БУРЕНИЕ РАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН НА ЛУНЕ/Lunar drilling rig.

Бурение скважин на луне, для изучение состава горных пород лунной поверхности. Проект Geofpro moon. Обустройство Лунной базы.

Для изучения состава горных пород Лунной коры, на первоначальной стадии, возможно применение различных методов:

1. геофизические исследования,
2.  бурение разведочных скважин с отбором керна, с последующими геофизическими исследованиями уже непосредственно в скважине,
3. разработка горных выработок (шурфы, канавы).

Бурение скважин, один из  важнейших этапов в процессе освоения Лунной поверхности.
Во время бурения скважины происходит отбор образцов Лунного грунта – керна, и анализ выбуренной горной породы – шлама. Отбор керна позволит дать точное описание состава горных пород поверхности луны. По результатам бурения возможно произвести оценку физико-механических свойств Лунного грунта.
В настоящее время, бурение скважин на Луне было выполнено в ходе Лунных программ США и СССР. На данный момент, длина самой глубокой скважины составляет 2 метра. Изучение свойств поверхности Луны проводилось и различными геофизическими (сейсмическими) методами. Предполагается, что на глубине до 20 м залегает Лунный реголит, ниже толща базальта, крепкой монолитной горной породы.
В проекте Geofpro moon, представлены три серии буровых установок различного применения, лёгкая, средняя, и тяжёлая.
Лёгкая серия, с глубиной бурения до 16 метров. Буровая установка смонтирована непосредственно на посадочном модуле. Возвращаемый модуль (спасательная камера) служит для доставки образцов горной породы на землю. Буровая установка работает полностью в автоматическом режиме.
Средняя серия состоит из самоходной буровой установки, с глубиной бурения до 30 метров. Проектом предусмотрено бурение сетки разведочных скважин. Для извлечения сменного барабана с образцами горной породы используется дополнительный луноход.  На отдельном транспортном средстве расположена установка для проведения геофизических исследований в уже пробуренных скважинах.
Третья часть проекта Geofpro moon предусматривает доставку на Луну более тяжёлой стационарной буровой установки с глубиной бурения до 100 м. Буровая установка оборудована всеми необходимыми узлами и механизмами для бурения скважины в автоматическом режиме.
Особое внимание уделено проектированию принципиальной схемы автоматической буровой установки, её основных узлов и механизмов.
Подача инструмента и передача осевой нагрузки на забой скважины осуществляется при помощи подвижного вращателя, смонтированного на мачте буровой установки. Наращивание бурильных труб, замена алмазных коронок, подача обсадных труб  происходит при помощи специального автоматического подающего устройства.
Для предотвращения обрушения стенок скважины, верхние неустойчивые участки горных пород, представленных реголитом, планируется изолировать обсадной колонной. Отбор керна производиться двойной колонковой трубой со сменным керноприёмником.
Буровая установка оснащена блоком АСУ ТП (автоматическая система управления технологическим процессом). Проектом предусматривается разработка компьютерных программ для управления буровой установкой и технологическим процессом.
Этапы проекта Geofpro moon:

1. сбор информации и анализ строения Лунной поверхности,
2. разработка технологии бурения скважины и принципиальной схемы буровой установки,
3. разработка конструкторской документации и программного обеспечения,
4. производство тестовой версии буровой установки,
5. испытание буровой установки в различных режимах, внесение необходимых корректировок,
6. строительство рабочего прототипа буровой установки,7
7. бурение скважины на Луне, управление буровой установкой, контроль за технологическими параметрами, сбор и анализ полученной информации

Drilling wells on the moon, to study the composition of rocks of the lunar surface. Project Geofpro moon.

To study the composit ion of the lunar crust rocks at the initial stage, it is possible to use various methods:
1) geophysical surveys
2) drilling of exploration wells with coring, with subsequent geophysical studies directly in the well,
3) development of mine workings (pits, ditches).

Drilling wells, one of the most important stages in the process of developing the lunar surface.
 While drilling a well, samples of lunar soil - core are sampled, and analysis of the drilled rock - sludge. Core sampling will provide an accurate description of the rock composition of the moon's surface. Based on the results of drilling, it is possible to evaluate the physicomechanical properties of the lunar soil.
At present, wells were drilled on the moon during the lunar programs of the USA and the USSR. At the moment, the length of the deepest well is 2 meters. The study of the properties of the surface of the moon was carried out by various geophysical (seismic) methods. It is assumed that at a depth of 20 m lunar regolith occurs, below the basalt stratum, a strong monolithic rock.
In the project Geofpro moon, there are three series of drilling rigs for various applications, light, medium and heavy.
Light series, with a depth of drilling up to 16 meters. The drilling rig is mounted directly on the landing module. The return module (rescue chamber) is used to deliver rock samples to the ground. The rig is fully automated.
The middle series consists of a self-propelled drilling rig, with a depth of drilling up to 30 meters. The project envisages drilling of a grid of exploration wells. To extract a replacement drum with rock samples, an additional moon rover is used. On a separate vehicle is an installation for conducting geophysical surveys in already drilled wells.
The third part of the Geofpro moon project provides for the delivery of a heavier stationary drilling rig to the Moon with a drilling depth of up to 100 m. The rig is equipped with all the necessary components and mechanisms for drilling a well in automatic mode.
Particular attention is paid to the design concept of an automatic drilling rig, its main components and mechanisms.
The tool is fed and the axial load is transferred to the bottom of the well by means of a rolling rotator mounted on the mast of the drilling rig. The buildup of drill pipes, the replacement of diamond crowns, the supply of casing pipes takes place with the help of a special automatic feeder.
To prevent the collapse of the borehole walls, the upper unstable areas of rocks represented by the regolith are planned to be isolated by casing. Core sampling is performed by a double core tube with a removable core receiver.
The drilling rig is equipped with an automated process control system (automatic process control system) unit. The project provides for the development of computer programs for controlling the drilling rig and the technological process.
Stages of the Geofpro moon project:
1) collection of information and analysis of the structure of the lunar surface,
2) development of drilling technology and concept of a drilling rig,
3) development of design documentation and software,
4) production of a test version of the drilling rig,
5) test the rig in different modes, making the necessary adjustments,
6) construction of a working prototype of a drilling rig;
7) drilling a well on the moon, controlling a drilling rig, monitoring technological parameters, collecting and analyzing the information received.

Проектом предусматривается разработка технологии бурения сети геологоразведочных скважин на поверхности Луны.

Предполагаемая глубина скважин 30 м.

Бурение скважины ведётся со 100 % отбором керна (фактически 85 – 98 %). Высокая сохранность керна обеспечивается за счет незначительной длины рейса (величины проходки за один цикл, не более 50 см), и применением двойной колонковой трубы, со специальным керноприёмным устройством.  Разрушение горной породы предусматривается производить алмазной импрегнированной коронкой с увеличенной длиной рабочей части.  Охлаждение алмазной коронки происходит за счёт естественной отдачи тепла бурового инструмента массиву горной породы, так же нагреву до критических температур препятствует не значительная длина рейса, соответственно не значительное время работы алмазной коронки на забое скважины. Геологическим заданием намечено вскрытие и опробование базальтового слоя.

Для предотвращения обрушения стенок скважины, верхние неустойчивые участки горных пород, представленных реголитом, планируется изолировать обсадной колонной.  По завершению бурения, в стволе скважины возможно проведение геофизических работ.
Особое внимание уделено проектированию принципиальной схемы автоматической буровой установки, её основных узлов и механизмов. Буровая установка полностью механическая с электрическим приводом (без гидравлики), что гарантирует её работоспособность в широком диапазоне температур.
Подача инструмента и передача осевой нагрузки на забой скважины осуществляется при помощи подвижного вращателя, смонтированного на мачте буровой установки. Наращивание бурильных труб, замена алмазных коронок, подача обсадных труб  происходит при помощи специального автоматического подающего устройства. Важную роль в процессе сооружения скважины играет автоматический элеватор, осуществляющий захват бурильных труб и бурового инструмента.  Свинчивание и развинчивание колонны бурильных и обсадных труб происходит при помощи специального «рабочего стола», который  обеспечивает захват и удержание колонн в автоматическом режиме.

Для фиксации буровой установки на лунном грунте, буровая установка оснащена анкерным устройством. Основная его функция заключается в предотвращении горизонтальных перемещений буровой установки вследствие передачи крутящего момента от агрегатов установки на буровой инструмент. Приём и упаковка керна в извлекаемое сменное устройство производиться при помощи автоматического керноприёмного агрегата. Узлы и механизмы буровой установкой оснащены бесконтактными электродвигателями, обеспечивающих выполнение основных функций этих устройств, при сооружении скважины. Источником энергии буровой установки служит Радио Изотопный Термо Электрический Генератор РИТЭГ. Буровая установка дополнительно оснащена устройством контроля температуры в основных рабочих узлах и агрегатах. Буровая установка смонтирована на транспортной базе, позволяющей свободно перемещаться по лунной поверхности. В состав буровой установки входит блок АСУ ТП (автоматической системы управления технологическим процессом) и средства связи.