Модернизация породоразрушающего инструмента для ударно-вращательного бурения, реализующего внецентренное приложение ударных импульсов

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.

бурение, производительность, эксцентриситет, удар, разрушение, горная порода

1. В 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

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.