Search

Актуальность. Вибрации бурового снаряда любого происхождения, возникающие в процессе бурения скважины, приводят к снижению качества проводимых работ. Известные методы борьбы с данным явлением осложнены технически и технологически. При бурении породоразрушающим инструментом типа PDC одной из причин возникновения поперечных колебаний бурового инструмента является низкий уровень сил трения рабочей грани резцов о горную породу. Современные возможности синтеза алмазного материала позволяют изготавливать PDC различной формы и размеров. Разработки в области создания конструкции резца PDC с вогнутой рабочей поверхностью способствуют развитию методов профилактики поперечных колебаний резца и как следствие снижению уровня вибрации всей бурильной колонны. Цель: разработка конструкции породоразрушающего инструмента типа PDC, способствующей гашению вибраций бурового снаряда. Объект: особенности процесса взаимодействия горной породы с резцом PDC, обладающим вогнутой формой рабочей поверхности. Методы: метод имитационного компьютерного моделирования, метод научного познания, аналитические исследования, анализ. Результаты. Возникающие на вогнутой поверхности резца PDC усилия направлены на встречу друг другу и, противодействуя, предотвращают поперечное смещение бурового инструмента. Оптимальный угол вогнутости рабочей поверхности резца должен находиться в пределах от 104 до 155 градусов, именно такой интервал значений угла способствует созданию оптимальных условий производительности долота с сохранением антивибрационного эффекта. Конструкция резца PDC с вогнутой режущей поверхностью в виде конуса или сферы позволяет не только снижать вибрации инструмента, но и способствует очищению забоя и созданию зоны предразрушения горной породы перед резцом за счет энергии струи промывочной жидкости, что повышает эффективность разрушения горной породы. The relevance. Vibrations of a drill string of any origin, arising while drilling a well, lead to a decrease in the quality of the work performed. The known methods of combating this phenomenon are technically and technologically complicated. When drilling with a PDC-type rock cutting tool, one of the reasons for the occurrence of lateral vibrations of the drilling tool is the low level of friction forces of the working edge of the cutters against the rock. Modern possibilities for the synthesis of diamond material make it possible to manufacture PDCs of various shapes and sizes. Developments in the field of creating a PDC cutter with a concave working surface contribute to the development of methods for preventing lateral oscillations of the cutter, and as a result, reducing the vibration level of the entire drill string. The purpose of the research is to develop the design of the PDC-type rock cutting tool, which helps to damp the vibration of the drill string. Methods: method of computer simulation, method of scientific knowledge, analytical research, analysis. Results. The forces arising on the concave surface of the PDC cutter are directed towards each other, counteracting and preventing lateral displacement of the drilling tool. The optimal angle of concavity of the working surface of the cutter should be in the range from 104 to 155 degrees, it is this range of angle values that contributes to the creation of optimal conditions for the performance of the bit while maintaining the anti-vibration effect. The design of the PDC cutter with a concave cutting surface in the form of a cone or sphere allows not only reducing tool vibrations, but also contributes to cleaning the bottom and creating a zone of pre-fracture of the rock in front of the cutter due to the energy of the jet of drilling fluid, which increases the efficiency of rock destruction.

Актуальность. Породоразрушающий инструмент, армированный резцами PDC, зарекомендовал себя как буровой инструмент с хорошими эксплуатационными показателями. Как известно из практики бурения, инструмент такого типа при правильной технологии его применения способен обеспечить высокие скорости проходки скважин и ресурс. Поэтому одним из приоритетных направлений в развитии технических средств бурения является совершенствование конструкций инструмента типа PDC. Методы проектирования бурового инструмента нового поколения должны основываться на комплексном подходе к исследованию его работы на забое. Одним из основных факторов, влияющих на эффективность реализации породоразрушающего инструмента, является сопротивление забоя. Исследованию изменения физико-механических свойств геологического разреза с глубиной посвящено большое количество трудов. А жидкая среда, образовавшаяся на забое скважины в результате процесса бурения, изучена слабо. Часто, при проведении научных исследований, наличием шлама в призабойной зоне пренебрегают. Однако, учитывая особенности формы и размеры режущей части резцов PDC, смесь шлама и непрерывно движущейся промывочной жидкости может обладать определенной плотностью и создавать выталкивающее усилие, действующее на плоскость резца, и как следствие оказывать влияние на эффективность работы бурового инструмента в целом. Поэтому актуальным вопросом является исследование свойств среды, состоящей из промывочного агента, шлама и разрушенной горной породы, и определение степени ее влияния на результаты работы бурового инструмента типа PDC. Цель: определить степень влияния сил сопротивления среды, образовавшейся в призабойной зоне скважины, на процесс бурения скважин. Методы: аналитический метод, метод компьютерного имитационного моделирования. Результаты. Среда, образовавшаяся в призабойной зоне в процессе бурения скважины и состоящая из породы, шлама и промывочной жидкости, находящихся в различном состоянии, оказывает выталкивающее действие на резец, что снижает величину углубления. Показатель степени сопротивления описанной среды определяется скоростью резания, углом установки резца и плотностью ее составляющих. Полученные результаты могут быть использованы при конструировании бурового инструмента типа PDC. Изменение угла установки или формы резца может способствовать не только снижению сил сопротивления, но и улучшению разрушающей способности инструмента за счет разуплотнения породы путем интенсификации проникновения жидкости в породу. The PDC cutter reinforced rock cutting tool has proven itself as a rock cutting tool with good performance. As it is known from drilling practice, a tool of this type, with the correct technology of its application, is capable of providing high rates of penetration of wells and resource. Therefore, one of the priority directions in the development of technical means of drilling is to improve the design of the PDC-type tool. New generation drilling tool design methods should be based on an integrated approach to the study of its work at the bottom. One of the main factors affecting the effectiveness of the implementation of rock cutting tools is the bottomhole resistance. A large number of works have been devoted to the study of changes in the physical and mechanical properties of a geological section with depth. And the liquid medium formed at the bottom of the well as a result of drilling is poorly studied. Often, when conducting scientific research, the presence of cuttings in the bottomhole zone is neglected. However, taking into account the peculiarities of the shape and size of the cutting part of the PDC cutters, the displacement of cuttings and continuously moving drilling fluid can have certain density and create a buoyant force acting on the plane of the cutter and, as a result, affect the efficiency of the drilling tool as a whole. Therefore, an urgent issue is to study the properties of the media, consisting of a flushing agent, cuttings and destroyed rock and determine the degree of its influence on the results of the PDC-type drilling tool. The purpose of the research is to determine the degree of influence of the resistance forces of the medium formed in the bottomhole zone of the well on well drilling. Methods: analytical method, computer simulation method. Results. The medium formed in the near-wellbore zone when drilling a well and consisting of rock, cuttings and flushing fluid, which are in different states, has a pushing effect on the cutter, which reduces the size of the deepening. The index of the resistance degree of the described medium is determined by the cutting speed, the angle of the cutter and the density of its components. The results obtained can be used in the design of a PDC-type drilling tool. Changing the angle of installation or the shape of the cutter can help not only to reduce the resistance forces, but also to improve the destructive ability of the tool due to the decompaction of the rock by intensifying liquid penetration into the rock.

Актуальность. Требования к буровому породоразрушающему инструменту заключаются в обеспечении высокой механической скорости, ресурса, широкой области применения и небольших материальных затрат на его приобретение. Иными словами, буровой инструмент должен быть прочным, износостойким и изготовлен из относительно недорогого материала. Достижения в области синтеза поликристаллического алмаза и изготовления из него резцов высокой прочности значительно расширили возможности производителей бурового инструмента. Синтетический сверхтвердый материал стали применять при изготовлении режущих элементов и всей рабочей части породоразрушающего инструмента. Новшества материаловедения позволили производить резцы типа PDC разной формы, размеров, прочности, что особо актуально при создании долот, коронок и буровых головок с комбинированным вооружением. Как известно, состав и условия спекания композита влияют на свойства получаемой заготовки резца PDC. Изменяя прочностные параметры и геометрию расположения режущих элементов PDC с учетом области применения инструмента, можно добиться наилучшего эффекта разрушения горной породы. Таким образом, при создании нового бурового породоразрушающего инструмента актуальным является объединение знаний и умений в области химии, материаловедения и конструирования, что приведет к получению перспективного породоразрушающего инструмента. Цель: определить направления совершенствования бурового инструмента типа PDC, а именно возможности материаловедения в области спекания сверхтвердого материала PDC, преимущества применения композита различного состава при проектировании новых конструкций бурового инструмента типа PDC. Объекты: состав материала, процесс спекания и получаемые свойства резцов PDC, конструктивные особенности бурового инструмента PDC. Методы: аналитические исследования, эксперимент, анализ. Результаты. Изменение состава композита позволяет регулировать прочностные свойства получаемого резца PDC. Добавление такого материала, как графен, повышает прочностные, тепло- и электропроводные свойства резца PDC. Объединение возможностей материаловедения и опыта конструирования позволяет добиться положительных результатов в области разработки нового перспективного породоразрушающего инструмента. Relevance. Requirements for rock cutting tools are to ensure high mechanical speed, resource, wide range of application and low material costs for its purchase. In other words, the drilling tool must be durable, wear-resistant, and made of relatively inexpensive material. Advances in the synthesis of polycrystalline diamond and the manufacture of high-strength cutters from it have significantly expanded the capabilities of drilling tool manufacturers. Synthetic superhard material began to be used in the manufacture of cutting elements and the entire working part of rock cutting tools. Innovations in materials science have made it possible to produce PDC cutters of various shapes, sizes, strengths, which is especially important when creating bits, crowns and drill heads with combined weapons. As is known, the composition and sintering conditions of the composite affect the properties of the resulting PDC cutter blank. By changing the strength parameters and the geometry of the PDC cutting elements, taking into account the field of application of the tool, you can achieve the best effect of rock breaking. Thus, when creating a new drilling rock cutting tool, it is relevant to combine knowledge and skills in the field of chemistry, materials science and design, which will lead to obtaining a promising rock cutting tool. The aim of the research is to determine the directions of improving the PDC-type drilling tool, namely, the possibilities of materials science in the field of sintering of superhard PDC material, the advantages of using a composite of various structure in the engineering of new designs of PDC-type drilling tools. Objects: composition of material, sintering process and obtained properties of PDC cutters, design features of PDC drilling tools. Methods: analytical research, experiment, analysis. Results. Changing the structure of the composite allows you to adjust the strength properties of the resulting PDC cutter. Addition of such a material as graphene increases the strength, thermal and electrical conductive properties of PDC cutter. Combining the capabilities of materials science and design experience makes it possible to achieve positive results in the development of a new promising rock cutting tool.

Автоматизация технологических процессов на основе современной техники должна обеспечить интенсификацию производства, повышение качества и снижение себестоимости продукции. Рассмотрены автоматизированные системы управления процессом бурения: САОПБ-1, Карат-2, АСУТП-Б, АЛМАЗ и др., что позволило привести классификацию данных систем по функциональному назначению: стабилизация скорости подачи, управление параметрами режима бурения и гибкая производственная система. Выделено четыре класса систем управления в зависимости от сложности геолого-технических условий бурения скважин. В первый класс отнесены системы стабилизации скорости подачи, второй - предназначенные для реализации сравнительно простых алгоритмов управления процессом бурения, третий - ориентированные на работу в сложных и слабо изученных геолого-технических условиях, четвертый - способных работать в автоматических режимах при углубке скважины и при проведении спускоподъемных операций. Показано что наиболее технологичным является реализация комплекса технических средств способных работать в автоматических режимах при углубке скважины и проведении спускоподъемных операций. Автоматизація технологічних процесів на основі сучасної техніки повинна забезпечити інтенсифікацію виробництва, підвищення якості та зниження собівартості продукції. Розглянуто автоматизовані системи управління процесом буріння: САОПБ-1, Карат-2, АСУТП-Б, АЛМАЗ та ін. Це дозволило привести класифікацію даних систем за функціональним призначенням: стабілізація швидкості подачі, керування параметрами режиму буріння та гнучка виробничої системи. Виділено чотири класу систем управління залежно від складності геолого-технічних умов буріння свердловин. В перший клас віднесено системи стабілізації швидкості подачі, до другого - призначені для реалізації порівняно простих алгоритмів керування буровий процесом, у третій- орієнтовані на роботу в складних та слабо вивчених геолого-технічних умовах, четвертий - здатні працювати в автоматичних режимах при подовжувачі свердловин і при проведенні спускопідіймальних операцій. Показано, що найбільш технологічним є реалізація комплексу технічних засобів, здатних працювати в автоматичних режимах при поглибленні колодязів та проведення спускопідіймальних операцій. Automation of technological processes based on modern technics should ensure the intensification of production, improving the quality and reducing the cost of production. The automated drilling control systems as are SAOPB-1, Karat-2, ASUTP-B, ALMAZ, etc. were considered. This allowed to classify these systems according to their functional purpose: stabilization of feed rate, control of drilling parameters and flexible production system. Four classes of control systems are distinguished depending on the complexity of geological and technical conditions for drilling boreholes. The first class includes the systems for stabilization of the feed rate, the second - designed to implement relatively simple algorithms for controlling the drilling process, the third - oriented to work in complex and poorly studied geological and technical conditions, the fourth - capable of operating in automatic modes for deepening the borehole and for tripping operations. It is shown that the most technological is the implementation of a set of technical facilities capable of operating in automatic modes during borehole deepening and carrying out tripping operations.