Development of engineering solutions to prevent disastrous lost circulation in drilling

Lost circulation in drilling is a very grave geological complication. The efficiency of its prevention depends on a few factors. The lost circulation is difficult to foretell and eliminate on the fly; moreover, its elimination is an expensive operation. An integrated analysis of the key causes and mechanism of the lost circulation in drilling is presented with regard to geological and engineering factors. Much attention is given to the geological conditions of the Kyzylkum region, where high jointing, porosity and permeability of rocks even more aggravate the specified problem. The authors develop a mathematical model for the preliminary estimation of absorptive rock mass parameters, including the volume of pores, geometry of joints and their effect on the intensity of the circulation loss. The model takes into account the orientation of joints, the mechanical properties of rocks, the breakdown pressure and the flow parameters. A new design of a drilling assembly is proposed, which ensures overcovering of the lost-circulation zone by a casing without decreasing the hole diameter. The operating mode of a reamer and the mechanism of its reliable fixation on the hole wall is described. The experimental test data prove the proposed design efficiency for the elimination of the disastrous lost circulation. From the experimental data, the dependence of the optimal thickness of an expanding casing on the hole diameter is obtained. This dependence allows enhancing fixation reliability and operational effect in various geological conditions. 

Khatamova D. N., Juraev R. U., Asanov A. T., Normaev K. H., Pardaeva S. B. Development of engineering solutions to prevent disastrous lost circulation in drilling. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2026;(7):20-31. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_7_0_20.

D.N. Khatamova¹, Dr. Sci. (Eng.), Professor, e-mail: dilyon_hat@bk.ru, ORCID ID: 0009-0002-8336-9884,
R.U. Juraev¹, Dr. Sci. (Eng.), Professor, e-mail: r.u.djuraev@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-2712-3003,
A.T. Asanov¹, Assistant,
K.H. Normaev¹, Doctor of Philosophy in Technical Sciences (PhD), Associate Professor,
S.B. Pardaeva¹, Assistant, e-mail: pardayevobid551@gmail.com, ORCID ID: 0009-0006-0933-0438,
¹ Navoi State University of Mining and Technological, 210100, Navoi, Uzbekistan.

D.N. Khatamova, e-mail: dilyon_hat@bk.ru.

1. Сахапов Р. Р. Анализ причин поглощения бурового раствора // Теория и практика современной науки. — 2020. — № 10 (64). — С. 72—75. 

2. Овезов М., Аманиязов Я., Хуммиев А. Причины поглощения бурового раствора // Вестник науки. —  2022. — № 12 (57). — C. 497—500.

3. Yang J., Sun J., Bai Y., Lv K., Zhang G., Li Y. Status and prospect of drilling fluid loss and lost circulation control technology in fractured formation // Gels. 2022, vol. 8, no. 5, article 260. DOI: 10.3390/gels8050260. 

4. Bai Y., Liu Ch., Sun J., Shang X., Lv K., Zhu Yu., Wang F. High temperature resistant polymer gel as lost circulation material for fractured formation during drilling // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2022, vol. 637, article 128244. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.128244. 

5. Feng Yо., Gray K. E. Review of fundamental studies on lost circulation and wellbore strengthening // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2017, vol. 152, pp. 511—522. DOI: 10.1016/j.petrol.2017.01.052. 

6. Щепетов О. А. Системная классификация аварий в бурении // Вестник АГТУ. Серия  Управление, вычислительная техника и информатика. — 2009. — № 2. — C. 36—42. 

7. Антонов К. В., Жумабаев Д. Д., Грабовская А. П. Осложнения и аварии при бурении эксплуатационных скважин и боковых стволов // International trends in science and technology. — 2021. — № 4. — C. 17—26. DOI: 10.31435/rsglobal_conf/30042021/7528. 

8. Krishna Sh., Ridha S., Vasant P., Ilyas S., Sophian A. Conventional and intelligent models for detection and prediction of fluid loss events during drilling operations: A comprehensive review // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020, vol. 195, article 107818. DOI: 10.1016/j.petrol.2020.107818.

9. Третьяк А. Я. Буровой раствор для строительства скважин в сложных условиях // Нефтяное хозяйство. — 2016. — № 2. — C. 28—31.

10. Савенок О. В., Аль М. М. Методы исследования и ликвидации катастрофических поглощений // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). — 2017. — № 4. — C. 21—50. 

11. Ghazali N. A., Alias N. H., Mohd T. A., Adeib S. I., Noorsuhana M. Y. Potential of corn starch as fluid loss control agent in drilling mud // Trans Tech Publications, Applied Mechanics and Materials, Switzerland. 2015, pp. 682—687. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.754-755.682. 

12. Предеин А. А., Гаршина О. В., Мелехин А. А. Технология ликвидации поглощений сшивающимся тампонажным материалом на основе цемента и сшитого полимера // Записки Горного института. — 2024. — Т. 266. — C. 295—304.

13. Нигматов Л. Г. Технические способы снижения аварийности при бурении направленных скважин // Наукосфера. — 2024. — № 10. — C. 210—216. DOI: 10.5281/zenodo.14021197.

14. Бганцев А., Лоскутникова И., Богданова И. Анализ причин и факторов, способствующих возникновению и развитию аварий при бурении и добыче газа // Безопасность техногенных и природных систем. — 2017. — № 4. — C. 25—38. DOI: 10.23947/2541-9129-2017-4-25-38. 

15. Винниченко В. М., Гончаров А. Е., Максименко Н. Н. Предупреждение и ликвидация осложнений и аварий при бурении разведочных скважин. — М.: Недра, 1991. — 170 с. 

16. Гайнанов Ш. Х., Аптуков В. Н., Середин В. В. Математическое моделирование трещиноватости пород в пределах локальных структур // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2024. — Т. 335. — № 1. — C. 184—193. DOI: 10.18799/24131830/2024/1/4541. 

17. Улькин Д. А. Методы моделирования образования и развития трещин в горных породах. Автореф. дисс. … канд. физ.-мат. наук. М., 2011. — 22 с. 

18. Нормаев К. Х. Разработка технических решений по предотвращению технологических аварий и геологических осложнений при бурении скважин: Автореф. дисс. …. канд. техн. наук. — Навои, 2024. — 44 с. 

19. Джураев Р. У., Кахаров С. К., Кологривко А. А., Мустафаев О. Б. О возможности предупреждения и ликвидации поглощений бурового раствора при бурении скважин в осложненных геологических условиях // Горная механика и машиностроение. — 2021. — № 2. — С. 13—18.

20. Насери Я. Разработка технологических решений предупреждения аварий при бурении скважин моделированием резьбовых соединений бурильного инструмента: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. — М., 2019. — 24 с.