nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2541-9455-2019-42-1-78-85nznistu-49Research ArticleТЕХНОЛОГИИ РАЗВЕДКИ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХTECHNOLOGIES OF MINERAL DEPOSITS EXPLORATION AND DEVELOPMENTРезультаты исследования деформационных процессов при бурении изотропных горных пород алмазным буровым инструментомResearch results of deformation processes when drilling isotropic rocks by diamond drilling toolsПушминП. С.PushminP. S.

кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела Института недропользования

Иркутск

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Oil and Gas Business of the Institute of Subsoil Use

Irkutsk

pps@istu.eduИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation2019080920204217885Copyright © Пушмин П.С., 20202020Пушмин П.С.Pushmin P.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/49

Цель данной статьи - анализ результатов проведенных аналитических и экспериментальных исследований процесса бурения изотропной горной породы алмазным породоразрушающим инструментом для представления в виде графических зависимостей взаимосвязи между основными параметрами процесса алмазного бурения и прочностными характеристиками твердых горных пород. В качестве исходного материала для работы приняты во внимание гипотезы, подкрепленные аналитическими расчетами и многочисленными экспериментальными исследованиями по разбуриванию в стендовых условиях кафедры нефтегазового дела Иркутского национального исследовательского технического университета блоков горных пород различной твердости алмазным породоразрушающим инструментом. Результаты исследований обработаны при помощи пакета MS Office Excel и представлены в виде графических зависимостей. В результате построены и проанализированы графические зависимости, позволяющие наглядно оценить взаимосвязи между основными техническими (диаметр породоразрушающего инструмента, число одновременно работающих резцов), технологическими (усилие резания-скалывания, осевая нагрузка, механическая скорость бурения, тип очистного агента и др.) параметрами процесса бурения и основными прочностными характеристиками (разрушающее напряжение, общий коэффициент сопротивления) твердых изотропных горных пород. Экспериментально доказана эффективность применения очистного агента, содержащего поверхностно-активные вещества, при бурении твердых горных пород алмазным инструментом. Проведенный анализ позволяет расширить имеющиеся представления о деформационных процессах, происходящих при бурении изотропных горных пород алмазным породоразрушающим инструментом. На основании представленных результатов могут быть составлены рекомендации по повышению эффективности алмазного бурения твердых пород. Результаты работы могут быть полезны для производственных геологоразведочных организаций, а также применены в учебном процессе.

The purpose of this article is to analyze the results of the conducted analytical and experimental studies of the drilling process of isotropic rock with diamond rock cutting tools and present the relationships between the main parameters of diamond drilling and strength characteristics of solid rocks in the form of curves. The input material for the research is hypotheses supported by analytical calculations and numerous experimental studies on drilling-out the blocks of rocks of different hardness by the diamond rock cutting tool in the test conditions of the Department of Oil and Gas Business of the Irkutsk National Research Technical University. The research results have been processed using the MS Office Excel package and presented in the form of graphical dependencies. The constructed and analyzed curves allow visual estimation of the relationship between the main technical (diameter of the rock-cutting tool, number of simultaneously working cutters), technological (cutting-shearing force, axial load, mechanical drilling speed, type of a cleaning agent, etc.) drilling parameters and the main strength characteristics (breaking stress, total resistance coefficient) of solid isotropic rocks. The effectiveness of the cleaning agent containing surfactants in the drilling of solid rocks with diamond tools has been experimentally proved. The performed analysis allows to widen the existing understanding of the deformation processes occurring when drilling isotropic rocks with diamond rock-cutting tools. On the basis of the presented results recommendations can be made to improve the efficiency of diamond drilling of solid materials. The obtained results can be useful for industrial exploration organizations, as well as applied in the educational process.

горная породапроцесс разрушенияалмазный инструментмеханическая скорость буренияrockdestruction processdiamond toolsmechanical drilling speedReferencesПушмин П.С., Нескоромных В.В. Аналитическое исследование влияния усилия резания-скалывания и коэффициента сопротивления на процесс разрушения горной породы алмазным резцом // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований: сб. стат. Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. уч. «Геонауки-2003». Вып. 3. Иркутск, 2003. С. 212-217.Pushmin P.S., Neskoromnyh V.V. Analiticheskoe issledovanie vliyaniya usiliya rezaniyaskalyvaniya i koeffitsienta soprotivleniya na protsess razrusheniya gornoi porody almaznym reztsom [Analytical study of the effect of the cutting-shearing force and the resistance coefficient of the rock destruction by a diamond cutter]. Sb. stat. Vseros. nauch.-tekhn. konf. s mezhdunar. uch. “Geonauki2003” “Geologiya, poiski i razvedka poleznykh iskopaemykh i metody geologicheskikh issledovanii” [Collection of articles of the all-Russian scientific and technical conference with international participation "Geosciences-2003" "Geology, prospecting and exploration of minerals and methods of geological research"]. Iss. 3. Irkutsk, 2003, рр. 212–217. (In Russ.).Пушмин П.С., Нескоромных В.В., Ламбин А.И. Экспериментальные исследования буримости анизотропной горной породы // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований: сб. стат. Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. уч. «Геонауки-2005». Вып. 5. Иркутск, 2005. С. 310-316.Pushmin P.S., Neskoromnykh V.V., Lambin A.I. Eksperimental'nye issledovaniya burimosti anizotropnoi gornoi porody [Experimental study of anisotropic rock drillability]. Sb. stat. Vseros. nauch.-tekhn. konf. s mezhdunar. uch. “Geonauki-2005” “Geologiya, poiski i razvedka poleznykh iskopaemykh i metody geologicheskikh issledovanii” [Collection of articles of the all-Russian scientific and technical conference with international participation "Geosciences-2005" "Geology, prospecting and exploration of minerals and methods of geological research"]. Iss. 5. Irkutsk, 2005, рр. 310–316. (In Russ.).Пушмин П.С., Романов Г.Р. Особенности механизма разрушения твердой горной породы алмазным породоразрушающим инструментом // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2014. № 5 (48). С. 59-64.Pushmin P.S., Romanov G.R. Features of the mechanism of solid rock breaking by a diamond rock-cutting tool. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Geologiya, poiski i razvedka rudnykh mestorozhdenii [Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences, Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits], 2014, no. 5 (48), pp. 59–64. (In Russ.).Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. Оренбург: Летопись, 2005. 664 с.Ryazanov Y.A. Entsiklopediya po burovym rastvoram [Encyclopedia of drilling fluids]. Orenburg: Letopis' Publ., 2005, 664 p. (In Russ.).Богданов Р.К., Закора А.П., Исонкин А.М. Некоторые представления механизма работы алмазного резца буровой коронки // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые: межвуз. науч. темат. сб. Вып. 25. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2003. С. 71-80.Bogdanov R.K., Zakora A.P., Isonkin A.M. Nekotorye predstavleniya mekhanizma raboty almaznogo reztsa burovoi koronki [Some representations of the operation mechanism of the drill bit diamond cutter]. Sovershenstvovanie tekhniki i tekhnologii bureniya skvazhin na tverdye poleznye iskopaemye [Improving equipment and technology of drilling wells for solid minerals]. Iss. 25. Ekaterinburg: Ural State Mining University Publ., 2003, pp. 71–80. (In Russ.).Евсеев В.Д., Петухов М.В., Самохвалов М.А. Импульсные токи с забоя скважины - источник информации о свойствах горных пород // Известия Томского политехнического университета. 2005. Т. 308, № 6. C. 39-43.Evseev V.D., Petukhov M.V., Samokhvalov M.A. Pulse currents with the hole bottom as the source of information about rock properties. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University], 2005, vol. 308, no. 6, pp. 39–43. (In Russ.).Зайцев В.И., Карпиков А.В., Че В.В. Эффективность использования долот PDC // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2014. № 5 (48). С. 58-66.Zaitsev V.I., Karpikov A.V., Che V.V. Application efficiency of PDС bits. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Geologiya, poiski i razvedka rudnykh mestorozhdenii [Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences, Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits], 2014, no. 5 (48), pp. 58–66. (In Russ.).Третьяк А.Я., Попов В.В., Гроссу А.Н., Борисов К.А. Инновационные подходы к конструированию высокоэффективного породоразрушающего инструмента // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 8. С. 225-230.Tret'yak A.Ya., Popov V.V., Grossu A.N., Borisov K.A. Innovative approaches to designing highly efficient rock-breaking tool. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten' [Mining Informational and Analytical Bulletin], 2017, no. 8, рр. 225–230. (In Russ.).Спирин В.И., Будюков Ю.Е., Кубасов В.В. Алмазный породоразрушающий инструмент для бурения скважин предельно малого диаметра на нефть и газ // Инженер-нефтяник. 2013. № 4. С. 24-26.Spirin V.I., Budyukov Yu.E., Kubasov V.V. Almaznyi porodorazrushayushchii instrument dlya bureniya skvazhin predel'no malogo diametra na neft' i gaz [Diamond rock breaking tool for drilling wells of a very small diameter for oil and gas]. Inzhenerneftyanik [Petroleum Engineer], 2013, no. 4, рр. 24–26. (In Russ.).Пушмин П.С. Некоторые причины нарушения устойчивости стенок скважин // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2016. № 2 (55). С. 61-65.Pushmin P.S. Some causes of well wall stability loss. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Geologiya, poiski i razvedka rudnykh mestorozhdenii [Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences, Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits], 2016, no. 2 (55), рр. 61–65. (In Russ.).Буглов Н.А., Карпиков А.В., Гриб П.С. Стендовые исследования характера закрепления на забое нижней части бурильной колонны при алмазном бурении геологоразведочных скважин // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2011. № 2 (39). С. 197-205.Buglov N.A., Karpikov A.V., Grib P.S. The results of experimental-theoretical studies on establishing conditions for fastening bottom section of string when using series diamond bits. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Geologiya, poiski i razvedka rudnykh mestorozhdenii [Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences, Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits], 2011, no. 2 (39), рр. 197–205. (In Russ.).

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