geologyИзвестия высших учебных заведений. Геология и разведкаProceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration0016-77622618-8708Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting10.32454/0016-7762-2019-5-64-69geology-463Research ArticleТЕХНИКА ГЕОЛОГО-РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТGEOLOGICAL EXPLORATION TECHNIQUEМодернизация породоразрушающего инструмента для ударно-вращательного бурения, реализующего внецентренное приложение ударных импульсовModernization of rock-cutting tool for rotary-percussion drilling that implements eccentric application of impact pulsesНескоромныхВ. В.NeskoromnykhV. V.

79, Свободный пр., Красноярск 660041

79, Svobodnyj pr., Krasnoyarsk 660041

antong77@yandex.ruГоловченкоА. Е.GolovchenkoA. E.

79, Свободный пр., Красноярск 660041

79, Svobodnyj pr., Krasnoyarsk 660041

ПоповаМ. С.PopovaM. S.

79, Свободный пр., Красноярск 660041

79, Svobodnyj pr., Krasnoyarsk 660041

Институт горного дела, геологии и геотехнологий Сибирского федерального университетаРоссияSchool of Mining, Geology and Geotechnology of the Siberian Federal UniversityRussian Federation201927112019056469Copyright © Нескоромных В.В., Головченко А.Е., Попова М.С., 20192019Нескоромных В.В., Головченко А.Е., Попова М.С.Neskoromnykh V.V., Golovchenko A.E., Popova M.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.geology-mgri.ru/jour/article/view/463

Ударно-вращательное бурение скважин пневмоударниками — перспективный, высокопроизводительный способ, широко используемый в практике геолого-разведочных работ, производительность которого определяется в основном давлением и количеством подаваемого компрессором очистного агента. Параметры серийно выпускаемых компрессоров высокого давления не позволяют производить бурение на глубине более 300 м, что является одним из главных сдерживающих факторов практического применения в производственных условиях. Одним из способов повышения производительности процесса ударно-вращательного бурения скважин, а вместе с тем и предельной глубины буримых скважин является совершенствование механизма разрушения горных пород приложением внецентренных ударных импульсов к буровому инструменту, что позволит более активно реализовать тангенциальную составляющую ударного импульса, оказывающую влияние на форму и объемы формируемых лунок разрушения, обеспечивая дополнительное скалывание породы в направлении плоскости забоя. Рассмотрены пути совершенствования известных конструкций долот для ударно-вращательного бурения скважин, реализующих внецентренное приложение ударных импульсов, вопросы геометрического обоснования формы эксцентричного выступа на торовой шайбе бурового долота для ударно-вращательного бурения и колебаний торовой шайбы при передаче внецентренных ударных импульсов с точки зрения повышения долговечности конструкции и точности передачи внецентренных ударных импульсов.

Rotary percussion drilling with pneumatic hammers is a promising, high-performance method widely used in the practice of geological exploration, the performance of which is determined mainly by pressure and the amount of cleaning agent supplied by the compressor. The parameters of commercially available high-pressure compressors do not allow drilling at a depth of more than 300 meters, which is one of the main limiting factors of its practical application in production conditions. One of the ways to improve the performance of the rotary-percussion drilling of wells, and at the same time the maximum depth of drilled wells is to improve the mechanism of rock destruction by applying eccentric impact pulses to the drilling tool, which will make it possible to implement more actively the tangential component of the impact pulse that affects the shape and the volumes of the fracture holes being formed, providing additional splitting of the rock in the direction of the rock face. The paper discusses the ways to perfect the known designs of bits for rotary-percussion drilling of wells implementing eccentric application of impact impulses, issues of geometric substantiation of the shape of an eccentric protrusion on a drill bit torus shim for rotary-percussion drilling and oscillations of torus shim when transmitting eccentric impact pulses from the point of view of enhancement durability of a construction and accuracy of transfer of eccentric impact pulses.

бурениепроизводительностьэксцентриситетударразрушениегорная породаdrillingproductivityeccentricityimpactdestructionrockReferencesВ а с и л ь е в А.Н., Ш и ш л я е в В.В., К и р и л ь ч е н - к о А.В. Внедрение ударно-вращательного способа бурения и эффективных методов геолого-промысловых исследований при разведке метаноугольных месторождений // Разведка и охрана недр. 2014. №¹ 7. С. 45–49.Vasil’ev A.N., Shishljaev V.V., Kiril’chenko A.V. The introduction of rotary-percussion drilling method and effective methods of geological and field research in the exploration of methane-coal deposits. Razvedka i ohrana nedr — Mineral exploration and protection, 2014, no. 7, pp. 45–49. (in Russian)Г о л о в ч е н к о А.Е. Исследование зависимости угла перекоса забоя от эксцентриситета приложения удара // Проблемы геологии и освоения недр: Труды XXII международного симпозиума им. академика М.А. Усова студентов и молодых ученых. Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2018. Т. 2. С. 497–499.Golovchenko A.E. The study of the dependence of the skew angle of the face on the eccentricity of the impact application. Theses of XXIId session of International symposium Problems of geology and subsoil development. Tomsk Publ., 2018, pp. 497– 499. (in Russian)Нескоромны х В.В., Головченко А.Е. Патент 2682824 Российская Федерация, МПК Е21В 10/36 (2006.01). Буровое долото для ударно-вращательного бурения: №2018118680: заявл. 21.05.2018: опубл. 21.03.2019; заявитель СФУ. 6 с. : ил. Текст: непосредственный.Neskoromnyh V.V., Golovchenko A.E. Burovoe doloto dlja udarno-vrashhatel’nogo burenija [Drill bit for rotary-percussion drilling]. Patent RF, no. 2682824, 2018. (in Russian)Н е с к о р о м н ы х В.В. Результаты экспериментальных исследований разрушения горных пород внецентренными ударными импульсами // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 1999. ¹ 6. С. 115–120.Neskoromnyh V.V. The results of experimental studies of the destruction of rocks by eccentric impact pulses. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Geologija i razvedka — Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration, 1999, no. 6, pp. 115–120. (in Russian)Р я б ч и к о в С.Я., Х р а м е н к о в В.И., Б р ы л и н В.И. Технология и техника бурения геологоразведочных и геотехнологических скважин: учебное пособие. Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2010. 514 с.Rjabchikov S.Ja., Hramenkov V.I., Brylin V.I. Technology and technique for drilling exploration and geotechnological wells. Tomsk: Tomsk Polytechnic University Publ., 2010, 514 p. (in Russian)О п а р и н В.Н., Т и м о н и н В.В., К а р п о в В.Н. Количественная оценка эффективности процесса разрушения горных пород при ударно-вращательном бурении скважин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016. ¹ 6. С. 60–74.Oparin V.N. Timonin V.V., Karpov V.N. Quantitative assessment of the effectiveness of the process of destruction of rocks during rotary-percussion drilling of wells. Fiziko-tehnicheskie problem razrabotki poleznyh iskopaemyh — Journal of Mining Science, 2016, no. 6, pp. 60–74. (in Russian)Т и м о н и н В.В., К а р п о в В.Н. Оценка процесса разрушения горных пород при ударно-вращательном бурении скважин // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. 2016. Т. 2. №¹ 3. С. 172–176.Timonin V.V., Karpov V.N. Assessment of the destruction of rocks during shock-rotary drilling. Fundamental’nye i prikladnye voprosy gornyh nauk — Journal of Fundamental and Applied Mining Sciences, 2016, Т. 2, no. 3№, рр. 172–176. (in Russian)B u C.G. Numerical simulation of impact on pneumatic DTH hammer percussive drilling // Journal of Earth Science. 2009. Vol. 20. №N 5. Р. 868–878.Bu C.G. Numerical simulation of impact on pneumatic DTH hammer percussive drilling. Journal of Earth Science, 2009, vol. 20, no. 5, pp. 868–878.K i v a d e S.B., M u r t h y Ch.S., V a r d h a n H. Laboratory Investigations on Percussive Drilling // Journal of The Institution of Engineers. 2013. Vol. 94. №N 2.Kivade S.B., Murthy Ch.S., Vardhan H. Laboratory Investigations on Percussive Drilling. Journal of The Institution of Engineers. 2013, vol. 94,№ no. 2.S a a d a t i M. Granite rock fragmentation at percussive drilling — experimental and numerical investigation // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2014. Vol. 38. №N 8. Р. 562–569.Saadati M. Granite rock fragmentation at percussive drilling — experimental and numerical investigation. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2014, vol. 38,№ no. 8, pp. 562–569.S a k s a l a T. 3D numerical modelling of bit-rock fracture mechanisms in percussive drilling with a multiplebutton bit // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2013. N 37. Р. 309–324.Saksala T. 3D numerical modelling of bit-rock fracture mechanisms in percussive drilling with a multiplebutton bit. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 2013, no. 37, рр. 309–324.S o n g С., C h u n g J., C h o J., N a m Y. Optimal design parameters of a percussive drilling system for efficiency improvement // Advances in Materials Science and Engineering. 2018. N. 1. Р. 1–13.Song С., Chung J., Cho J., Nam Y. Optimal design parameters of a percussive drilling system for efficiency improvement. Advances in Materials Science and Engineering, 2018, №no. №1, pp. 1–13.Z h a n g X., Z h a n g S., L u o Y., W u a D. Experimental study and analysis on a fluidic hammer — an innovative rotary-percussion drilling tool // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019.№ N 4. Р. 362–370.Zhang X., Zhang S., Luo Y., Wua D. Experimental study and analysis on a fluidic hammer—an innovative rotary-percussion drilling tool. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2019, no. № 4, рр. 362–370.

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