Search

Актуальность. Многолетний опыт работ по направленному бурению позволил выявить сложные горно-геологические условия, в которых использование отклонителей приводит к снижению результативности искривления и авариям. Так, например, раскрепление отклонителей непрерывного действия в твердых, очень твердых и абразивных горных породах, когда диаметр скважины имеет минимальную разработанность по диаметру, приводит к заклиниванию породоразрушающего инструмента. В этом случае повысить эффективность работы отклонителей сложно в связи с отсутствием специальных технических средств и эффективных технологий искривления скважин, что делает проблему снижения эффективности работы отклонителей актуальной и требующей решения. Цель: поиск и анализ причин заклинивания отклонителей ассиметричного и комбинированного типов при постановке и раскреплении в скважинах, пробуренных в твердых горных породах, разработка конструкции алмазного бурового долота со специальной схемой расположения бокового и торцевого вооружения и оценка влияния эксцентриситета режущей части бурового инструмента на эффективность проработки ствола скважины по диаметру. Объект: эксцентриситет режущей части бурового инструмента. Методы: сбор, анализ и обобщение данных из литературных источников, аналитическое исследование и экспериментальные опытные работы. Результаты. Описаны причины, вызывающие заклинивание отклонителя в скважине, представлены существующие технологии, позволяющие решить проблему заклинивания долота при раскреплении отклонителя, разработана конструкция алмазного бурового долота со специальной схемой размещения торцевого и бокового вооружения и описан принцип работы, проведена оценка влияния эксцентриситета режущей части на процесс проработки скважины по диаметру, и установлен факт повышения фрезерующей способности долота. The relevance. Many years of experience in directional drilling has made it possible to identify complex mining and geological conditions in which the use of deflectors leads to decrease in the effectiveness of the curvature and accidents. So, for example, the fastening of continuous deflectors in hard, very hard and abrasive rocks, when the borehole diameter has minimum development along the borehole diameter, leads to jamming of the rock cutting tool. In this case, it is difficult to improve the efficiency of diverters due to the lack of special technical means and effective technologies for deviating wells, which makes the problem of reducing the efficiency of diverters relevant and needs to be addressed. The main aim: search for the causes of jamming of asymmetric and combined diverters when setting and breaking out in wells drilled in hard rocks; development of a diamond drill bit design with a special layout of lateral and end cutting structure; assessment of the effect of eccentricity of the cutting part of a drilling tool on the efficiency of drilling a wellbore according to diameter. Object: eccentricity of the cutting part of the drilling tool. Methods: collection, analysis and generalization of the data in literary sources, analytical research and experimental work. Results. The paper describs the causes of the whipstock jamming in the well and introduces the existing technologies that allow solving the given problem. The authors developed a diamond drill bit of special design and described the principle of its operation. The influence of the cutting part eccentricity on drilling the hole in diameter is assessed and the fact of increasing the milling ability is established.

Актуальность. На результаты бурения влияет то, на сколько эффективно работает породоразрушающий инструмент на забое. Показатели механической скорости бурения, качества сооружения скважины и отбора проб тесно связаны с соответствием выбранного бурового инструмента и технологии его применения физико-механическим свойствам горных пород, слагающих вскрываемый геологический разрез. При неизменной технологии рост сопротивления со стороны забоя влечёт изменение интенсивности углубления скважины. Сведения о коэффициенте сопротивления позволяют правильно управлять процессом и своевременно регулировать характер воздействия бурового инструмента на разрушаемую зону. Цель. Для контроля силового контакта резцов бурового инструмента с забоем скважины необходимо иметь методический аппарат, позволяющий определять механизм разрушения породы с учетом сил сопротивления. Целью работы является развитие методики изучения механизма разрушения породы алмазным резцом. Объект: процесс разрушения горной породы мелким алмазным резцом. Методы: метод полного факторного эксперимента, метод научного познания, аналитические исследования, анализ. В статье приведена методика исследования сопротивления горной породы разрушению алмазным резцом, основанная на применении метода полного факторного эксперимента с получением математических моделей факторов и их графической интерпретации, в частности зависимости углубления за один оборот от режимов бурения, на основании которых определяется коэффициент сопротивления в конкретный момент времени. Результаты. Путем математической обработки ранее полученных экспериментальных данных установлена взаимосвязь коэффициента сопротивления с такими показателями, как механическая скорость бурения, величина углубления за оборот, частота вращения инструмента. Представлен аналитическое исследование возможности регулирования режимов бурения с целью достижения наибольшего эффекта разрушения горной породы путем оценки коэффициента сопротивления как функции интенсивности разрушения или углубления за один оборот. Выведена и доказана правомерность выражения зависимости коэффициента сопротивления от глубины внедрения резца в породу, числа резцов рабочего торца бурового инструмента и их размера, глубины формируемой борозды разрушения, коэффициента трения резца о горную породу и динамической составляющей работы бурового инструмента. Relevance. The drilling results are influenced by the effectiveness of the rock cutting tool operation at the bottom of the well. The indicators of the mechanical drilling speed, the quality of well construction and sampling are closely related to the correspondence of the selected rock cutting tool and technology of its application to the physical and mechanical properties of the rocks that make up the geological section being opened. With the technology unchanged, the increase in resistance from the bottom hole leads to a change in the intensity of the well deepening. Information about the resistance coefficient allows you to correctly control the process and timely adjust the nature of the impact of the drilling tool on the bottomhole. The purpose of research is to control the power contact of the drilling tool cutters with the bottom of the well; it is necessary to have a methodological apparatus that allows determining the mechanism of rock destruction taking into account the resistance forces. Objects: rock breaking. Methods: experimental, full factorial experiment method, analytical research, analysis. The article presents a method for studying the resistance of rocks to destruction with a diamond cutter, based on the use of the method of a full factorial experiment with obtaining mathematical models of factors and their graphic interpretation, in particular the dependence of deepening in one revolution on drilling modes on the basis of which the resistance coefficient when drilling at a particular moment is determined. Results. Based on the analytical study of the results obtained, the dependence of the tangential force on the axial force, rock properties, and the friction coefficient was determined. The paper presents the analytical research of the possibility of regulating drilling modes in order to achieve the greatest effect from drilling by assessing the drag coefficient as a function of the intensity of destruction or deepening in one revolution. The authors have derived and proved the validity of expression of the drag coefficient dependence on the cutter penetration depth into the rock, the number of cutters at the end of the drilling tool and their size, the depth of the formed fracture groove, the cutter friction coefficient on the rock and the dynamic component of the drilling tool operation.

Рациональная, теоретически обоснованная и эмпирически верифицированная система управления является условием оптимального управления процессом бурения с соблюдением критериев минимизации затрат временных и материальных ресурсов. Новое поколение породоразрушающего инструмента с применением резцов PDC (polycrystalline diamante cutters), крайне эффективных при бурении скважин различного целевого назначения в горных породах средней твердости, диктует необходимость разработки методики и критериев оптимального управления процессом бурения с использованием данного инструмента. В работе представлен аналитический анализ силового взаимодействия породоразрушающих элементов, горной породы, вмещающей забой, и бурового раствора, насыщенного шламом, выделены влияющие факторы, приведены зависимости для определения параметров разрушения горных пород. Эмпирическая верификация теоретических положений проведена на основе анализа данных экспериментального бурения мрамора коронкой с резцами PDC диаметром 76,2 мм, обработанных с применением метода полного факторного эксперимента с получением математических моделей факторов и их графической интерпретации. Рассмотрена методика управления процессом бурения, основанная на оптимальном соотношении частоты вращения инструмента, осевой нагрузки и углубления за один оборот, позволяющая определить по косвенным признакам режим разрушения горной породы на забое скважины и выбрать оптимальные значения параметров режима бурения, которые соответствуют наиболее оптимальным условиям с точки зрения достижения максимальной механической скорости бурения в совокупности с рациональным режимом работы породоразрушающего инструмента. Представлена схема, содержащая возможные варианты режима отработки долота и способы их распознавания по соотношению углубления за один оборот и частоты вращения породоразрушающего инструмента.

Актуальность. К проектированию современного породоразрушающего инструмента выдвигаются высокие требования. Востребованным является буровой инструмент, за счет конструкции которого решается большая часть задач бурения: соблюдение запроектированной траектории ствола скважины, высокие скорость проходки и ресурс, эффективное разрушение горной породы, качество отбора керна и так далее. Зачастую, решая путем изменения конструктивных элементов инструмента одну проблему, разработчики не учитывают другую, которая может оказаться не менее значимой. Так, разработка импрегнированной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы позволила значительно уменьшить интенсивность естественного искривления, которое особо актуально при бурении в анизотропных горных породах. Однако изменение конструкции коронки повлекло за собой снижение ресурса инструмента. На необходимость комплексного, системного подхода к исследованию механизма работы бурового инструмента авторами указывалось неоднократно. В связи с этим, учитывая преимущество полученной конструкции в области стабилизации направления ствола скважины, актуальным является исследование причин скорого износа таких коронок. Основной причиной износа алмазного инструмента является перегрев и зашламование режущей части, поэтому при конструировании любого алмазного породоразрушающего инструмента необходимо дополнительно исследовать гидродинамические процессы, протекающие при его работе на забое скважины. Цель: определение особенностей течения жидкости в пределах импрегнированного породоразрушающего инструмента, выделение основных причин износа матрицы, связанных с гидродинамикой на забое, а также конструктивные решения намеченных проблем. Объекты: процесс гидродинамики бурения импрегнированным породоразрушающим инструментом. Методы: компьютерное моделирование, аналитические исследования, анализ. Результаты. Изменение конструкции торца матрицы импрегнированной коронки в сторону смещения равномерности размещения секторов приводит к неравномерному распределению очистного агента в рабочей зоне инструмента. Как следствие, наиболее зашламованные сектора хуже омываются жидкостью и быстрее изнашиваются. Для реализации поставленной задачи - эксцентриситета режущей части торца матрицы с высоким ресурсом, предложены варианты конструктивного исполнения торца импрегнированной коронки. Relevance. High requirements are put forward for the design of modern rock-cutting tools. A drilling tool is in demand, due to the design of which most of the drilling tasks: compliance with the projected trajectory of the wellbore, high drilling speed and resource of the drilling tool, effective destruction of rock, quality of core selection, etc. are solved. Often, when solving one problem by changing the structural elements of the tool, developers do not take into account another one, which may be no less significant. Thus, the development of a diamond tool with the eccentricity of the cutting part of the matrix end has significantly reduced the intensity of natural curvature of wells, which is especially important when drilling in anisotropic rocks. However, the change in the design of the diamond tool resulted in a reduction in the tool's life. The authors have repeatedly pointed out the need for a comprehensive approach to the study of the mechanism of the drilling tool operation. In this regard, given the advantage of the resulting design in the field of regulating the well curvature, it is relevant to study the causes of rapid wear of such a drilling tool. The main reason for wear of a diamond tool is overheating and sludge bounding of the cutting part, so when designing any diamond drilling tool, it is necessary to further investigate the hydrodynamic processes occurring during its operation at the bottom of the well. The purpose of research is to determine the characteristics of the drilling mud flow within the diamond tool, to identify the main causes of matrix wear associated with hydrodynamics at the bottom, as well as design solutions to the problems identified. Objects: hydrodynamics of drilling with an impregnated drilling tool. Methods: computer modeling, analytical research, analysis. Result. Changing the design of the end face of the diamond tool matrix in the direction of shifting the uniformity of the placement of sectors leads to an uneven distribution of drilling mud in the area of operation of the tool. As a result, the most sludge bound sectors are less well cleaned with drilling mud and wear out faster. To implement the task - the eccentricity of the cutting part with a high resource, the variants of the design of the end face of the impregnated crown are proposed.

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.

Under the background of Emerging Engineering Education construction in China, the necessity of integrating modern information technology into the Landscape Architecture teaching is analyzed in view of the demand for integrated Emerging Engineering talents, the characteristics of Landscape Architecture teaching and some bottleneck problems. Emerging Engineering Education has the characteristics of interaction and integration, cultivating outstanding engineering talents who are all-side and innovative, How to integrate mobile Internet, big data, cloud computing, artificial intelligence, virtual reality and other modern information technologies with Landscape Architecture teaching is discussed. Obvious effect has been obtained by researching, a new blended teaching model has been constructed, a feasible path for the transformation and upgrading of Landscape Architecture has been provided. Which provides a useful reference for the reform of Landscape Architecture education paradigm in China.

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.