Буровые инструменты, оснащенные комбинированным вооружением, для сооружения гидрогеологических и геотехнологических скважин

Проанализированы недостатки пикообразных лопастных долот, применяемых для сооружения технологических скважин при добыче урана. Выявлены причины снижения стойкости и производительности, в том числе периодически возникающая проблема «зависания» долота в процессе бурения. Основываясь на результатах теоретических исследований, разработаны два экспериментальных пикообразных инструмента, устраняющих недостатки применяемых на практике пикобуров. Отличительная особенность предложенных вариантов – устранение вооружения у околоосевой области вращения инструментов и формирование опережающей пилот-скважин малого диаметра с последующим расширением лопастями до номинального размера. Первый экспериментальный лопастной пикобур оснащен твердосплавными резцами и применяется при бурении мягких пород, второй имеет комбинированное вооружение (твердосплавные резцы и алмазно-твердосплавные резцы PDC) и применяется для бурения горных пород переменной твердости. Для практического использования разработанных и запатентованных пикобразных лопастных долот и их внедрения в производство требуется проведение широких производственных испытаний на урановых месторождениях с различными горногеологическими характеристиками. Проведены первичные испытания семи экспериментальных инструментов, показавших многообещающие результаты.

Ключевые слова: скважина, долото, пикобур, комбинированные вооружения, опережающие кольцевой пилот, зависания, повышение стойкости.
Как процитировать:

Ратов Б. Т., Федоров Б. В., Куттыбаев А. Е., Сарбопеева М. Д., Бораш Б. Р. Буровые инструменты, оснащенные комбинированным вооружением, для сооружения гидрогеологических и геотехнологических скважин // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 9. – С. 42–59. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_9_0_42.

Благодарности:

Данное исследование финансируется Комитетом науки Министерства образования и науки Республики Казахстан (грант № AP08857201).

Номер: 9
Год: 2022
Номера страниц: 42-59
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.45
DOI: 10.25018/0236_1493_2022_9_0_42
Дата поступления: 07.04.2022
Дата получения рецензии: 28.06.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.08.2022
Информация об авторах:

Ратов Боранбай Товбасарович1 — д-р техн. наук, профессор, e-mail: ratov69@mail.ru, e-mail: b.ratov@satbayev.university, Caspian University, Алматы, Республика Казахстан, ORCID ID: 0000-0003-4707-3322,
Федоров Борис Владимирович1 — д-р техн. наук, профессор-исследователь, e-mail: fedorovbv22@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-1196-5268,
Куттыбаев Айдар Ермеккалиевич1 — канд. техн. наук, ассоц. профессор, e-mail: aidarasp@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-3997-8324,
Сарбопеева Маншук Дагистановна2 — канд. техн. наук, ассоц. профессор, e-mail: manshyk84@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-1721-119Х,
Бораш Бөкенбай Раббимұлы2 — докторант PhD, e-mail: bokenbay83@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-9898-392X,
1 Satbayev University, 050013, Алматы, Республика Казахстан,
2 Yessenov University, 130000, Актау, Республика Казахстан.

 

Контактное лицо:

Ратов Б.Т., e-mail: b.ratov@satbayev.university.

Список литературы:

1. Федоров Б. В., Ратов Б. Т. Особенности технологии бурения лопастными долотами. — Алматы: изд. КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2020. — 125 с.

2. Балаба В. И., Бикбулатов И. К., Вышегородцева Г. Н., Гинзбург Э. С., Кершенбаум В. Я. Буровой породоразрушающий инструмент. — М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2013. — 345 с.

3. Калинин А. Г., Оганов А. С., Сазонов А. А., Бастриков С. Н. Строительство нефтегазовых скважин. Т. 1. — М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2013. — 427 с.

4. Ратов Б. Т., Билецкий М. Т., Байбоз А. Р. Патент № 33077 РК. Буровое долото типа пикобурб опубл. 10.09.2018, Бюл. № 34.

5. Biletskiy M. T., Ratov B. T., Kozhevnykov A. А., Baiboz A. R., Delikesheva D. N. Updating the theoretic model of rock destruction in the course of drilling // News of the national academy of sciences of the republic of Kazakhstan. Series of geology and technical sciences. 2018, vol. 2, no. 428, pp. 63 — 71.

6. Ратов Б. Т., Федоров Б. В., Коргасбеков Д. Р., Токанов Д. Е., Сулейманов К. Б. Патент № 34527 РК. Буровой инструмент, опубл. 27.11.2020, Бюл. № 47.

7. Fedorov B., Ratov B., Sharauova A. Development of the model of petroleum well boreability with PDC bore bits for Uzen oil field (the Republic of Kazakhstan) // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017, vol. 87, no. 3/1, pp. 16—22. DOI: 10.15587/17294061.2017.99032.

8. Sudakov A., Dreus A., Ratov B., Sudakova О., Khomenko O., Dziuba S., Sudakova D., Muratova S., Ayazbay M. Substantiation of thermomechanical technology parameters of absorbing levels isolation of the boreholes // News of the national academy of sciences of the republic of Kazakhstan series of geology and technical sciences. 2020, vol. 2, no. 440, pp. 63—71. DOI: 10.32014/2020.2518-170X.32.

9. Buravleva A. A., Fedorets A. N., Vornovskikh A. A., Ognev A. V., Nepomnyushchaya V. A., Sakhnevich V. N., Lembikov A. O., Kornakova Z. E., Kapustina O. V., Tarabanova A. E., Reva V. P., Buravlev I. Y. Spark plasma sintering of WC-Based 10wt% Co hard alloy // Materials. 2022, vol. 15, no. 3, pp. 10—91. DOI: 10.3390/ma15031091.

10. Ratov B. T., Fedorov B. V., Khomenko V. L., Baiboz A. R., Korgasbekov D. R. Some features of drilling technology with PDC bits // Naukovy Visnik National Hirnohoho University. 2020, vol. 3. pp. 13—18. DOI: 10.33271/nvngu/20203/013.

11. Ivasiv V., Yurych A., Zabolotnyi S., Yurych L., Bui V., Ivasiv O. Determining the influence of the condition of rockdestroying tools on the rock cutting force // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2020, vol. 1, no. 1(103), pp. 15—20.

12. Chudyk I., Raiter P., Grydzhuk Ya., Yurych L. Mathematical model of oscillations of a drill tool with a drill bit of cutting-scraping type // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020, no. 1, pp. 52—58.

13. Xiao Huaping, Liu Shuhai, Tan Kaiwen Experimental investigation of force response, efficiency, and wear behaviors of polycrystalline diamond rock cutters // Applied Sciences. 2019, vol. 9, no. 15, pp. 133—144. DOI: 10.3390/app9153059.

14. Liu J., Zheng H., Kuang Y., Xie H., Qin C. 3D numerical simulation of rock cutting of an innovative non-planar face pdc cutter and experimental verification // Applied Sciences. 2019, vol. 9, no. 20, pp. 121—137. DOI: 10.3390/app9204372.

15. Третьяк А. А., Кузнецова А. В., Борисов К. А. Определение поломок резцов PDC с помощью регрессионного и нейросетевого моделирования // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2019. — Т. 330. — № 5. — С. 169—177.

16. Третьяк А. А., Литкевич Ю. Ф., Борисов К. А. Влияние крутильных и продольных колебаний на скорость бурения и образование поломок режущих элементов буровых долот, армированных PDC // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2019. — Т. 330. — № 12. — С. 135—141.

17. Третьяк А. Я., Нырков Е. А., Сидорова Е. В., Борисов К. А. Результаты применения новых конструкций буровых долот, армированных резцами гребнеобразной формы PDC // Устойчивое развитие горных территорий. — 2019. — Т. 11. — № 4(42). — С. 519—257.

18. Третьяк А. А., Литкевич Ю. Ф., Борисов К. А. Лабораторные исследования поломок режущих элементов буровых долот, армированных алмазно-твердосплавными пластинами // Деловой журнал Neftegaz.ru. — 2018. — № 7. — С. 50—54.

19. Хузина Л. Б., Шайхутдинова А. Ф. Технологическое решение для повышения эффективности работ долот PDC // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. — 2016. — № 4. — С. 84—87.

20. Хузина Л. Б., Шайхутдинова А. Ф., Хузин Б. А. Анализ и предложение по эффективному применению долот PDC на месторождениях ПАО «Татнефть» // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — 2017. — № 11. — С. 15—19.

21. Нескоромных В. В., Попова М. С., Головченко А. Е. Применение материала нового поколения в качестве элементов современного породоразрушающего инструмента // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — 2019. — № 10. — С. 15—20.

22. Нескоромных В. В., Попова М. С., Парахонько Е. В. Разработка породоразрушающего инструмента с резцами PDC // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — Т. 331. — № 2. — С. 131—138.

23. Зайцев В. И., Карпиков А. В., Осипов В. Г. Применение долот pdс на месторождениях Восточной и Западной Сибири // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиск и разведка рудных месторождений. — 2016. — № 4(57). — С. 62—69.

24. Арсеньев Ю. А., Соловьев Н. В., Назаров А. П. Обоснование основных параметров механизма разрушения горных пород и конструктивных элементов лопастных долот // Инженер-нефтяник. — 2019. — № 2. — С. 13—20.

25. Dong G., Chen P. 3D numerical simulation and experiment validation of dynamic damage characteristics of anisotropic shale for percussive-rotary drilling with a full-scale PDC bit // Energies. 2018, vol. 11, no. 6, pp. 1326—1339.

26. Grydzhuk Ja., Chudyk I., Velychkovych A., Andrusyak А. Аnalytical evaluation of inercial properties of the range of the drill string in its rotation // EasternEuropean Journal of Enterprise Technologies. 2019, no. 1/7(97), pp. 6—14.

27. Menezes P. L. Influence of rock mechanical properties and rake angle on the formation of rock fragments during cutting operation // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017, no. 90, pp. 127—139.

28. Rasulov S. R., Hasanov G. T., Zeynalov A. N. Acoustic testing of rheological properties of oil in borehole // News of the National academy of sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of geology and technical sciences. 2020, vol. 2, no. 440, pp. 141 —147. DOI: 10.32014/ 2020.2518-170X.41.

29. Ишейский В. А., Васильев А. С. Ключевые особенности и проблемы при обработке, анализе и интерпретации данных по процессу бурения взрывных скважин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 3. — С. 16—33. DOI: 10.25018/0236-1493-2022-3-0-16.

30. Сысоев Н. И., Гринько А. А., Гринько Д. А. Обоснование структуры и рациональных конструктивных параметров перфоратора с винтовым рабочим ходом бурового инструмента // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 7. — С. 113—124. DOI: 10.25018/02361493202170113.

31. Karasawa H., Ohno T., Miyazaki K., Eko A. Experimental results on the effect of bit wear on torque response // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2016, vol. 84, pp. 1—9.

32. Mechnik V. A., Bondarenko N. A., Kolodnitskyi V. M., Dub S. N., Zakiev V. I., Zakiev I. M., Ignatovich S. R., Kuzin N. O. Effect of vacuum hot pressing temperature on the mechanical and tribological properties of the Fe—Cu—Ni—Sn—VN composites // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2020, vol. 58, no. 11-12, pp. 679—691.

33. Novitskyi I. V., Sliesarev V. V., Maliienko A. V. Method of identification of nonlinear dynamic control objects of preparatory processes before ore dressing // Naukovy Visnik National Hirnohoho University. 2020, vol. 2. pp. 42—46. DOI: 10.33271/nvngu/2020-2/042.

34. Алиев Ад. А., Аббасов О. Р., Агаев А. М., Худузаде А. И., Гасанов Э. Г. Минералогия, геохимия и особенности палеовыветривания горючих сланцев палеоген-миоценовых отложений Aзербайджана // SOCAR Proceedings. — 2022. — № 1. — С. 24—36. DOI: 10.5510/OGP20220100625.

35. Велиев Э. Ф., Алиев А. А. Сравнительный анализ применения геополимера и портландцемента в качестве тампонажного материала в условиях не полного вытеснения бурового раствора из кольцевого пространства // SOCAR Proceedings. — 2022. — № 1. — С. 108—115. DOI: 10.5510/OGP20220100637.

36. Лещинский А. В., Шевкун Е. Б., Лысак Ю. А. Управление дроблением железных руд взрывом — путь повышения эффективности обогатительного передела // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 4. — С. 41—52. DOI: 10.25018/02361493-2019-04-0-41-52.

37. Машковцев Г. А., Леденева Н. В. Роль глубинных факторов в формировании гидротермальных урановых месторождений // Разведка и охрана недр. — 2021. — № 6. — С. 3—14.

38. Печенкин И. Г. Создание отечественной минерально-сырьевой базы урана // Ноосфера. — 2021. — № 1. — С. 15—24.

39. Ратов Б. Т., Федоров Б. В., Омирзакова Э. Ж., Коргасбеков Д. Р. Разработка и совершенствование конструктивных параметров долот с резцами PDC // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 11. — С. 73—80. DOI: 10.25018/02361493-2019-11-0-73-80.

40. Ершов М. С., Балицкий В. П., Мелик-Шахназарова И. А. Исследование работы привода постоянного тока ротора буровой установки в режиме неустойчивого вращения долота // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 11. — С. 166— 179. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-11-0-166-179.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.