Разработка долот для направленного бурения в сложных горно-геологических условиях

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.

1. Ahmed 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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).

18. 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.

19. 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.

20. 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.