Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2025
Идентификатор DOI: 10.17122/ngdelo-2025-6-32-39
Ключевые слова: bit design, frozen rocks, drilling tool, well drilling, PDC cutter orientation, fracture mechanism, temperature regime, конструкция долот, мерзлые горные породы, буровой инструмент, бурение скважин, ориентация резцов PDC, механизм разрушения, температурный режим
Аннотация: Цель данной работы состоит в определении направлений разработки конструкций бурового инструмента, предназначенного для работы в условиях наличия мерзлых горных пород. Основная задача исследования - проанализировать существующий научный и производственный опыт, а также изучить механизм разрушения мерзлых горных пород при бурении сквПоказать полностьюажин, на основании чего определить возможные преимущества применения инструмента PDC при бурении в мерзлых горных породах. В статье раскрыта актуальность разработки конструкций бурового инструмента, предназначенного для вскрытия мерзлых горных пород. Работа базируется на аналитике имеющихся научных фактов и результатов производственного бурения. Проведенный анализ механизма разрушения и напряженно-деформационного состояния, возникающего при бурении в мерзлых горных породах, позволил выявить основные проблемы выбора типа инструмента для сооружения скважин в интервалах мерзлых пород. Результаты исследования показали, что наиболее перспективным для эффективного разрушения мерзлых горных пород выступает инструмент типа PDC, рабочая поверхность которого позволяет реагировать на изменения условий процесса разрушения породы. Такой породоразрушающий инструмент обладает резцами необходимой формы, прочности и износостойкости. Проведен анализ влияния конструкции бурового инструмента на механизм разрушения мерзлых горных пород и температурный режим бурения. Путем математических преобразований получено выражение, наглядно демонстрирующее зависимость температурного режима на забое скважины от геометрических параметров бурового долота. Определено, что ориентация резцов PDC при прочих равных условиях способно оказывать влияние на уровень прироста температуры на забое в процессе бурения. Описанные пути решения задач указывают на возможность развития методики, основанной на комплексном анализе механизма разрушения горных пород, позволяющей осуществлять предупреждение осложнений, возникающих в процессе сооружения скважин, и регулирование режима бурения путем изменения ориентации, формы, размеров и схемы расположения резцов на рабочей поверхности инструмента. Результаты проведенного исследования позволяют установить основные направления разработки конструкций бурового инструмента, предназначенного для бурения в условиях отрицательных температур. The purpose of this study is to identify development directions for drilling tool designs designed for use in frozen rock environments. The primary objective of the study is to analyze existing scientific and industrial experience and examine the mechanism of frozen rock failure during well drilling, thereby identifying the potential advantages of using PDC tools in drilling in frozen rock. This article examines the relevance of developing drilling tool designs designed for penetrating frozen rock. The study is based on an analysis of existing scientific data and production drilling results. An analysis of the failure mechanism and stress-strain state occurring during drilling in frozen rock revealed the key challenges in selecting a tool for well construction in frozen rock intervals. The study's results demonstrated that PDC tools offer the most promising potential for effectively breaking frozen rock, as their working surface allows for responsiveness to changing rock failure conditions. Such rock-breaking tools feature cutters of the required shape, strength, and wear resistance. An analysis of the impact of drilling tool design on the mechanism of permafrost fracture and drilling temperature conditions was conducted. Mathematical transformations were used to derive an expression that clearly demonstrates the dependence of the temperature regime at the borehole bottom on the geometric parameters of the drill bit. It was determined that, all other things being equal, the orientation of PDC cutters can influence the rate of temperature increase at the borehole bottom during drilling. The described approaches to solving these problems point to the possibility of developing a methodology based on a comprehensive analysis of the rock fracture mechanism, enabling the prevention of complications arising during well construction and the regulation of drilling conditions by changing the orientation, shape, size, and arrangement of cutters on the working surface of the tool. The results of this study allow us to identify key areas for the development of drilling tool designs intended for drilling in subzero temperatures.
Журнал: Нефтегазовое дело
Выпуск журнала: Т. 23, № 6
Номера страниц: 32-39
ISSN журнала: 20730128
Место издания: Уфа
Издатель: Уфимский государственный нефтяной технический университет