Повышение эффективности бурового долота путем снижения забойной температуры при бурении скважин с продувкой воздухом

Вынос буровой мелочи происходит при условии превышения подъемной силы восходящей струи над массой частиц породы. При этом немаловажным показателем является и размер частиц. При превышении размеров буровой мелочи над величиной зазора пробуренная порода не может подниматься вверх и требуется дополнительное дробление. Однако при значительном зазоре снижается скорость сжатого воздуха, следовательно, частицы не выносятся. По этой причине при продувке забоя скважины основными параметрами режима бурения являются расход и давление воздуха, от которых существенным образом зависят технико-экономические показатели бурения. При использовании очистных агентов низкой теплоемкости и теплопроводимости (сжатый воздух, аэрированная жидкость) увеличивается влияние температурного фактора, по этой причине на сегодняшний день проблеме прогнозирования и нормирования температурного фактора посвящаются многие научные исследования. Исследовано влияние температурного режима на забое скважины при бурении скважин с пневмоочисткой, приведен краткий анализ научных трудов в данном направлении. Описана математическая модель нагрева зуба трехшарошечного долота на забое скважины при бурении с продувкой сжатым воздухом, доказывающая целесообразность охлаждения сжатого воздуха до отрицательных температур для нормализации температурного фактора. Представлены результаты экспериментальных исследований разработанного устройства двухстадийного охлаждения очистного воздуха, позволяющего увеличить эффективность очистки забоя скважины. Разработаны рекомендации по выбору рациональные параметров режима.

Джураев Р. У., Меркулов М. В., Хатамова Д. Н., Нормаев К. Х. Повышение эффективности бурового долота путем снижения забойной температуры при бурении скважин с продувкой воздухом // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 6. – С. 125–138. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_6_0_125.

Джураев Рустам Умарханович¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: r.u.djuraev@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-2712-3003,
Меркулов Михаил Васильевич — д-р техн. наук, профессор, Российский государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе (МГРИ), e-mail: mvm.07@mail.ru,
Хатамова Дилшода Нармуратовна¹ — д-р техн. наук, доцент, e-mail: dilyon_hat@bk.ru, ORCID ID: 0009-0002-8336-9884,
Нормаев Кобилбек Хусанович¹ — PhD, доцент,
¹ Навоийский государственный горно-технологический университет, Навои, 210100, Узбекистан.

Хатамова Д.Н., e-mail: dilyon_hat@bk.ru.

1. Закиров Н. Н. Влияние технологических параметров процесса бурения на износ узлов долота // Известия вузов. Нефть и газ. — 2004. — № 9. — С. 69—74.

2. Виноградов Ю. И., Хохлов С. В., Зигангиров Р. Р., Мифтахов А. А., Суворов Ю. И. Оптимизация удельных энергозатрат на дробление горных пород взрывом на месторождениях со сложным геологическим строением // Записки Горного института. — 2024. — Т. 266. — C. 231—245.

3. Долгий И. Е. Сопротивление горных пород разрушению при бурении скважин // Записки Горного института. — 2016. — № 5. — С. 655—660.

4. Двойников М. В., Куншин А. А. Повышение эффективности бурения наклонных и горизонтальных скважин // Нефтегаз. — 2020. — № 4. — С. 98—103.

5. Шигин А. О. Методология проектирования адаптивных вращательно-подающих органов буровых станков и технологий их применения в сложноструктурных породных массивах: Автореферат дис. докт. техн. наук. — Красноярск: ИНИТУ, 2015. — 22 с.

6. Mostafa M. A., Luiz A. H., Joachim F. O. Temperature modeling for wellbore circulation and shut-in with application in vertical geothermal wells // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021, vol. 204, article 108660.

7. Буткин В. Д., Минеев А. В., Вершинский С. Н. Новые методы очистки скважин при проведении буровых работ // Территория Нефтегаз. — 2007. — № 5. — С. 76—79.

8. Страупник И. А., Чистяков В. К. Расчет и оценка эффективности теплообменных скважин / Проблемы научно-технического прогресса в бурении скважин. Сборник докладов. — Томск: ТПУ, 2009. — С. 84—89.

9. Ramsey M. S. Practical wellbore hydraulics and hole cleaning: unlock faster, more efficient, and trouble-free drilling operations (gulf drilling guides). Gulf Professional Publishing, 2019, 340 р.

10. Горшков Л. К., Гореликов В. Г. Температурные режимы алмазного бурения. — М.: Недра, 1992. — 173 с.

11. Stefan Z. M., Robert F. M. Drilling mechanics: Advanced applications and technology. McGraw Hill, 2022, 688 p.

12. Djuraev R. U., Khatamova D. N. Forecasting and regulating the temperature regime while drilling wells with stall air cleaning // International Journal of Geology, Earth & Environmental Sciences. 2019, vol. 9, no. 3, pp. 57—61.

13. Нескоромных В. В., Попова М. С., Баочанг Л. Разрушение горных пород при бурении скважин алмазным буровым инструментом: Монография. — Красноярск: СФУ, 2020. — 268 с.

14. Семенова А. Н. Теоретическое изучение теплопереноса в скважине и горном массиве применительно к задачам геометрии. Автореф. дис… канд. физ.-мат. наук. — М.: РГГРУ, 2006. — 30 с.

15. Хатамова Д. Н. Научные основы эффективной эксплуатации буровых установок на основе разработки ресурсосберегающих технологий: Автореф. дис. докт. техн. наук. — Навои: НГГТУ, 2024. — 58 с.

16. Ramey H. Wellbore heat transmission // Journal of Petroleum Technology. 2013, vol. 14, no. 4, pр. 427—435. DOI: 10.2118/96-PA.

17. Li W., Xie T., Xu K., Huo H. Thermal insulation performance evaluation and installation length optimization of inner coating thermal insulation drillpipe // Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2023, vol. 59, no. 1. DOI: 10.1007/s10553-023-01612-7.

18. Ramsey M. Practical wellbore hydraulics and hole cleaning: unlock faster, more efficient, and trouble-free drilling operations. Texas, Gulf Professional Publishing, 2019, 329 р.

19. Crumpton H. Well control for completions and interventions. Texas, Gulf Professional Publishing, 2018, 815 р.

20. Merkulov M. V., Djuraev R. U., Leontyeva O. B., Makarova G. Y., Tarasova Y. B. Simulition of thermal power on bottomhole on the bases of experimental studies of drilling tool operation // International Journal of Emerging Trends in Engineering Research. 2020, vol. 8, no. 8, pp. 4383—4389. DOI: 10.30534/ijeter/2020/55882020.