Перейти к основному содержанию
Размер шрифта:
Цветовая схема:
Дополнительно
Гарнитура шрифта:
Интервал между буквами:
  Войти на сайт Обычная версия
Вы здесь: ГлавнаяПресс-центр Новости и событияЭкологически чистая технология отбора проб поверхностных вод из подледникового антарктического озера Восток

Экологически чистая технология отбора проб поверхностных вод из подледникового антарктического озера Восток

11 января 2011 г

В конце января 1998г. бурение в глубокой ледяной скважине 5-Г1 было остановлено на глубине 3623 м. Это было связано с обеспокоенностью международного научного антарктического сообщества о возможности случайного проникновении керосиново-фреонной смеси заливочной жидкости, которой был заполнен ствол скважины, в реликтовые воды озера. На этот момент времени толщина слоя льда, разделявшего забой скважины от водной поверхности озера, составляла 130±20м. Несмотря на то, что исследователи получили в свое распоряжение уже 85 м (начиная с отметки 3538м) ледяного керна, образованного из замершей воды озера для изучения химического и микробиологического состава озерных поверхностных вод, главной целью изучения подледникового озера Восток оставалось проникновение в водный слой озера и отбор проб воды из него. Скважина 5Г-1 продолжала оставаться самым коротким, а поэтому быстрым и экономически выгодным путем для достижения водного тела озера. При этом особое внимание следовало уделять сохранению уникальных водных масс от загрязнения любыми инородными веществами и материалами. С этой целью российское Министерство науки и технологии летом 1998г. объявило открытый конкурс на разработку экологически чистой технологии отбора поверхностных проб воды из подледникового озера Восток через глубокую ледяную скважину 5Г. Победителем конкурса стал объединенный коллектив специалистов Санкт-Петербургского Горного института (СПб ГИ) и Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ, Росгидромет) под руководством заведующего кафедрой бурения скважин СПб ГИ, профессора Б.Б. Кудряшова.

Суть разработанной в 1999–200 гг. технологии заключалась в следующем. Тело ледника, расположенного над водной толщей озера Восток, находится в плавучем состоянии подобно шельфовому леднику. Создании эффекта недокомпенсации давления заливочной жидкости в стволе скважины за счет понижения ее уровня до 50–80 м от поверхности приведет к подъему воды из озера после проникновения в нее из скважины, на величину недокомпенсации уровня заливочной жидкости. . Напомним, что плотность керосиново-фрионовой заливочной жидкости равняется плотности льда и составляет 0.91г/см³ . Плотность воды, как известно, равняется 1.00г/см³, т. е. вода, в любом случае, как более плотная жидкость будет находиться исключительно под слоем заливочной жидкости. Керосин, который составляет наибольший объем заливочной жидкости, является гидрофобной жидкостью и ни при каких внешних условиях не смешивается с водой. После контакта бурового снаряда с водной поверхностью озера вода, находящаяся под давлением около 375атм, будет быстро подниматься по стволу скважины на величину недокомпенсации давления заливочной жидкости и тем самым поднимет более легкую заливочную жидкость вверх по стволу скважины на выше названную величину. Никакого гидроудара, который можно было бы ожидать в случае «сухой» (незаполненной заливочной жидкостью) скважины не произойдет. Тоже можно сказать о перемешивании поверхностных вод с заливочной жидкостью скважины — подъем воды в любом случае сохранит границу раздела жидкостей разной плотности. Некоторое механическое перемешивание тонкой границы раздела этих жидкостей может создаться под влиянием быстрого подъема бурового снаряда из скважины после его контакта с водой. Для уменьшения этого влияния предлагалось применять для проникновения не электромеханичекий, а тепловой буровой снаряд, который осуществляет не сверление льда по внешнему диаметру ледяного керна, а его плавление за счет специальных нагревательных элементов. Кроме того, предлагалось введение в призабойный участок скважины на глубине около 3720м — 3730м специальной нейтральной кремнеорганической жидкости (техническое силиконовое масло) ,которое послужит дополнительным буфером на границе «заливочная жидкость — вода». Поднявшийся по стволу скважины столб поверхностных вод озера, предлагалось оставить на 11–12 месяцев в невозмущенном состоянии до полного замерзания, после чего отбирать ледяной керн из «свежезамороженной» воды озера электромеханичесиким снарядом для последующих анализов на содержание ионного и газового состава и микробного разнообразия. При этом станет точно известно величина толщины ледника, что даст возможность сохранить нетронутой минимально допустимую призабойную ледяную пробку и, соотвественно поднять уровень заливочной жидкости.

В марте 2001года разработанная технология получила положительное заключение Государственной экологической экспертизы Российской Федерации, а в июле того же года была официально представлена российской делегацией на XXIV Консультативном совещании по Договору об Антарктике (КСДА) в г. Санкт-Петербурге. В сентябре 2002г. делегация России на XXV КСДА в г. Варшаве представила проект Всесторонней оценки воздействия на окружающую среду (ВООС) на разработанную технологию проникновения в подледниковое озеро Восток через ледяную скважину 5Г с целью отбора проб из поверхностного слоя озерных вод. По результатом этого представления была организована международная Межсессионная контактная группа (МКГ) экспертов, которые подвергли выше названный российский ВООС подробному дополнительному анализу и в установленные сроки прислали свои замечания и предложения на этот документ российской стороне. Изучив замечания МКГ, Россия в строго обозначенные Протоколом по охране окружающей среды к Договору об Антарктике сроки, представила в июне 2003г. на XXVI КСДА в г. Мадриде Пересмотренную ВООС на отбор проб воды из озера Восток. Замечания международного антарктического сообщества на этот документ были приведены в Заключительном отчете XXVI КСДА 2003г, г. Мадрид, Испания.

Для ответа на часть этих замечаний требовалось восстановить буровые операции в скважине 5Г. В связи с этим в 2004г. РАЭ подготовило первоначальную ОВОС на бурение дополнительных 50м льда в выше названной скважине, а на следующий год глубина этого бурения была увеличена еще на 25м, т. е. буровые операции в скважине до проникновения в водный слой озера могли осуществляться до горизонта 3700 м. Эти работы были начаты на станции Восток в период антарктического лета (декабрь–январь) в ежегодном цикле с сезона 2004–05 гг. В январе и октябре 2007г на забое скважины, находящихся глубинах 3660 м и 3668 м, соответственно, произошло два обрыва бурового снаряда от грузонесущего электрокабеля буровой лебедки. Причины этих аварий были обусловлены заклиниванием бурового снаряда из-за эффекта «горного давления», связанного с потерей контроля за глубиной уровня заливочной жидкости в скважине. Если в первом случае после специальных технологических мероприятий удалось извлечь оторвавшийся снаряд из скважины, то во втором — все попытки оказались безрезультатны. В связи с этим в конце января 2009г. было принято решение начать обход аварийного участка скважины с применением технологии наклонного бурения, разработанной в СПб ГИ. Эта операция стала выполняться с глубины 3590м, что давало возможность осуществить проходку новой скважины на удалении около 1,5 м по горизонтали от оторвавшегося бурового снаряда.

В конце сезона 2009–10 гг. глубина скважины 5Г-2, как теперь стал именоваться новый участок ствола скважины 5Г, достигла отметки 3650м. После завершения продолжительной и кропотливой серии подготовительных технологических мероприятий в глубокой ледяной скважине и доставленным на станцию Восток новым буровым оборудованием, керновое бурение в скважине 5Г-2 началось 2 января 2011г. Работы по данному проекту осуществляются в круглосуточном режиме тремя группами специалистов, работающих по 8 часов в смену. Временные затраты на один рейс бурового снаряда составляют около семи часов:

  • около 2-х часов на спуск снаряда к забою скважины;
  • 2 ч.30 мин. бурение ледяного керна длиною 1.10–1.25 м; 
  • около 2- часов подъем бурового снаряда на поверхность скважины;
  • 30–40 мин. на извлечение керна из снаряда и техническое обслуживание последнего.

Следует учесть, что подъем и спуск бурового снаряда выполняется с хорошей скоростью — 0.5 м/с. Применение более высоких скоростей резко повышает риск потери буровых инструментов в очень узкой (диаметр 137мм) и не всегда строго вертикальной скважине. За трое полных суток с момента начала буровых операций на утро 5 января 2011г. глубина скважины увеличилась на 10.5м и составила 3660.5 м Таким образом среднесуточная величина ледяного керна равняется 3.5м /сут. Это значение несколько меньше планируемого авторами проекта, которые предполагали получать в сутки 4.0 м ледяного керна. Однако, короткий срок кернового бурения в сезоне 2010–11 гг. не позволяет делать статистически обоснованные выводы. Буровые работы на станции Восток продолжаются без перерыва.

К началу страницы