, Л.Д. Базанов, Н.Е. Бобин, Н.И. Васильев, П.Г. Талалай, Г.К. Степанов, Z. Hu, G.R. Lange, R.W. Patenaude, E.W. Marshall, A.J. Gow, E. Tongiorgi, E. Picciotto, Q. Zhao, W. de Breuck, T. Norling, G. Boeckmann, T. Kuhl, C. Gibson, J. Johnson, K. Slawny, Z. Chen, H. Cao, и др.

Ранее проведенные научные изыскания позволили сформулировать технологическую и техническую основы ведения буровых работ с применением воздуха в качестве очистного агента. В то же время вопрос колонкового бурения льда подобным способом до сих пор остается открытым.

Ввиду многочисленных осложнений, таких как потеря циркуляции очистного агента, прихваты бурового снаряда, образование ледяных сальников и прочее, бурение льда с продувкой воздухом не получило широкого распространения. Однако результаты экспериментальных и теоретических исследований, положенные в основу данной диссертации, позволяют говорить о целесообразности создания технологии бурения СФТ с ОПЦ воздуха.

Объект исследования - транспортирование и улавливание ледяного шлама при бурении СФТ с ОПЦ воздуха.

Предмет исследования - процесс аэродинамического взаимодействия потока воздуха с ледяным шламом во внутренних каналах бурового снаряда.

Цель работы — повышение эффективности колонкового бурения СФТ за счет применения технологии бурения с ОПЦ воздуха.

Идея работы заключается в повышении эффективности колонкового бурения СФТ за счет обоснования режимов циркуляции обратного потока воздуха при транспортировании шлама по внутренним каналам бурового снаряда и улавливании его в циклонном шламосборном фильтре, с учетом термобарических условий Центральной Антарктиды, гранулометрического состава и параметров формы ледяного шлама.

Основные задачи исследования:

1. Научное обоснование необходимости применения технологии колонкового бурения СФТ с ОПЦ воздуха.

2. Аналитический расчет режимов ОПЦ воздуха при бурении снарядом на грузонесущем

кабеле.

3. Разработка и создание экспериментального стенда для комплексного исследования процесса бурения СФТ в условиях Центральной Антарктиды.

4. Определение гранулометрического состава, параметров формы, насыпной плотности, скорости витания и скорости транспортирования ледяного шлама, полученного при бурении СФТ в районе станции Восток.

5. Разработка нового колонкового бурового снаряда на грузонесущем кабеле, в конструкции которого реализован принцип ОПЦ воздуха и циклонного шламоулавливания.

6. Разработка технологии бурения СФТ с ОПЦ воздуха, а также системы телеметрии и контроля процесса бурения.

Научная новизна работы:

1. Экспериментально установлены скорости витания (5 м/с для наиболее крупных частиц) и транспортирования (6,2 м/с) ледяного шлама в восходящем потоке воздуха, полученного в ходе бурения СФТ в Центральной Антарктиде.

2. Обосновано применение принципа инерционно-гравитационной очистки при реализации технологии бурения скважин в СФТ с ОПЦ воздуха с учетом изменяющихся с глубиной гранулометрического состава, параметров формы и насыпной плотности ледяного шлама.

Содержание диссертации соответствует паспорту научной специальности 2.8.1. Технология и техника геологоразведочных работ по пункту 1 «Бурение скважин: геологоразведочных, инженерно-геологических, гидрогеологических, геотехнологических, технических и др.».

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность работы циклонных шламосборных фильтров для улавливания ледяного шлама при бурении СФТ с ОПЦ воздуха.

2. Разработан стенд для определения скоростей витания и транспортирования сыпучих материалов, в том числе ледяного шлама (патент на изобретение РФ №2792401 С1, патент на изобретение РФ №2799953 С1).

3. Разработаны методики экспериментального определения скоростей витания и транспортирования сыпучих материалов, в том числе ледяного шлама.

4. Аналитически определены и экспериментально уточнены режимы циркуляции (объемный расход воздуха и потери давления) при бурении снарядом на грузонесущем кабеле с ОПЦ воздуха, что позволило обосновать конструктивные параметры колонкового бурового снаряда.

5. Технические предложения, представленные в работе, подкрепленные результатами теоретических и экспериментальных исследований, запланированы к реализации в рамках 70-й Российской Антарктической экспедиции (2024-2025 гг.) в ходе подготовки к созданию нового бурового комплекса на российской антарктической станции Восток (акт внедрения от 11.04.2023, Приложение А).

Методология и методы исследования. В работе используется комплексный подход к изучению процесса бурения скважин в СФТ с ОПЦ воздуха, включающий теоретические и экспериментальные методы исследований. В ходе теоретических исследований применялись методы синтеза, анализа, математической статистики и математического моделирования, включая метод конечных элементов. При планировании экспериментальных исследований был

применен метод полного факторного и однофакторного эксперимента. Экспериментальные работы проводились в натурных условиях Центральной Антарктиды.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Создание ОПЦ воздуха со скоростью потока не менее 6,2 м/с, что в среднем превышает скорость витания для наиболее крупных частиц шлама на 24%, позволяет осуществлять полную очистку призабойной части скважины при бурении СФТ во внутриконтинентальных областях Антарктиды и Гренландии.

2. Использование принципа инерционно-гравитационной очистки в технологии бурения СФТ с ОПЦ воздуха обеспечивает эффективность улавливания ледяного шлама более 97% и реализуется за счет применения в конструкции бурового снаряда противоточного циклона цилиндро-конического типа.

Степень достоверности результатов исследования

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций обусловлена использованием современных методов теоретических исследований, сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований, а также проведением полного факторного натурного эксперимента в непосредственных условиях применения разрабатываемой технологии.

Апробация результатов проведена на 4 научно-технических мероприятиях с докладами: Международная междисциплинарная научно-практическая конференция «Человек в Арктике» (Санкт-Петербург, 2021 г.); XVIII Международный форум-конкурс студентов и молодых ученых «Актуальные проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2022 г.); I и II Международная научно-практическая конференция «Прорывные технологии в разведке и добыче углеводородных ресурсов» (Санкт-Петербург, 2022 и 2023 гг.).

Личный вклад автора. Проведен обзор и анализ современного состояния науки техники в области бурения СФТ. Разработана методика проведения экспериментальных исследований в условиях антарктической станции Восток. Разработан экспериментальный стенд для исследования процесса очистки скважины при бурении СФТ с ОПЦ. Проведен расчет режимов циркуляции при бурении снарядом на грузонесущем кабеле с ОПЦ воздуха. Проведены сбор и обработка экспериментальных данных, на основании которых обоснована и разработана новая технология бурения СФТ и техническое средство её реализации.

Публикации. Результаты диссертационного исследования в достаточной степени освещены в 8 печатных работах (пункты списка литературы № 3, 4, 8, 9, 10, 21, 49, 152), в том числе в 3 статьях - в изданиях, входящих в международную базу данных и систему цитирования Scopus. Получено 2 патента на изобретения (пункты списка литературы № 40, 41, Приложение Б).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по каждой из них, заключения, списка литературы, включающего 166 наименования. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста, содержит 120 рисунков и 33 таблицы, 5 приложений.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность своим научным руководителям д.т.н., старшему научному сотруднику Васильеву Николаю Ивановичу и к.т.н., доценту Большунову Алексею Викторовичу. За содействие при проведении диссертационного исследования автор выражает доценту Игнатьеву Сергею Анатольевичу, сотрудникам научного центра «Арктика» Ракитину И.В. и Ожигину А.Ю.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ БУРЕНИЯ ВЕРХНИХ ГОРИЗОНТОВ

ЛЕДНИКОВ

1.1 Анализ особенностей бурения СФТ в Антарктике и Гренландии

Ледовые покровы Антарктиды и Гренландии, непосредственно влияющие на уровень мирового океана, перемещение воздушных масс, тепловой баланс атмосферы и поверхности Земли, являются важнейшими элементами климатической системы нашей планеты. Преобладающие площади суши Антарктиды и Гренландии покрыты льдом, аккумулирующим в себе более 80% всей пресной воды Земли, что является их отличительными особенностями.

Изучение ледников Антарктиды и Гренландии не представляется возможным без бурения скважин, при этом спектр задач, решаемых с помощью или посредством буровых работ необычайно широк. Так, бурение скважин во льду широко применяется при гляциологических, геологических, геофизических [79], океанологических [133], биологических [67] и многих других видах естественнонаучных исследований [63, 84, 106]. Отдельно стоит отметить, что колонковое бурение до сих пор является самым надежным, а во многих случаях и единственно возможным, способом пробоотбора ледяных и подстилающих горных пород.

Бурение льда в научных целях ведется уже более 150 лет, а первым значительным достижением в этой области принято считать буровые работы на Нижне-Аральском леднике под руководством Луи Агассиза в 1841-1842 гг. Методом канатно-ударного бурения были пробурены скважины глубинами 16, 32,5 и 60 м, однако цель бурения - добраться до ложа ледника, так и не была достигнута [69]. С тех пор развитие техники и технологий бурения льда шагнули далеко вперед, что позволило пробурить десятки тысяч погонных метров скважин по всему миру [144,146]. В настоящее время разрабатываются высокотехнологичные методы бурения льда не только для условий планеты Земля, но и для других небесных тел Солнечной системы, например, Марса или Европы (луна Юпитера) [140].

Несмотря на современную развитость технологий и техники бурения льда, до сих пор существует ряд актуальных нерешенных вопросов: осложнения при бурении теплого льда, отбор ненарушенных кернов трещиноватого льда, экологически безопасное вскрытие подледниковых водоемов и многие другие. Среди прочих, особое положение занимает вопрос высокопроизводительного и безаварийного бурения верхних проницаемых слоев ледников Антарктиды и Гренландии, решению которого и посвящена данная работа.

Внутриконтинентальные области Антарктиды и Гренландии, на протяжении тысяч километров, представляют собой безжизненные высокогорные плато, где температура никогда не поднимается выше нуля и таяния ледников практически не происходит. Именно здесь толщина Антарктического и Гренландского ледниковых щитов достигает своих максимальных значений -4776 м и 3416 м соответственно. Прирост массы льда происходит за счёт выпадения твердых

осадков - снега. В центральных частях Антарктиды и Гренландии, ввиду низкой температуры, влажности и преобладания антициклонов, кристаллы снега имеют форму ледяных игл. Выпавший снег слагает снежный покров - осадочную ледяную горную породу с низкой плотностью (в окрестностях станции Восток 0,3 - 0,45 кг/м3) и высокой пористостью (удельный объем воздуха 0,672 - 0,563). Но как известно, ледники состоят не только из снега. С течением времени происходит процесс сухого метаморфического льдообразования, характеризующийся отсутствием режеляции (таяния) и включающий в себя три основные стадии: диагенез снежного покрова, фирнизация и льдообразование.

Диагенез снежного покрова протекает под действием двух основных факторов -сублимационной перекристаллизации и осаждения снега. Снежинки распадаются на более мелкие крупинки (мелкозернистый снег), тем самым происходит процесс сублимационной перекристаллизации и округления ледяного зерна. Округлые зерна укладываются друг относительно друга более компактно, что приводит к осаждению снега и, как следствие, увеличению его плотности. Помимо этого, в значительной степени, на рост плотности снега влияет давление вновь выпавших осадков на нижележащие слои. С увеличением глубины залегания давление вышележащих слоев многократно возрастает, тем самым запуская процесс фирнизации -превращения снега в фирн.

Фирн - это ледяная порода плотностью от 450 до 800 кг/м3, состоящая из связанных между собой ледяных зёрен и являющаяся переходной стадией между снегом и глетчерным льдом. Фирн отличается от снега меньшим объемом воздушных пор и, как следствие, меньшей проницаемостью для воздуха. Сближение ледяных зерен ускоряет процесс сублимационной перекристаллизации, зерна срастаются, размер отдельных зерен растет.

Окончательное превращение фирна в лед наступает, когда фирновые поры замыкаются, что свидетельствует об образовании первично-рекристаллизационного льда. Отмечается [27], что значение плотности 0,83 кг/м3 является границей превращения фирна в лед при сухом метаморфизме, при достижении фирном данного значения плотности, воздушные поры в нем гарантированно изолированы от атмосферы. Слой ледника, начинающийся на поверхности и заканчивающийся на границе «фирн-лёд», называется снежно-фирновой толщей. В районе станции Восток граница СФТ лежит на глубине примерно 100 м, о чем свидетельствует исследование ледяных кернов (рисунок 1.1).

Продолжительность процесса превращения снега в лёд, а также глубина залегания границы фирн-лед, обусловлены атмосферными факторами, в большей степени температурой и величиной снегонакопления. Данные о мощности СФТ, её средней температуре и возрасте, а также скорости снегонакопления в различных частях Антарктиды представлены в таблице 1.1 .

Рисунок 1.1 - Поры и включения воздуха в ледяном керне со станции Восток а) - 100 м, горизонт замыкания фирновых пор и изоляции заключенного в них воздуха от атмосферы по данным о газосодержании льда; б) - 105 м, глубина замыкания пор по результатам измерения открытой пористости ледяной породы; в) - 110 м, расшнуровка удлиненных гипогенных включений; г) - 200 м, изометрические гипогенные включения воздуха [27]

СФТ Антарктиды и Гренландии представляет собой колоссальный интерес для ученых всего мира. В верхних слоях ледников сосредоточены данные о составе и температуре атмосферы в прошлом, вулканических извержениях, лесных пожарах, техногенных загрязнениях, микробиологическом разнообразии. Изучение СФТ ведется, как в рамках глобальных международных проектов, так и в формате индивидуальных исследований. В настоящее время ведется активная работа по реализации проектов Международного партнерства в области изучения ледяных кернов (/Р/С5), среди которых можно выделить проекты СЬ/УЛ8И2к [70] и /Р/С8 2к [93]. Целью данных проектов является создание и изучение массива данных об изменчивости климата нашей планеты за последние 2000 лет на основании информации, полученной из ледяных кернов, который добывается из неглубоких скважин.

СФТ, с точки зрения ведения буровых работ, является наиболее часто буримым горизонтом ледника, т.к., бурение скважин во льду начинается с поверхности, вне зависимости от их конечной глубины. Таким образом, любой проект бурения ледников должен быть разработан с учетом физико-механических, петроструктурных и других особенностей СФТ.

Таблица 1.1 - Характеристики СФТ в различных частях Антарктиды [71]

Локация Средняя температура ледника, °C Скорость снегонакопления, см/год Глубина залегания границы фирн-лёд, м Возраст СФТ, лет

Станция Восток -57 2,2 95 2500

Купол Ц -54 3,6 100 1700

Южный полюс -51 7 115 1020

GISP2 -32 22 77 230

Site A -30 26 75-80 185

Станция Byrd -28 14 64 280

Ледяная шапка Агасиза -25 16 53 235

Купол Siple -25 11 55-60 350

Станция Little America -24 22 51 150

Станция Siple -24 50 70 95

Ледяная шапка Дэвона -23 22 62 210

Dye 3 -19 49 65-70 100

S2 -19 13 38 220

Станция Maudheim -17 37 67 125

Станция Roi Baudouin -15 38 46 80

СФТ обладает низкой плотностью, которая постепенно возрастает с глубиной под давлением вышележащих слоев. На основании данных, полученных в ходе изучения шурфов и фирновых кернов, был построен профиль плотности СФТ в районе станции Восток (рисунок 1.2).

В результате анализа массива данных, ученые Арктического и Антарктического научно-исследовательский института (ААНИИ) сделали ряд выводов о зависимости плотности СФТ от глубины:

1. Значительное увеличение плотности снега в интервале глубин 0-27 см (0,320-0,365 г/см3) связано с интенсивным протеканием метаморфических процессов;

2. На интервале 0,3-22,5 м наблюдается плавный рост плотности [49];

3. С глубины 22,5 м начинается уплотнение характерное для фирна.

Рисунок 1.2 - а) - сводный профиль плотности СФТ в районе станции Восток в интервале 0-70 м [110]; б) - число индивидуальных профилей плотности, участвующих в построении сводного профиля; в) - среднее квадратическое отклонение значений плотности в разных шурфах/кернах

на одних и тех же глубинах [ 18]

4. На глубине 22,5 м наблюдается снижение интенсивности уплотнения снега, что связано с изменением физики механизма уплотнения и характеризует переход от снега к фирну;

Помимо роста плотности, с увеличением глубины залегания слоев СФТ растет размер отдельных ледяных зерен, а также усилие, которое необходимо приложить для того, чтобы отделить одно зерно от другого. Так, на глубине 10 м средний размер ледяного зерна составляет 1,15 мм, а на глубине 100 м - 1,7 мм [28].

Крепость СФТ можно оценить по пределу прочности на одноосное сжатие. На основе анализа характеристик фирнового керна, учеными лаборатории CRREL (Cold Regions Research and Engineering Laboratory) была получена зависимость предела прочности фирна на одноосное сжатие от плотности (таблица 1.2) и глубины залегания (рисунок 1.3).

Таблица 1.2 - Зависимость предела прочности фирна от его плотности [56]

Плотность, кг/м3 Минимальное значение предела прочности на сжатие, мПа Максимальное значение предела прочности на сжатие, мПа

350 0,055 0,09

400 0,069 0,27

450 0,27 0,55

500 0,62 0,93

550 1,1 1,5

600 1,6 2,1

0.10

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Глубина, м

Рисунок 1.3 - Зависимость предела прочности фирна на одноосное сжатие от глубины

скважины [131]

На основании полученных данных можно найти коэффициент крепости СФТ по методу профессора М.М. Протодьяконова, характеризующий горные породы по степени трудоемкости разрушения. Коэффициент крепости горных пород рассчитывается по эмпирической формуле (1.1):

Г = 0,1-асж, (1.1)

где асж - предел прочности на одноосное сжатие, мПа.

Таким образом, f фирна не превышает 0,2, что позволяет отнести его к Х категории (плывучие породы) прочности по шкале Протодьяконова.

Существует классификация горных пород по буримости для механического вращательного бурения, характеризующая способность горных пород сопротивляться проникновению в них породоразрушающего инструмента (ПРИ). Учитывая, что при классическом геологоразведочном бурении снег и фирн не выделяют в отдельные горные

породы, в данной классификации присутствует только лед, который относят к II категории, наряду с торфом, суглинком, мелом и др. [45].

Низкие прочностные характеристики снега и фирна положительно сказываются на процессе бурения. Для проходки скважины не требуется оказывать дополнительную осевую нагрузку на забой, как, например, при нефтяном или геологоразведочном бурении. Разрушение забоя ведется под собственным весом бурового снаряда, что позволяет достигать значительных глубин даже с помощью ручных буров. Так, в 1960 г. на ледяном шельфе Ward Hunt с помощью ручного бурового снаряда была пробурена скважина глубиной 55 м [129]. Существуют специальные буровые снаряды для высокогорного бурения, например, снаряд «Backpack drill» с питанием от аккумуляторных батарей, при общей массе 20 кг, способен бурить скважины во льду глубиной до 18 м [83].

Необходимо отметить, что по всей глубине СФТ встречаются минеральные включения различного происхождения: пыль, в том числе космическая, вулканический пепел, ил, обломочный материал подстилающих горных пород и др. Производительность буровых работ напрямую зависит от концентрации твердых примесей во льду, таким образом, если тонкие слои пыли практически не влияют на протекание процесса бурения, то крупные обломки морены у основания ледника нередко являлись причиной преждевременной остановки бурения [64]. При выполнении проекта GISP2 (Greenland Ice Sheet Project Two) первые следы минеральных включений начали встречаться в керне льда на расстоянии 4,83 м от ложа ледника. Минеральные включения представляли собой песок, глину и отдельные крупные обломки горных пород. Массовая доля минеральных включений составляла 12-15 % от массы керна [62].

Немаловажным фактором при бурении ледников является их температурное состояние. В теплых ледниках, температура льда близка к температуре фазового перехода или равна ей. При бурении таких ледников возникают осложнения, связанные с транспортировкой ледяного шлама и водопритоком в скважину. В холодных ледниках температура льда, за исключением их основания, значительно ниже температуры плавления. В таких ледниках, температура которых может достигать -57 °C, необходимо с особой ответственностью подойти к выбору морозостойкой заливочной жидкости. Однако при «сухом» бурении низкая температура ледника является преимуществом, исключая водопроявления в скважине.

Пористая проницаемая структура СФТ, способствующая потере очистного агента в массиве и, как следствие, разрушению стенок скважины, оказывает наибольшее влияние на процесс бурения. Пористость фирна напрямую зависит от его плотности, а значит от глубины залегания. В то же время, пористость фирна влияет на его проницаемость. Проницаемость является частью константы пропорциональности в законе Дарси, который связывает расход

флюида и его физические свойства с градиентом давления, приложенным к пористой среде. Проницаемость выражается следующим образом (1.2):

к =

(12)

ЛР • Р'

где т] - динамическая вязкость жидкости, Па-с, Q - расход флюида, м3/с, I - длина образца пористой среды, м,

- разница давлений, Па, Р- площадь фильтрации.

Американскими учеными из лаборатории СЕЕЕЬ была проведена серия экспериментов, в ходе которых через образцы СФТ с купола Сипл толщиной 10 см прокачивался сжатый воздух, параллельно велись замеры дифференциального давления и скорости потока воздуха. В результате проведенных работ была получена зависимость изменения проницаемости СФТ с

глубиной (рисунок 1.4), которая описывается полиномом шестой степени (1.3):

Р = (3,5 • 10-13 • г5) - (1,6 • 10-11 • г4) + (2,75 • 10-10г3) - (2,1 • 10-9 • г2) +

(6,13 • 10-9 • г) + (8,3 • 10-10), где 2 - глубина скважины, м.

(13)

Рисунок 1.4 - Зависимость проницаемости фирна от глубины скважины [57]

Из рисунка 1.4 видно, что проницаемость снижается с глубиной залегания фирна, что обусловлено схлопыванием воздушных пор под давлением вышележащих слоев.

При катастрофических потерях очистного агента его циркуляция в скважине прекращается, забой перестает очищаться от вновь образующегося шлама, что приводит к значительному снижению эффективности бурения или вовсе делает дальнейшую проходку невозможной. По этой причине, при бурении СФТ не применяются заливочные жидкости, как это происходит при бурении глубоких скважин во льду. Кроме того, при колонковом бурении токсичная заливочная жидкость на основе жидких углеводородов заполнит поры в добытом керне, что не позволило бы провести его дальнейший лабораторный анализ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Васильев Дмитрий Александрович, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Архипов, В.А. Основы теории инженерно-физического эксперимента / В.А. Архипов, А.П. Березиков // - Томск: Изд-во Томского политехнического ун-та. - 2008. - 205 с.

2. Базанов, Л.Д. Опыт колонкового бурения на ледниках Земли Франца-Иосифа / Л.Д. Базанов // Исследования ледников и ледниковых районов. - 1961. - №. 1. - С. 109-114.

3. Большунов, А.В. Механический способ бурения скважин в ледниках / А.В. Большунов, С.А. Игнатьев, Е.В. Шишкин, Д.А. Васильев, И.В. Ракитин // Материалы Международной междисциплинарной научно-практической конференции. - СПб: Санкт-Петербургский горный университет. - 2021. С. 15-22.

4. Большунов, А.В. Механическое бурение ледников с очисткой забоя сжатым воздухом / А.В. Большунов, Д.А. Васильев, С.А. Игнатьев, А.Н. Дмитриев, Н.И. Васильев // Лёд и Снег. - 2022. - №1. - С. 35-46.

5. Большунов, А.В. Результаты комплексных экспериментальных исследований на станции Восток в Антарктиде / А.В. Большунов, Д.А. Васильев, А.Н. Дмитриев, С.А. Игнатьев, В.Г. Кадочников, Н.С. Крикун, Д.В. Сербин, В.С. Шадрин // Записки Горного института. - 2023. - №. 263. - С. 724-741.

6. Бронзов, А.С. Бурение скважин с использованием газообразных агентов / А.С. Бронзов. - М.: Недра. - 1989. - 287 с.

7. Брус, И.Д. Расчет установок пневмотранспорта. Учебно-методические указания к проведению расчетной работы по курсу: «Процессы и аппараты химической технологии» / И.Д. Брус, Н.С. Тураев // Томск: ТПУ. - 2008. - 23 с.

8. Васильев, Д.А. Экспериментальное исследование процесса улавливания шлама при бурении ледников с продувкой воздухом / ДА. Васильев, А.В. Большунов // Международная научно-практическая конференция - СПб: Санкт-Петербургский горный университет. - 2023. С. 31.

9. Васильев, Д.А. Экспериментальные исследования процесса бурения снежно-фирнового горизонта с продувкой воздухом в районе станции Восток / Д.А. Васильев // Материалы Международного форум-конкурса студентов и молодых ученых. - СПб: Санкт-Петербургский горный университет. - 2022. С. 124-126.

10. Васильев, Д.А. Экспериментальные исследования процесса бурения снежно-фирнового горизонта с продувкой воздухом в районе станции Восток / ДА. Васильев, А.В. Большунов, С.А. Игнатьев, А.Р. Молчанова // Международная научно-практическая конференция - СПб: Санкт-Петербургский горный университет. - 2022. С. 29

11. Васильев, Н.И. Бурение глубокой скважины на российской антарктической станции Восток / Н.И. Васильев, А.Н. Дмитриев, П.А. Блинов // Вестник отделения наук о земле РАН. -2012. - Т. 4. - С. 1-6.

12. Васильев, Н.И. Рациональная технология бурения скважин в ледовых массивах с использованием электромеханического снаряда на кабеле / Васильев Н.И. // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - СПб: СПГГИ (ТУ), 2004. - 213 с.

13. Верес, А.Н. Первые данные о климатической изменчивости в районе ст. Восток (Центральная Антарктида) за последние 2000 лет по результатам изучения снежно-фирнового керна / А.Н. Верес, А.А. Екайкин, В.Я. Липенков, А.В. Туркеев, Т.В. Ходжер // Проблемы Арктики и Антарктики. - 2020. - Т. 66. - №. 4. - С. 482-500.

14. Волошин, Е.В. Расчет и компоновка пневмотранспортных установок: методические указания / Е.В. Волошин // Оренбург: ОГУ. - 2019. - 61 с.

15. Гаврилова, Н.Н. Микроскопические методы определения размеров частиц дисперсных материалов / Н.Н. Гаврилова, В.В. Назаров, О.В. Яровая // М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева. - 2012. - 52 с.

16. Гатапова, Н.Ц. Основы теории и техники физического моделирования и эксперимента / Н.Ц. Гатапова, А.Н. Колиух, Н.В. Орлова, А.Ю. Орлов // - Тамбов: Изд-во ТГТУ. - 2014. - 77 с.

17. Гринев, К.М. Пневматический транспорт в цементной промышленности / К.М. Гринев, М.Н. Крашенинников, А.П. Кротков // М.: Промстройиздат. - 1951. - 208 с.

18. Екайкин, А.А. Профиль плотности снежно-фирновой толщи в районе станции Восток, Центральная Антарктида / А.А. Екайкин, К.Б. Чихачев, А.Н. Верес, В.Я. Липенков, Н А. Тебенькова, А.В. Туркеев // Лёд и Снег. - 2022. Т. 62. - № 4 - С. 504-511.

19. Жихарев, Е.А. Экспериментальное исследование характера движения частиц в трубопроводах пневматического транспорта / Е.А. Жихарев // Инженерно-физический журнал. - 1959. - Т. 2. - №. 2. - С. 25-29.

20. Загривный, Э.А. Буровой снаряд на грузонесущем кабеле с бездатчиковым управлением авторезонансным электроприводом возвратно-вращательного движения / Э.А. Загривный, Д.А. Поддубный // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2016. - вып. 3 - С. 178186.

21. Игнатьев, С.А. Экспериментальные исследования переноса ледяного шлама воздухом при бурении снежно-фирновой толщи / С.А. Игнатьев, Д.А. Васильев, А.В. Большунов, М.А. Васильева, А.Ю. Ожигин // Лёд и Снег. - 2023. - №1. - С. 141-152.

22. Калинушкин, М.П. Пневматический транспорт в строительстве / М.П. Калинушкин, З.Э. Орловский, И.С. Сегаль // - М.: Госстройиздат. - 1961. - 16 с.

23. Капица, А.П. Опыт бурения льда в Антарктиде с очисткой забоя воздухом / А.П. Капица // Бурение геологоразведочных скважин колонковым способом с очисткой забоя воздухом. М.: Госгеолтехиздат. - 1958. - С. 78-81.

24. Кудряшов, Б.Б. Бурение разведочных скважин с применением воздуха: монография / Б.Б. Кудряшов, А.И. Кирсанов. - Л.: Недра. - 1990. - 264 с.

25. Кудряшов, Б.Б. Буровой комплекс для проходки скважин на шельфовых ледниках Антарктиды / Б.Б. Кудряшов, Н.Е. Бобин, Г.К. Степанов // Разработка и совершенствование технологии алмазного бурения в сложных горно-геологических условиях - 1983. С. 76-81.

26. Кудряшов, Б.Б. Опыт бурения ледяного покрова Антарктиды / Б.Б. Кудряшов, В.Ф. Фисенко, Г.К. Степанов // Антарктика. Доклады Комиссии. - 1973. - №.12 - С. 145-152.

27. Липенков, В.Я. Закономерности формирования системы включений воздуха в рекристаллизационном льду / В.Я. Липенков // Криосфера земли. - 2018. Т.22. - №2 - С. 6-28.

28. Липенков, В.Я. Особенности строения антарктического ледникового покрова в районе станции Восток по результатам петроструктурных исследований ледяного керна / В.Я. Липенков, Е.В. Полякова, П. Дюваль, А.В. Преображенская // Проблемы Арктики и Антарктики. - 2007. - №76 С. 68-77.

29. Литвиненко, В.С. Уникальные техника и технологии бурения скважин во льдах Антарктиды / В.С. Литвиненко // Записки горного института. - 2014. - Т. 210. - С. 5-10.

30. Лобаев, Б.Н. Расчет воздухопроводов вентиляционных, компрессорных и пневмотранспортных установок / Б.Н. Лобаев // Киев: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре УССР. - 1959. - 197 с.

31. Логачев, И.Н. Аэродинамические основы аспирации: монография / И.Н. Логачев, К.И. Логачев // - СПб.: Химиздат. - 2005. - 659 с.

32. Магурдумов, М.А. Разведочное бурение с продувкой забоя воздухом: монография / М.А. Магурдумов // М.: Недра. - 1970. - 208 с.

33. Михайлов, Ф.С. Отопление и основы вентиляции / Ф.С. Михайлов // - М.: Стройиздат. - 1972. - 413 с.

34. Морев, В. А. Экспериментальное бурение ледникового покрова / В. А. Морев, В. А. Шамонтьев // Информационный бюллетень Советской антарктической экспедиции. - 1970. - № 78. - С. 102-104.

35. Нескоромных, В.В. Методика анализа ситуаций на забое скважины по углубке за один оборот алмазного породоразрушающего инструмента / В.В. Нескоромных, П.С. Пушмин // Науки о Земле и недропользование. - 2012. - Т. 40. - №. 1. - С. 96-104.

36. Олевский, В.А. Скорость свободного падения частиц в жидкой среде / В.А. Олевский // Журнал прикладной химии. - 1955. - Т. 28. - №. 8. - С. 849-856.

37. Патент № 108789 Российская Федерация, МПК Е21В 4/04 (2006.01). Электромеханический буровой снаряд : № 2010103500/03 : заявлено 02.02.2010 : опубликовано : 27.09.2011 / Васильев Н.И., Дмитриев А.Н.; заявитель Санкт-Петербургский горный университет. - 2 с. : ил.

38. Патент № 112618 СССР, МПК Е21В 21/00, Е21В 27/00, Е21В 37/00. Беструбный гидробур для разбуривания песчаных пробок: № 588566 : заявлено 25.12.1957 : опубликовано 01.01.1958 / Минин А.А, Погарский А.А, Чефранов К.А. - 2 с. : ил.

39. Патент № 2228420 Российская Федерация, МПК Е21В 4/04 (2006.01). Колонковый буровой снаряд с электрическим приводом: № 2002118405/03 : заявлено 08.07.2002 : опубликовано : 20.01.2003 / Загривный Э.А., Соловьев В.А.; заявитель Санкт-Петербургский горный университет. - 2 с. : ил.

40. Патент № 2792401 Российская Федерация, МПК G01P 5/16 (2006.01), G01P 5/16 (2006.01). Стенд для определения скорости витания сыпучих материалов: №2792401: заявл. 2022119518: опубл 21.03.2023 / А.В. Большунов, Д.А. Васильев, С.А. Игнатьев, М.А. Васильева, А.Ю. Ожигин; заявитель СШ У. - 9 с.: ил.

41. Патент № 2799953 Российская Федерация, МПК G01P 5/16 (2006.01), G01P 5/16 (2006.01). Стенд для определения скорости витания сыпучих материалов: №2799953: заявл. 2023109183: опубл 14.07.2023 / А.В. Большунов, Д.А. Васильев, С.А. Игнатьев, А.Ю. Ожигин; заявитель СП! У. - 10 с.: ил.

42. Поваров, А.И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках / А.И. Поваров / М.: Недра, 1977. - 199 с.

43. Рекомендации по проектированию и очистке воздуха от пыли в системах вытяжной вентиляции. М.: Стройиздат. - 1985. - 14 с.

44. Саватюгин, Л.М. Российско-германские гляциологические исследования на Северной Земле и прилегающих островах в 2000 г. / Л.М. Саватюгин, С.М. Архипов, Н.И. Васильев, Р.Н. Вострецов, Д. Фритцше, Х. Миллер // МГИ. - 2001. - №. 91. - С. 150.

45. Сборник сметных норм на геологоразведочные работы (выпуск 5) / С.И. Голиков, С.С. Кузьмичёв, Е.Е. Головина, З.П. Шиманова. - Москва : ВИЭМС, 1993. - 67 с.

46. Страхович, А.И. Основы теории и расчета пневматических транспортных установок. / А.И. Страхович // Л.: ОНТИ НКТП, Главная редакция литературы по машиностроению и металлообработке. - 1934. - 114 с.

47. Стрелец, К.И. Механические системы очистки воздуха промышленных зданий: уч. пособие / К.И. Стрелец // СПб.: Изд-во Политехнического ун-та. - 2012. - 98 с.

48. Суханов, Л.А. Портативные ледовые электробуры / Л.А. Суханов, В.А. Морев, И.А. Зотиков // Материалы гляциологических исследований. - 1974. №23. - С. 234-238.

49. Туркеев, А.В. Бурение мелких (до 70 м) фирновых скважин в районе станции восток с целью изучения палеоклимата за последние 2000 лет / А.В. Туркеев, А.А. Екайкин, В.Я. Липенков, А.Н. Верес, В.Н. Заровчатский, А.В. Большунов, С.А. Игнатьев, Д.А. Васильев // Международная научно-практическая конференция - СПб: Санкт-Петербургский горный университет. - 2022. С. 132.

50. Успенский, В.А. Пневматический транспорт материалов во взвешенном состоянии / В.А. Успенский / М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. - 1952. - 150 с.

51. Ужов, В.Н. Борьба с пылью в промышленности / В.Н. Ужов / М.: Госхимиздат. -1962. - 184 с.

52. Филатов, Б.С. Бурение геологоразведочных скважин с продувкой воздухом / Б.С. Филатов, Н.С. Макурин, М.Г. Абрамсон, А.И. Кирсанов // М.: Недра. - 1964. - 208 с.

53. Часс, С.И. Определение скорости витания мелкозернистых материалов методом взвешенного состояния / С.И. Часс // Известия Уральского государственного горного университета. - 1997. - №. 6. - С. 158-165.

54. Шамшев, Ф.А. Технология и техника разведочного бурения / Ф.А. Шамшев, С.Н. Тараканов, Б.Б. Кудряшов, Ю.М. Парийский, А.М. Яковлев // М.: Недра. - 1987. - 208 с.

55. Шибаев, Ю.А. Сезонные вариации температуры снежной толщи и теплопроводность снега в районе станции Восток, Антарктида / Ю.А. Шибаев, К.Б. Чихачев, В.Я. Липенков, А.А. Екайкин, Э. Лефевр, Л. Арно, Ж. Пети // Проблемы Арктики и Антарктики. - 2019. - Т. 65. - №. 2. - С. 169-185.

56. Abele, G. Compressibility characteristics of undisturbed snow / G. Abele, A. Gow // Research Report 336. - Hanover: U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, 1975. - 63 с.

57. Albert, M.R. Snow and firn permeability at Siple Dome, Antarctica / M.R. Albert, E.F. Shultz, F.E. Perron // Annals of Glaciology. - 2000. - Т.31. С. - 353-356.

58. Allen, T. Powder Sampling and Particle Size Determination / T. Allen // Delaware, USA: Elsevier Science. - 2003. - 682 с.

59. Arnason, B. Mechanical drill for deep coring in temperate ice / B. Arnason, H. Bjornsson, P. Theodorsson // Journal of Glaciology. - 1974. - Т. 13. - №. 67. - С. 133-139.

60. Augustin, L. The EPICA deep drilling program / L. Augustin, A. Antonelli // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 2002. - Т. 56. - С. 226-244.

61. Bassler, K.H. German intermediate ice core drilling since 1981 / K.H. Bassler, H. Kohnen // Proceedings of the third international workshop on ice drilling technology, Grenoble, France, 10-14 October 1988. LGGE, Grenoble. - 1988. - С. 3-5.

62. Bender, M. On the nature of the dirty ice at the bottom of the GISP2 ice core / M. Bender, E. Burgess, R. Alley, B. Barnett, G. Clow // Earth and Planetary Science Letters. - 2010. - Т. 299, вып. 3-4 - С. 466-473.

63. Benson, T. Ice Cube Enhanced Hot Water Drill functional description / T. Benson, J. Cherwinka, M. Duvernois, A. Elcheikh, F. Feyzi, L. Greenler, J. Haugen, A. Karle, M. Mulligan, R. Paulos // Annals of Glaciology. - 2014. - Т. 55, вып. 68. - С.

64. Bentley, C.R. Drilling to the beds of the Greenland and Antarctic ice sheets: a review / C.R. Bentley, B.R. Koci // Annals of Glaciology. - 2017. - Т. 47. - С. 1-9.

65. Bird, I.G. Thermal ice drilling: Australian developments and experience / I.G. Bird // Ice-Core Drilling. Proceedings of the Symposium at University of Nebraska. - 1974. - С. 28-30.

66. Blott, S.J. Particle shape: a review and new methods of characterization and classification / S.J. Blott, K. Pye // Sedimentology. - 2008. - Т. 55. - №. 1. - С. 31-63.

67. Bulat, S.A. Unknown Widespread Iron- and Sulfur-Oxidizing Bacteria beneath the East Antarctic Ice Sheet / S.A. Bulat, M.V. Doronin, G.P. Pavlov, D.S. Karlov, D. Marie, JR. Petit // Paleontological Journal. - 2018. - Т. 52. - № 10. - С. 1196-1203.

68. Cao, P. Studies on pneumatic transport of ice cores in reverse circulation air drilling / P. Cao, H. Cao, J. Cao, M. Liu, B. Chen // Powder technology. - 2019. - Т. 356. - С. 50-59.

69. Clarke, G. A short history of scientific investigations on glaciers / G. Clarke // Journal of Glaciology. - 1987. - Т. 33, вып. 1 - С. 4-24.

70. CLIVASH2k Antarctic ice core chemistry database [Электронный ресурс]. - URL: https://data.bas.ac.uk/full-record.php?id=GB/NERC/BAS/PDC/01670 (дата обращения: 02.03.2022).

71. Cuffey, K M. and Paterson, W.S.B. The Physics of Glaciers. Fourth Edition / K M. Cuffey, W.S.B. Paterson. - USA: Elsevier, 2010. - 693 с.

72. Donnou, D. Deep core drilling: electro-mechanical or thermal drill? / D. Donnou, F. Gillet, A. Manouvrier, J. Perrin, C. Rado, G. Ricou // Proceedings of the Second International Workshop/Symposium on Ice Drilling Technology, CRREL Special Report 84-34. - Hanover. - 1984. С. 81-84.

73. Duan, K. Monsoon variability in the Himalayas under the condition of global warming / K. Duan, T. Yao // Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II. - 2003. - Т. 81. - №. 2. - С. 251-257.

74. Duphil, R. A new leak-tight borehole casing at Dome Concordia station (Antarctica) for the SUBGLACIOR project / R. Duphil, P. Possenti, L. Piard // Annals of Glaciology. - 2014. - Т. 55. - №. 68. - С. 351-354.

75. Electrothermal drill [Электронный ресурс] // U.S. Ice drilling program. - URL: https://icedrill.org/equipment/electrothermal-drill (дата обращения: 03.03.2022).

76. Fritzsche D. A new deep ice core from Akademii Nauk ice cap, Severnaya Zemlya, Eurasian Arctic: First results / D. Fritzsche, F. Wilhelms, L. Savatyugin, J. Pinglot, H. Meyer, H. Hubberten, H. Miller // Annals of Glaciology. - 2002. - Т. 35. - С. 25-28.

77. Fujii, Y. Deep ice core drilling to 2503 m depth at Dome Fuji, Antarctica / Y. Fujii и др. // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 2002. - Т. 56. - С. 103-116.

78. Fujii, Y. Deep ice coring at Dome Fuji Station, Antarctica / Y. Fujii и др. // ANTARCTIC RECORD-TOKYO. - 1999. - Т. 43. - С. 162-210.

79. Gibson, C.J. RAM-2 Drill system development: an upgrade of the Rapid Air Movement Drill / C.J. Gibson, G. Boeckmann, Z. Meulemans, T.W. Kuhl, J. Koehler, J.A. Johnson, K.R. Slawny // Annals of Glaciology. - 2021. - Т. 62. - вып. 84. - С. 99-108.

80. Gibson, C.J. Replicate ice-coring system architecture: mechanical design / C.J. Gibson, J.A. Johnson, A.J. Shturmakov, N.B. Mortensen, J.J. Goetz // Annals of Glaciology. - 2014. - Т. 55. -№. 68. - С. 165-172.

81. Gillet, F. A new electrothermal drill for coring in ice / F. Gillet, D. Donnou, G. Ricou // Proceedings of the symposium «Ice-core drilling». - Lincoln: University of Nebraska. - 1976. - C. 1927.

82. Gillet, F. Ice core quality in electromechanical drilling / F. Gillet, D. Donnou, C. Girard, A. Manouvrier, C. Rado, G. Ricou // Proceedings of the Second International Workshop/Symposium on Ice Drilling Technology. - Calgary, Alberta, Canada. -1982. С. 73-80.

83. Ginot, P. FELICS, a new ice core drilling system for high-altitude glaciers / P. Ginot, F. Stampfli, D. Stampfli, M. Schwikowski, H.W. Gaggeler // Memoirs of National Institute of Polar Research. - 2002. - вып. 56 - С. 38-48.

84. Goodge, J.W. Deep ice drilling, bedrock coring and dust logging with the Rapid Access Ice Drill (RAID) at Minna Bluff, Antarctica / J.W. Goodge, J.P. Severinghaus, J. Johnson, D. Tosi, R. Bay // Annals of Glaciology. - 2021. - Т. 65, вып. 85-86 - С. 324-339.

85. Gundestrup, N.S. ISTUK: a deep ice core drill system / N.S. Gundestrup, S.J. Johnsen, N. Reeh // Proceedings of the Second International Workshop/Symposium on Ice Drilling Technology, CRREL Special Report 84-34. - Hanover. - 1984. С. 7-19.

86. Gundestrup, N.S. Refinements of the UCPH shallow drill / N.S Gundestrup, S.B. Hansen, S.J. Johnsen // Ice core drilling. Proceedings of the Third International Workshop on Ice Drilling Technology, Grenoble о France. - 1988. - С. 10-14.

87. Hamley, T.C. An ice-core drilling site at Law Dome Summit, Wilkes Land, Antarctica / T.C. Hamley, V.I. Morgan, R.J. Thwaites, X.Q. Gao // ANARE Res. Notes. - 1986. Т. 37.

88. Holdsworth, G. The Canadian Rufli-Rand electro-mechanical core drill and reaming devices / G. Holdsworth // Proceedings of the Second International Workshop/Symposium on Ice Drilling Technology, CRREL Special Report 84-34. - Hannover. С. 21-32.

89. Hong J. Size distribution and shape characteristics of ice cuttings produced by an electromechanical auger drill // Cold Regions Science and Technology. - 2015. - Т. 119. - С. 204210.

90. Hong, J. DEM modeling of ice cuttings transportation by electromechanical auger core drills / J. Hong, P.G. Talalay, M. Sysoev, X. Fan // Annals of Glaciology. - 2014. - Т. 55. - №. 68. -С. 65-71.

91. HU, Z. Air reverse circulation at the hole bottom in ice-core drilling / Z. Hu, P. Talalay, Z. Zheng, P. Cao, G. Shi, Y. Li, H. Ma // Journal of Glaciology. - 2019. - Т. 65. - №. 249. - С. 149-156.

92. Ikami A. Field operation of explosion seismic experiment in Antarctica / A. Ikami, K. Ito, K. Shibuya, K. Kaminuma, S. Kataoka // Antarctic Record - 1983. - Т. 79. - С. 107-133.

93. International partnership in ice core sciences (ipics) [Электронный ресурс]. - URL: https://www.scar.org/ipics/ (дата обращения: 02.03.2022).

94. Jessberger, H.L. Recent experiences with a modified Rufli ice drill / H.L. Jessberger, R. Dörr // Proceedings of the Second International Workshop/Symposium on Ice Drilling Technology, CRREL Special Report 84-34. Hannover. - 1984. С. 45-49.

95. Johnsen, S.J. A fast light-weight core drill. // S.J. Johnsen, W. Dansgaard, N. Gundestrup, SB. Hansen, J.O. Nielsen, N. Reeh. Journal of Glaciology. - 1980. - Т. 25. - №. 91. - С. 169-174.

96. Johnsen, S.J. The Hans Tausen drill: design, performance, further developments and some lessons learned / S.J. Johnsen, S.B. Hansen, S.G. Sheldon, D. Dahl-Jensen, J.P. Steffensen, L. Augustin, P. Journe, O. Alemany, H. Rufli, J. Schwander, N. Azuma, H. Motoyama, T. Popp, P.G. Talalay, T. Thorsteinsson, F. Wilhelms, V. Zagorodnov // Annals of Glaciology. - 2007. - Т. 47. - С. 89-98.

97. Johnson, J.A. Next generation of an intermediate depth drill / J.A. Johnson, A.J. Shturmakov, T.W. Kuhl, N.B. Mortensen, C.J. Gibson // Annals of glaciology. - 2014. - Т. 55. - №. 68. - С. 27-33.

98. Kelley J.J. Ice coring and drilling technologies developed by the Polar Ice Coring Office / J.J. Kelley, K. Stanford, B. Koci, M. Wumkes, V.S. Zagorodnov // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 1994. - Т. 49. - С. 24-40.

99. Kern, J. Techniques for determining size and shape of drill cuttings / J. Kern, G. Montagna, M. Borges // Brazilian Journal of Petroleum and Gas. - 2022. - Т. 16. - №. 2.

100. Klein, E.S. McCall Glacier record of Arctic climate change: Interpreting a northern Alaska ice core with regional water isotopes / E.S. Klein, M. Nolan, J. McConnell, M. Sigl, J. Cherry, J.

Young, J.M. Welker // Quaternary Science Reviews. - 2016. - Т. 131. - С. 274-284. DOI: 10.1016/j.quascirev.2015.07.030.

101. Koci, B.R. Evaluation of deep ice core drilling system / B.R. Koci, J.M. Sonderup // PICO Tech Report 90-1. 34 с.

102. Kohshima, S. Ice core drilling on Southern Patagonia ice field development of a new portable drill and the field expedition in 1999 / S. Kohshima, T. Shiraiwa, M. Angelica, K. Kubota, N. Takeuchi, K. Shinbori // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 2002. - Т. 56. - С. 49-58.

103. Korotkevich, E.S. Ice sheet drilling by Soviet Antarctic Expeditions / E.S. Korotkevich, B.B. Kudryashov // Ice Core Drilling, Proceedings of the First International Workshop on Ice Core Drilling, Univ. Nebraska, Lincoln, 28-30 August 1974. - Univ. of Nebraska Press, 1976. - С. 63-70.

104. Kudryashov, B.B. Deep ice coring at Vostok Station (East Antarctica) by an electromechanical drill /B.B. Kudryashov, N.I. Vasiliev, R.N. Vostretsov, A.N. Dmitriev, V.M. Zubkov, A.V. Krasilev, P.G. Talalay, N.I. Barkov, V.Ya, Lipenkov, J. Petit // Memoirs of National Institute of Polar Research. - 2002. - вып. 56 - С. 91-102.

105. Kudryashov, B.B. KEMS-112 electromechanical ice core drill / B.B. Kudryashov, N.I. Vasiliev, P.G. Talalay // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 1994. - Т. 49. - С. 138-152.

106. Kuhl, T. Agile Sub-Ice Geological (ASIG) Drill development and Pirrit Hills field project / T. Kuhl, C. Gibson, J. Johnson, G. Boeckmann, E. Moravec, K. Slawny // Annals of Glaciology. -2020. - Т. 62, вып. 84 - С. 1-14.

107. Lange, G.R. Deep rotary core drilling in ice / G.R. Lange // USA CRREL Technical Report 94. Hanover - 1973.

108. Langway, C.C. The history of early polar ice cores / C.C. Langway // USA CRREL Technical report TR-08-1. Hanover. - 2008.

109. Leonhardt, M. Buildup, advancement and field test of a 200-meter shallow core system based on the classic Hans Tausen Drill / M. Leonhardt, P. Schütt, F. Wilhelms, J. Tell // 7th international workshop on ice - Madison, USA: University of Wisconsin-Madison. - 2013. C. 16.

110. Lipenkov, V.Y. Bubbly-ice densification in ice sheets: II. Applications / V.Y. Lipenkov, A.N. Salamatin, P. Duval // Journal of Glaciology. - 1997. - Т. 43, вып. 145 - С. 397-407.

111. Lorious, C.A. / 905-meter-deep core drilling at dome C (East Antarctica) and related surface programs / C. Lorious, D. Donnou // Antarctic journal of the US - 1978. - Т. 13. - № 4 - С. 50-51.

112. Lorious, C.A. / Campagne en Antarctique, Novembre 1977-Fevrier 1978 // C. Lorious, D. Donnou // Centre National de la Recherche Scientifique, 1978.

113. Mason, W.P. A new 122 mm electromechanical drill for deep ice-sheet coring (DISC): 2. Mechanical design / W.P. Mason, A.J. Shturmakov, J.A. Johnson S. Haman //Annals of glaciology. -2007. - T. 47. - C. 35-40.

114. Merkus, H.G. Particle Size Measurements Fundamentals, Practice, Quality / H.G. Merkus // Springer Science & Business Media. - 2003. - 548 c.

115. Morev, V.A. Equipment and technology for drilling in temperate glaciers / V.A. Morev, V.A. Pukhov, V.M. Yakovlev, V.S. Zagorodnov // Proceedings of the Second International Workshop/Symposium on Ice Drilling Technology, CRREL Special Report 84-34. - Hannover. C. 125-127.

116. Morgan, V. Technical aspects of deep ice drilling on Law Dome / V. Morgan, E. Wehrle, A. Fleming, M. Richardson, A. Elcheikh, R. Brand // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 1994. - T. 49. - C. 78-86.

117. Mortensen, N.B. A new 122 mm electromechanical drill for deep ice-sheet coring (DISC): 3. Control, electrical and electronics design / N.B. Mortensen, P.J. Sendelbach, A.J. Shturmakov // Annals of glaciology. - 2007. - T. 47. - C. 28-34.

118. Mortensen, N.B. Precision cable winch level wind for deep ice-coring systems / N.B. Mortensen, J.A. Johnson, A.J. Shturmakov // Annals of Glaciology. - 2014. - T. 55. - №. 68. - C. 99104.

119. Mortensen, NB. Replicate ice-coring system architecture: electrical/electronic/software design/ N.B. Mortensen, J.J. Goetz, C.J. Gibson, J.A. Johnson, A.J. Shturmakov // Annals of Glaciology. - 2014. - T. 55. - №. 68. - C. 156-164.

120. Motoyama, H. Shallow ice coring and borehole casing at Dome Fuji Station, East Antarctica / H. Motoyama, H. Enomoto, M. Miyahara, O. Watanabe // Antarctic Record. - 1995. - T. 39. - №. 2. - C. 189-197.

121. Motoyama, H. The second deep ice coring project at Dome Fuji. Antarctica // Scientific Drilling. - 2007. - T. 5. - C. 41-43.

122. Mulvaney, R. A medium-depth ice core drill / R. Mulvaney, S. Bremner, A. Tait, N. Audley // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 2002. - T. 56. - C. 82-90.

123. Mulvaney, R. The Berkner Island (Antarctica) ice-core drilling project / R. Mulvaney, O. Alemany, P. Possenti // Annals of Glaciology. - 2007. - T. 47. - C. 115-124.

124. Nagornov, O.V. Effect of a heated drilling bit and borehole liquid on thermoelastic stresses in an ice core / O.V. Nagornov, V.S. Zagorodnov, J.J. Kelley // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 1994. - T. 49. - C. 314-326.

125. Neff, P.D. A review of the brittle ice zone in polar ice cores / P.D. Neff // Annals of Glaciology. - 2014. - T. 55. - №. 68. - C. 72-82.

126. Patenaude, R.W. Deep core drilling in ice, Byrd Station, Antarctica / R.W. Patenaude, E.W. Marshall, A.J. Gow // USA SIPRE Technical Report 60. Wilmette, Illinois - 1959.

127. Popp, T.J. Deep ice core drilling performance and experience at NEEM, Greenland / T.J. Popp, S.B. Hansen, S.G. Sheldon, C. Panton // Annals of Glaciology. - 2014. - Т. 55. - №. 68. - С. 53-64.

128. Ragle, R.H. Deep core drilling in the Ross Ice Shelf, Little America V / R.H. Ragle, B.L. Hansen, A.J. Gow, R.W. Patenuade // USA SIPRE Technical Report 70. Wilmette, Illinois - 1960.

129. Ragle, R.H. Ice core studies of Ward Hunt Ice Shelf / R.H. Ragle, R.G. Blair, L.E. Persson // Journal of Glaciology. - 1964. - Т. 5. - № 37 - С. 39-59.

130. Rand, J.H. The USA CRREL shallow drill / J.H. Rand // Ice-core drilling. University of Nebraska Press, Lincoln, NB. - 1976. - С. 133-137.

131. Rick, U.K. Microstructure and permeability in the near-surface firn near a potential US deep-drilling site in West Antarctica / U.K. Rick, M R. Albert // Annals of Glaciology. - 2004. - Т. 39. - С. 62-66.

132. Rufli, H. Lightweight 50-meter core drill for firn and ice / H. Rufli, B. Stauffer, H. Oeschger // Proceedings of the symposium «Ice-core drilling». - Lincoln: University of Nebraska. -1976. - С. 139-153.

133. Sauermilch, I. Tectonic, oceanographic, and climatic controls on the Cretaceous Cenozoic sedimentary record of the Australian Antarctic Basin / I. Sauermilch, J.M. Whittaker, P.K. Bijl, J.M. Totterdell, W. Jokat // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. - 2019. - Т. 124, вып. 8. - С. 7699-7724.

134. Schwander, J. Progress of the RADIX (Rapid Access Drilling and Ice extraction) fastaccess drilling system / J. Schwander, T.F. Stocker, R. Walther, S, Marending. // The Cryosphere. -2023. - Т. 17. - №. 3. - С. 1151-1164.

135. Schwander, J. RADIX: A minimal-resources rapid-access drilling system / J. Schwander, S. Marending, T. Stocker, H. Fischer // Annals of Glaciology. - 2014. - Т. 55. - №. 68. - С. 34-38.

136. Schwarzacher W., Untersteiner N. Zum Problem der Bänderung des Gletschereises. -Springer, 1953.

137. Shiraiwa, T. Ice core drilling at Ushkovsky ice cap, Kamchatka, Russia / T. Shiraiwa, F. Nishio, T. Kameda, A. Takahashi, Y. Toyama, Ya. Muraviev, A. Ovsyannikov // Journal of the Japanese Society of Snow and Ice. - 1999. - Т. 61. - №. 1. - С. 25-40.

138. Shturmakov A.J. DISC drill and replicate coring system: a new era in deep ice drilling engineering / A.J. Shturmakov, D.A. Lebar, C.R. Bentley // Annals of Glaciology. - 2014. - Т. 55. -№. 68. - С. 189-198.

139. Stauffer, B. Untersuchungen an eisbohrkernen von Alpengletschern / B. Stauffer, U. Schotterer // Geographica Helvetica. - 1985. - T. 40. - №. 4. - C. 223-229.

140. Stone, W.C. Project VALKYRIE: Laser-Powered Cryobots and Other Methods for Penetrating Deep Ice on Ocean Worlds / W.C. Stone, B. Hogan, V. Siegel, J. Harman, C. Flesher, E. Clark, O. Pradhan, A. Gasiewski, S. Howe, T. Howe // Outer Solar System: chapter V. Badescu, K. Zacny. - Cham: Springer, 2018 - C. 47-165.

141. Suzuki, Y. Mechanical drill system for the 25th Japanese Antarctic Research Expedition / Y. Suzuki, K. Shimbori // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 1984. - T. 34. - C. 188-196.

142. Suzuki, Y. The drill system used by the 21st Japanese Antarctic Research Expedition and its later improvement / Y. Suzuki, K. Shiraishi // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 1982. - T. 24. - C. 259-273.

143. Talalay, P.G. Antarctic subglacial drilling rig: Part I. General concept and drilling shelter structure / P.G. Talalay, Y.Sun, X. Fan, N. Zhang, P. Cao, R. Wang, A. Markov, X. Li, Y. Yang, M. Sysoev, Y. Liu, Y. Liu, W. Wu, D. Gong // Annals of Glaciology. - 2021. - T. 62. - №. 84. - C. 1-11.

144. Talalay, P.G. Mechanical Ice Drilling Technology / P.G. Talalay. - Singapore: Springer, 2016 - 284 c.

145. Talalay, P.G. Removal of cuttings in deep ice electromechanical drills / Talalay P.G. // Cold Regions Science and Technology. - 2006. - T. 44. - №. 2. - C. 87-98.

146. Talalay, P.G. Thermal Ice Drilling Technology / P.G. Talalay. - Singapore: Springer, 2020 - 278 c.

147. Talalay, P.G. Perspectives for development of ice drilling technology: continuation of the discussion / P.G. Talalay, J. Hong // Annals of Glaciology. - 2021. - T. 62. - №. 84. - C. 143-156.

148. Tanaka, Y. Development of a JARE deep ice core drill system / Y. Tanaka, A. Takahashi, Y. Fujii, H. Narita, K. Shinbori, N. Azuma, O. Watanabe // Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue. - 1994. - T. 49. - C. 113-123.

149. Theodorsson, P. Thermal and mechanical drilling in temperate ice in Icelandic glaciers / P. Theodorsson // Ice-core drilling. University of Nebraska Press, Lincoln, NB. - 1976. - C. 179-189.

150. Thompson, L.G. Kilimanjaro ice core records: evidence of Holocene climate change in Tropical Africa / L.G. Thompson, E. Mosley-Thompson, M.E. Davis, K.A. Henderson, H.H. Brecher, V.S. Zagorodnov, T.A. Mashiotta, P. Lin, V.N. Mikhalenko, D R. Hardy, J. Beer // Science. - 2002. -T. 298. - №. 5593. - C. 589-593.

151. Tongiorgi, E. Deep drilling at base Roi Baudouin, Dronning Maud Land / E. Tongiorgi, E. Picciotto, W. De Breuck, T. Norling, J. Giot, F. Pantanetti // Journal of Glaciology. - 1962. - T. 4. -№. 31. - C. 101-110.

152. Turkeev, A.V. Drilling the new 5G-5 branch hole at Vostok Station for collecting a replicate core of old meteoric ice / A.V. Turkeev, N.I. Vasilev, V.Ya. Lipenkov, A.V. Bolshunov, A.A. Ekaykin, A.N. Dmitriev, D A. Vasilev // Annals of Glaciology. - 2021. - №62. C.305-310.

153. Ueda, H.T. Core drilling through the Antarctic Ice Sheet / H.T. Ueda, D.E. Garfield // USA CRREL Special Report 231. Hanover. - 1969.

154. Ueda, H.T. Drilling through the Greenland Ice Sheet / H.T. Ueda, D.E. Garfield // USA CRREL Special Report 126. Hanover. - 1968.

155. Ueda, H.T. Experiments on the cutting process in ice / H.T. Ueda, J. Kalafut // USA CRREL Special Report 89-5. Hanover. - 1989.

156. Ueda, H.T. Installation of deep core drilling equipment at Byrd Station (1966-67) / H.T. Ueda, B.L. Hansen // Antarct. JUS. - 1967. - T. 2. - №. 4. - C. 120-121.

157. Vasilev, N.I. Deep drilling at Vostok station, Antarctica: history and recent events / N.I. Vasilev, P.G. Talalay, N.E. Bobin, V.K. Chistyakov, V.M. Zubkov, A.V. Krasilev, S.V. Yankilevich, Lipenkov, V.Y. //Annals of Glaciology. - 2007. - T. 47. - C. 10-23.

158. Vogel, S.W. On the geometry of core-catcher holders for hot-water base ice coring of sediment-laden ice / S.W. Vogel // Journal of Glaciology. - 2009. - T. 55. - №. 189. - C. 188-190.

159. Whelsky, A.N. Firn permeability impacts on pressure loss associated with rapid air movement drilling / A.N. Whelsky, M.R. Albert // Cold Regions Science and Technology. - 2016. - T. 123. - C. 149-154.

160. Yi, S.L. The Fundamental Characteristics on Particle Size Distribution of Drilling Rock-Cuttings / S.L. Yi, Z.M. Wang, X.Z. Yi, W. Chang // Applied Mechanics and Materials. - 2013. - T. 275. - C. 2411-2414.

161. Zagorodnov, V.S. Intermediate-depth ice coring of high-altitude and polar glaciers with a lightweight drilling system / V.S. Zagorodnov, L.G. Thompson, P. Ginot, V.N. Mikhalenko // Journal of Glaciology. - 2005. - T. 51. - №. 174. - C. 491-501.

162. Zagorodnov. V.S. Portable system for intermediate-depth ice-core drilling / V.S. Zagorodnov, L.G. Thompson, E. Mosley-Thompson // Journal of Glaciology. - 2000. - T. 46. - №. 152. - C. 167-172.

163. Zhang, N. Antarctic subglacial drilling rig: Part IV. Electrical and electronic control system / N. Zhang, P.G. Talalay, J. Liu, X. Fan, Q. Kong, H. Yu, Y. Liu, B. Liu, D. Gong, X. Li, W. Wu, J. Hong, M. Sysoev // Annals of Glaciology. - 2021. - T. 62. - №. 84. - C. 34-45.

164. Zhang, Y. Geophysics in Antarctic Research: A Bibliometric Analysis / Y. Zhang, C. Zou, C. Peng, X. Lan, H. Zhang //Remote Sensing. - 2023. - T. 15. - №. 16. - C. 3928.

165. Zhang, Z. An experimental study on the particle size and shape distribution of coal drill cuttings by dynamic image analysis / Z. Zhang, X. Lan, G. Wen, Q. Long, X. Yang // Geofluids. -2021. - T. 2021. - C. 1-11.

166. Ziyang, S. Design and experimental study on the test bench for suspension velocity of municipal waste / S. Ziyang, S. Jinliang, X. Xinyi, // 2020 5th International Conference on Mechanical, Control and Computer Engineering (ICMCCE). - IEEE, 2020. - C. 858-861.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт внедрения результатов диссертации

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патенты на изобретение

ПРИЛОЖЕНИЕ В Результаты расчета методом конечных элементов

Распределение местных скоростей по сечению потока воздуха в конструктивных элементах бурового снаряда, при Q = 28,9 м3/ч

Рисунок В.1 - Профиль скоростей Рисунок В.З - Профиль скоростей в циклонном фильтре

в каналах коронки

Таблица В.1 - Результаты расчета

Коронка Внешние воздуховоды Циклонный фильтр

Скорости в точках, м/с 1 2 3 4 5 6

3.05 11,47 8,69 5,66 2,27 7,11

Потери давления, Па 123 322 71

Цветовая индикация скорости потока, м/с 0 1,79 3,58 5,37 7,16 8,94 10,37 12,52 14,31 16,10

Рисунок В.4 - Профиль скоростей Рисунок В.6 - Профиль скоростей в циклонном фильтре

в каналах коронки

Таблица В.2 - Результаты расчета

Коронка Внешние воздуховоды Циклонный фильтр

Скорости в точках, м/с 1 2 3 4 5 6

3,37 12,98 10,05 6,49 2,70 8,16

Потери давления, Па 159 413 91

Цветовая индикация скорости потока, м/с 0 2,04 4,08 6,13 8,17 10,21 12,25 14,30 16,33 18,38

Рисунок В.7 - Профиль скоростей Рисунок В.9 - Профиль скоростей в циклонном фильтре

в каналах коронки

Таблица В.З - Результаты расчета

Коронка Внешние воздуховоды Циклонный фильтр

Скорости в точках, м/с 1 2 3 4 5 6

3,73 14,75 11,36 7,31 3,16 9.21

Потери давления, Па 198 506 114

Цветовая индикация скорости потока, м/с 0 2,28 4,56 6,84 9,12 11,40 13,67 15,95 18,23 20,51

01 7

Рисунок В. 13 - Профиль скоростей Рисунок В. 15 - Профиль скоростей в циклонном фильтре

в каналах коронки

Таблица В.5 - Результаты расчета

Коронка Внешние воздуховоды Циклонный фильтр

Скорости в точках, м/с 1 2 3 4 5 6

4,39 18,19 13,61 8,98 4,11 11,36

Потери давления, Па 288 705 167

Цветовая индикация скорости потока, м/с 0 2,76 5,53 8,29 11,06 13,82 16,59 19,35 22,12 24,88

01 9

о

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Рисунок Г.1 - Алгоритм измерения скорости витания для класса крупности ледяного шлама

Рисунок Г.2 - Алгоритм измерения скорости транспортирования ледяного шлама

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Динамика изменения гранулометрического состава ледяного шлама скважин УК-22 и

УК-23 с увеличением глубины

Размер частиц (мм) Рисунок Д.1 - Гистограммы распределения

частиц ледяного шлама по классам крупности для скважин УК-22 и УК-23 на глубине бурения 5 м

Размер частиц (мм) Рисунок Д.2 - Гистограммы распределения частиц ледяного шлама по классам крупности для скважин УК-22 и УК-23 на глубине бурения

1о м

Размер частиц (мм)

Рисунок Д.3 - Гистограммы распределения частиц ледяного шлама по классам крупности для скважин УК-22 и УК-23 на глубине бурения 15 м

Размер частиц (мм) Рисунок Д.4 - Гистограммы распределения частиц ледяного шлама по классам крупности для скважин УК-22 и УК-23 на глубине бурения

2о м

Размер частиц (мм)

Рисунок Д.5 - Гистограммы распределения

частиц ледяного шлама по классам крупности для скважин VK-22 и VK-23 на глубине бурения 25 м

Размер частиц (мм) Рисунок Д.6 - Гистограммы распределения частиц ледяного шлама по классам крупности для скважин VK-22 и VK-23 на глубине бурения

30 м

Размер частиц (мм) Рисунок Д.7 - Гистограммы распределения

частиц ледяного шлама по классам крупности для скважины VK-23 на глубине бурения 35 м

Размер частиц (мм)

Рисунок Д.8 - Гистограммы распределения

частиц ледяного шлама по классам крупности для скважины VK-23 на глубине бурения 40 м