nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2022-45-4-424-435nznistu-254Research ArticleРазведка и разработка месторождений полезных ископаемыхExploration and Development of Mineral DepositsРазработка долот для направленного бурения в сложных горно-геологических условияхDevelopment of bits for directional drilling in complex mining and geological conditionshttps://orcid.org/0000-0002-9011-5906ЛысаковД. В.LysakovD. V.

Лысаков Дмитрий Викторович – аспирант, ведущий инженер кафедры технологии и техники разведки

г. Красноярск

Dmitry V. Lysakov – Postgraduate Student, Leading Engineer of the Department of Exploration Technology and Technique, Institute of Mining, Geology and Geotechnologies

Krasnoyarsk

lysackovd@yandex.ruСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian Federation202208012023454424435Copyright © Лысаков Д.В., 20232023Лысаков Д.В.Lysakov D.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/254

Целью представленного исследования стало повышение эффективности ведения работ по направленному бурению с применением отклонителей непрерывного действия в сложных горно-геологических условиях. В ходе исследования были описаны горно-геологические условия, в которых происходит снижение эффективности работы отклонителей непрерывного действия, а также причины, по которым данное снижение наблюдается. Можно отметить, что значительные проблемы возникают при использовании отклонителей непрерывного действия фрезерующего типа для забуривания дополнительных стволов скважин в твердых горных породах с искусственных забоев из цементных смесей и искривлении скважин в интервалах ослабленных горных пород естественного забоя. В этом случае наблюдается снижение точности искривления вследствие препятствующей набору кривизны повышенной скорости углубки, которую сложно регулировать параметрами режима бурения. Другой проблемой, вызывающей снижение точности искривления скважин при использовании отклонителей фрезерующего типа в породах, имеющих высокую твердость, является отклонение плоскости набора кривизны вследствие возникающего при фрезеровании стенки скважины дезориентирующего усилия. В исследовании кратко представлены существующие технологии и технические средства, применение которых направлено на повышение работы отклонителей в сложных горно-геологических условиях, в том числе за счет использования долот со специальной конструкцией. Автор предложил и запатентовал серию новых технических средств (к коим относятся долота) и технологических решений, позволяющих эффективно бороться с падением результативности работы отклонителей непрерывного действия при искривлении скважины в горных породах, имеющих высокую твердость, при этом в разработанных средствах были учтены недостатки уже существующих технических средств.

The purpose of the study is to improve the efficiency of directional drilling using continuous whipstocks in difficult mining and geological conditions. The research involves the description of mining and geological conditions featuring decreased efficiency of continuous whipstock operation as well as the reasons why the decrease is observed. It should be noted that significant problems arise when using the milling-type continuous whipstocks for sidetracking in hard rocks from the plug back total depths of cement mixtures and well deviations in the intervals of normal face weakened rocks. In this case, there is a decrease in deviation accuracy, due to the increased sinking speed that prevents curvature accumulation and which is difficult to control by the drilling mode parameters. Another problem that decreases the well deviation accuracy when using milling-type whipstocks in hard rocks is the deviation of the drift angle build up plane due to the disorienting force that occurs during milling of the borehole wall. The study briefly dwells upon the existing technologies and engineering means, the use of which is aimed at improving the whipstock performance in complex mining and geological conditions, including through the use of bits with a special design. The author has proposed and patented a series of new technical means (bits) and technological solutions that effectively deal with the drop in the performance of continuous whipstocks in the well deviated in hard rocks. Moreover, the developed means took into account the shortcomings of current technical equipment.

искривление скважиныискусственный забойотклонительгорная породадолотоwellbore deviationplug back total depthwhipstockrockbitReferencesAhmed A., lIslam M. A., Alam M. Z., Quazi H. S. Surface settlement induced by horizontal directional drilling // Underground Space. 2023. Vol. 8. P. 94–108. https://doi.org/10.1016/j.undsp.2022.05.001.Ahmed A., lIslam M. A., Alam M. Z., Quazi H. S. Surface settlement induced by horizontal directional drilling. Underground Space. 2023;8:94-108. https://doi.org/10.1016/j.undsp.2022.05.001.Huang W., Wang G., Gao D. A method for predicting the build-up rate of ‘push-the-bit’ rotary steering system // Natural Gas Industry B. 2021. Vol. 8. Iss. 6. P. 622–627. https://doi.org/10.1016/j.ngib.2021.11.010.Huang W., Wang G., Gao D. A method for predicting the build-up rate of ‘push-the-bit’ rotary steering system. Natural Gas Industry B. 2021;8(6):622-627. https://doi.org/10.1016/j.ngib.2021.11.010.Yantao B., Gonghui L., Ghua D., Jun L. Finite element analysis of effect of flexible pupjoints on push-the-bit rotary steering deflecting force // Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2020. Vol. 56. P. 218–225. https://doi.org/10.1007/s10553-020-01132-8.Yantao B., Gonghui L., Ghua D., Jun L. Finite element analysis of effect of flexible pupjoints on push-the-bit rotary steering deflecting force. Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2020;56:218-225. https://doi.org/10.1007/s10553-020-01132-8.Gu P., Zhu C., Yu Y., Liu D., Tao Z., Wu Y. Evaluation and prediction of drilling wear based on machine vision // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 114. Iss. 11. P. 2055–2074. https://doi.org/10.1007/s00170-021-06887-w.Gu P., Zhu C., Yu Y., Liu D., Tao Z., Wu Y. Evaluation and prediction of drilling wear based on machine vision. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021;114(11):2055-2074. https://doi.org/10.1007/s00170-021-06887-w.Che D., Zhu W.-L., Ehmann K. F. Chipping and crushing mechanisms in orthogonal rock cutting // International Journal of Mechanical Sciences. 2016. Vol. 119. P. 224–236. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2016.10.020.Che D., Zhu W.-L., Ehmann K. F. Chipping and crushing mechanisms in orthogonal rock cutting. International Journal of Mechanical Sciences. 2016;119:224-236. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2016.10.020.Wang X., Wang Z., Wang D., Chai L. A novel method for measuring and analyzing the interaction between drill bit and rock // Measurement. 2018. Vol. 121. P. 344–354. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.02.045.Wang X., Wang Z., Wang D., Chai L. A novel method for measuring and analyzing the interaction between drill bit and rock. Measurement. 2018;121:344-354. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.02.045.Gu P., Zhu C., Yu Y., Liu D., Tao Z., Wu Y. Evaluation and prediction of drilling wear based on machine vision // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 114. P. 2055–2074. https://doi.org/10.1007/s00170-021-06887-w.Gu P., Zhu C., Yu Y., Liu D., Tao Z., Wu Y. Evaluation and prediction of drilling wear based on machine vision. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021;114:2055-2074. https://doi.org/10.1007/s00170-021-06887-w.Wang W., Geng Y., Wang N., Pu X., Fiaux J. O. Toolface control method for a dynamic point-the-bit rotary steerable drilling system // Energies. 2019. Vol. 12. Iss. 10. P. 1831. https://doi.org/10.3390/en12101831.Wang W., Geng Y., Wang N., Pu X., Fiaux J. O. Toolface control method for a dynamic point-the-bit rotary steerable drilling system. Energies. 2019;12(10):1831. https://doi.org/10.3390/en12101831.Li Y., Niu W., Li H., Luo Z., Wang L. Study on a new steering mechanism for point-the-bit rotary steerable system // Advances in Mechanical Engineering. 2014. Vol. 6. https://doi.org/10.1155/2014/923178.Li Y., Niu W., Li H., Luo Z., Wang L. Study on a new steering mechanism for point-the-bit rotary steerable system. Advances in Mechanical Engineering. 2014;6. https://doi.org/10.1155/2014/923178.Zhang C., Zou W., Cheng N. Overview of rotary steerable system and its control methods // IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. 2016. P. 1559–1565. https://doi.org/10.1109/ICMA.2016.7558796.Zhang C., Zou W., Cheng N. Overview of rotary steerable system and its control methods. IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. 2016:1559-1565. https://doi.org/10.1109/ICMA.2016.7558796.Zhang C., Zou W., Cheng N. Overview of rotary steerable system and its control methods // IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. 2016. P. 1559–1565. https://doi.org/10.1109/ICMA.2016.7558796.Zhang C., Zou W., Cheng N. Overview of rotary steerable system and its control methods. IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. 2016:1559-1565. https://doi.org/10.1109/ICMA.2016.7558796.Шраго Л. Г., Юдборовский И. М. Искривление скважин под действием постоянной по величине отклоняющей силы // Методика и техника разведки: сб. статей. Л., 1964. Вып. 48. С. 47–51.Shrago L. G., Well deviation under the action of a constant deflecting force. In: Metodika i tekhnika razvedki = Exploration Methodology and Technique. Leningrad; 1964, iss, 48, p. 47–51. (In Russ.).Epikhin A., Zhironkin V., Szurgacz D., Trzop K. Method for determining the loads on the deflection module of the push-the-bit rotary steerable system // IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 684. P. 012001. https://doi.org/10.1088/1755-1315/684/1/012001.Epikhin A., Zhironkin V., Szurgacz D., Trzop K. Method for determining the loads on the deflection module of the push-the-bit rotary steerable system. IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science. 2021;684: 012001. https://doi.org/10.1088/1755-1315/684/1/012001.Wang M., Li X., Wang G., Huang W., Fan Y., Luo W., et al. Prediction model of build rate of push-thebit rotary steerable system // Mathematical Problems in Engineering. 2020. P. 4673759. https://doi.org/10.1155/2020/4673759.Wang M., Li X., Wang G., Huang W., Fan Y., Luo W., et al. Prediction model of build rate of push-thebit rotary steerable system. Mathematical Problems in Engineering. 2020:4673759. https://doi.org/10.1155/2020/4673759.Жабин А. Б., Поляков А. В., Аверин Е. А., Линник Ю. Н., Линник В. Ю. Оценка влияния абразивности горных пород на параметры породоразрушающих машин // Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 621–627. https://doi.org/10.31897/pmi.2019.6.621.Zhabin A. B., Polyakov A. V., Averin E. A., Linnik Y. N., Linnik V. Y. Estimation of abrasiveness impact on the parameters of rock-cutting equipment. Zapiski Gornogo Instituta = Journal of Mining Institute. 2019;240:621-627. (In Russ.). https://doi.org/10.31897/pmi.2019.6.621.Шигин А. О., Шигина А. А. Прогнозируемый ресурс шарошечных долот при бурении сложноструктурных горных массивов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 1. С. 29–33.Shigin A. O., Shigina A. A. Roller cone bit life expectancy when drilling complex structure rock massifs. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2014;1:29-33. (In Russ.).Фомин О. CCK: усталостное разрушение бурильных труб, его прогнозирование и профилактика // ROGTEC. Российские нефтегазовые технологии. 2018. [Электронный ресурс]. URL: https://www.rogtecmagazine.com/cck-усталостное-разрушение-бурильных-тр/?lang=ru (03.03.2022).Fomin O. Siberian Service Company: Fatigue failure of drill pipes, its prediction and prevention. ROGTEC. Rossiiskie neftegazovye tekhnologii = ROGTEC. Russian Oil and Gas Technologies. 2018. Available from: https://www.rogtecmagazine.com/cck-усталостное-разрушение-бурильных-тр/?lang=ru [Accessed 3d March 2022]. (In Russ.).Пат. № 190484, Российская Федерация, МПК E21B 10/43, E21B 7/08. Долото для бурения / В. В. Нескоромных, П. Г. Петенёв, Д. В. Лысаков. Заявл. 06.03.2019; опубл. 02.07.2019. Бюл. № 19.Neskoromnykh V. V., Petenev P. G., Lysakov D. V. Bore bit. Patent RF, no. 190484; 2019. (In Russ.).Пат. № 189409, Российская Федерация, МПК E21B 10/62, E21B 7/08. Алмазное долото / В. В. Нескоромных, П. Г. Петенёв, Д. В. Лысаков. Заявл. 11.03.2019; опубл. 22.05.2019. Бюл. № 15.Neskoromnykh V. V., Petenev P. G., Lysakov D. V. Diamond bit. Patent RF, no. 189409; 2019. (In Russ.).Пат. № 198234, Российская Федерация, МПК E21B 10/43, E21B 7/08. Алмазное буровое долото / В. В. Нескоромных, А. Е. Головченко, Д. В. Лысаков. Заявл. 06.02.2020; опубл. 25.06.2020. Бюл. № 18.Neskoromnyh V. V., Golovchenko A. E., Lysakov D. V. Diamond drill bit. Patent RF, no. 198234; 2020. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.