ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ РЕАЛІЗАЦІЇ ГІДРОМЕХАНІЧНОГО СПОСОБУ БУРІННЯ
Purpose. Analytical-laboratory and bench study of the main regularities of the functioning of rock-breaking organs of hydro (pneumatic) mechanical drilling devices in rocks of different strength indicators and the development on their basis of rational technical and technological regulations for the...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной академии наук Украины
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/304 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Tooling materials science |
Репозитарії
Tooling materials science| id |
oai:ojs2.altis-ism.org.ua:article-304 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Tooling materials science |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2023-08-28T08:33:35Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Ключові слова: гідро(пневмо)механічне буріння гірська порода вибій свердловина очисний агент породоруйнівні кулі механічна швидкість поглиблення поверхнево-активна речовина адсорбція дезінтеграція. |
| spellingShingle |
Ключові слова: гідро(пневмо)механічне буріння гірська порода вибій свердловина очисний агент породоруйнівні кулі механічна швидкість поглиблення поверхнево-активна речовина адсорбція дезінтеграція. Ігнатов, Андрій ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ РЕАЛІЗАЦІЇ ГІДРОМЕХАНІЧНОГО СПОСОБУ БУРІННЯ |
| topic_facet |
Key words: hydro(pneumatic)mechanical drilling rock bottomhole well cleaning agent rock-breaking balls mechanical speed of the recess surfactant adsorption disintegration. Ключевые слова: гидро(пневмо)механическое бурение горная порода забой скважина очистной агент породоразрушающие шары механическая скорость углубки поверхностно-активное вещество адсорбция дезинтеграция. Ключові слова: гідро(пневмо)механічне буріння гірська порода вибій свердловина очисний агент породоруйнівні кулі механічна швидкість поглиблення поверхнево-активна речовина адсорбція дезінтеграція. |
| format |
Article |
| author |
Ігнатов, Андрій |
| author_facet |
Ігнатов, Андрій |
| author_sort |
Ігнатов, Андрій |
| title |
ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ РЕАЛІЗАЦІЇ ГІДРОМЕХАНІЧНОГО СПОСОБУ БУРІННЯ |
| title_short |
ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ РЕАЛІЗАЦІЇ ГІДРОМЕХАНІЧНОГО СПОСОБУ БУРІННЯ |
| title_full |
ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ РЕАЛІЗАЦІЇ ГІДРОМЕХАНІЧНОГО СПОСОБУ БУРІННЯ |
| title_fullStr |
ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ РЕАЛІЗАЦІЇ ГІДРОМЕХАНІЧНОГО СПОСОБУ БУРІННЯ |
| title_full_unstemmed |
ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ РЕАЛІЗАЦІЇ ГІДРОМЕХАНІЧНОГО СПОСОБУ БУРІННЯ |
| title_sort |
дослідження технологічних особливостей реалізації гідромеханічного способу буріння |
| title_alt |
STUDY OF TECHNOLOGICAL FEATURES OF THE IMPLEMENTATION OF THE HYDROMECHANICAL DRILLING METHOD ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО СПОСОБА БУРЕНИЯ |
| description |
Purpose. Analytical-laboratory and bench study of the main regularities of the functioning of rock-breaking organs of hydro (pneumatic) mechanical drilling devices in rocks of different strength indicators and the development on their basis of rational technical and technological regulations for the construction of exploration and production wells with high rates of deepening.
Methods. The study of the features of the functioning of hydro (pneumatic) mechanical drilling devices was based on the use of complex analytical and laboratory methods. The study of the processes of destruction of rocks of various hardness was carried out using modern methods of analytical analysis and experimental research, in particular, by using the methods of mathematical and physical modeling, methods for processing research results in software support SolidWorks, STATGRAPHICS, MATHCAD, instrumentation and corresponding to the original task materials.
The course of solving the problems of optimal planning of the experiment was divided into the following stages: drawing up a model; preparation of the necessary initial data; model calculation; getting results.
The flow of borehole rock-cutting processes was simulated on a special laboratory stand equipped with a control and measuring unit (flow meter, pressure gauge, tachometer, coordinate recorder).
The parameters of the process of adsorption of active substances from aqueous solutions on the surface of the studied rocks were studied on their powders, for which the optimal ratio between the mass of the solid phase and the volume of the solution was experimentally determined, as well as the time for establishing adsorption equilibrium. The values of the adsorption parameter were calculated by measuring the optical density of the test solution before and after the corresponding interaction when monochromatic light was passed through it.
Findings. Modern directions of research and design work in the field of widespread introduction into drilling business of elements of physical methods of rock mass destruction are considered. Regarding the features of the structural and technical implementation of individual units of the devices under consideration, the main technological factors of their rational functioning in various well conditions are reflected. Detailed studies have convincingly proved the existence of a close relationship between the factor of the presence of a dynamic component for the axial load on the rock cutting tool and the possible intensification of destruction processes. Specific examples show the leading role of individual properties of the drilling fluid in the implementation of the conditions for enhancing the efficiency of the destruction processes. It has been convincingly proven that since the main factor in hydro(pneumo)mechanical drilling is a significant degree of development of destruction processes, that is why their intensification can be achieved due to the directed physical and chemical action of the surface-active medium. Experimental studies have been carried out to study the development and results of surface interactions - adsorption at the phase boundary, as the main factor in the sustainable destruction of the rock mass.
Originality. The main factors for the rational functioning of hydro (pneumatic) mechanical drilling devices in rocks that differ in strength indicators are the observance of a certain, quite technologically determined regulation, based on the use of optimal designs of a rock cutting tool and a justified, from the standpoint of the physicochemical theory of the interaction of various phases, a hydraulic program well flushing.
Practical implications. The presented results of laboratory and experimental studies (in relation to the mechanism of disintegration and surface physical and mechanical processes) are basic for designing the regime parameters of the program for the destruction and flushing of wells for hydromechanical drilling, in addition, they refer to the main initial data used in substantiating the design and technical technological characteristics of the corresponding upgraded devices. The obtained results of the research serve as the basis for the reasonable design of the regime parameters of the deepening of the well through the use of hydro (pneumatic) mechanical devices and can serve as starting points for the development of optimal design and technological parameters of the devices under consideration. |
| publisher |
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной академии наук Украины |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/304 |
| work_keys_str_mv |
AT ígnatovandríj studyoftechnologicalfeaturesoftheimplementationofthehydromechanicaldrillingmethod AT ígnatovandríj issledovanietehnologičeskihosobennostejrealizaciigidromehaničeskogosposobabureniâ AT ígnatovandríj doslídžennâtehnologíčnihosoblivostejrealízacíígídromehaníčnogosposobuburínnâ |
| first_indexed |
2025-09-24T17:42:04Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:42:04Z |
| _version_ |
1850410049756725248 |
| spelling |
oai:ojs2.altis-ism.org.ua:article-3042023-08-28T08:33:35Z STUDY OF TECHNOLOGICAL FEATURES OF THE IMPLEMENTATION OF THE HYDROMECHANICAL DRILLING METHOD ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО СПОСОБА БУРЕНИЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ РЕАЛІЗАЦІЇ ГІДРОМЕХАНІЧНОГО СПОСОБУ БУРІННЯ Ігнатов, Андрій Key words: hydro(pneumatic)mechanical drilling, rock, bottomhole, well, cleaning agent, rock-breaking balls, mechanical speed of the recess, surfactant, adsorption, disintegration. Ключевые слова: гидро(пневмо)механическое бурение, горная порода, забой, скважина, очистной агент, породоразрушающие шары, механическая скорость углубки, поверхностно-активное вещество, адсорбция, дезинтеграция. Ключові слова: гідро(пневмо)механічне буріння, гірська порода, вибій, свердловина, очисний агент, породоруйнівні кулі, механічна швидкість поглиблення, поверхнево-активна речовина, адсорбція, дезінтеграція. Purpose. Analytical-laboratory and bench study of the main regularities of the functioning of rock-breaking organs of hydro (pneumatic) mechanical drilling devices in rocks of different strength indicators and the development on their basis of rational technical and technological regulations for the construction of exploration and production wells with high rates of deepening. Methods. The study of the features of the functioning of hydro (pneumatic) mechanical drilling devices was based on the use of complex analytical and laboratory methods. The study of the processes of destruction of rocks of various hardness was carried out using modern methods of analytical analysis and experimental research, in particular, by using the methods of mathematical and physical modeling, methods for processing research results in software support SolidWorks, STATGRAPHICS, MATHCAD, instrumentation and corresponding to the original task materials. The course of solving the problems of optimal planning of the experiment was divided into the following stages: drawing up a model; preparation of the necessary initial data; model calculation; getting results. The flow of borehole rock-cutting processes was simulated on a special laboratory stand equipped with a control and measuring unit (flow meter, pressure gauge, tachometer, coordinate recorder). The parameters of the process of adsorption of active substances from aqueous solutions on the surface of the studied rocks were studied on their powders, for which the optimal ratio between the mass of the solid phase and the volume of the solution was experimentally determined, as well as the time for establishing adsorption equilibrium. The values of the adsorption parameter were calculated by measuring the optical density of the test solution before and after the corresponding interaction when monochromatic light was passed through it. Findings. Modern directions of research and design work in the field of widespread introduction into drilling business of elements of physical methods of rock mass destruction are considered. Regarding the features of the structural and technical implementation of individual units of the devices under consideration, the main technological factors of their rational functioning in various well conditions are reflected. Detailed studies have convincingly proved the existence of a close relationship between the factor of the presence of a dynamic component for the axial load on the rock cutting tool and the possible intensification of destruction processes. Specific examples show the leading role of individual properties of the drilling fluid in the implementation of the conditions for enhancing the efficiency of the destruction processes. It has been convincingly proven that since the main factor in hydro(pneumo)mechanical drilling is a significant degree of development of destruction processes, that is why their intensification can be achieved due to the directed physical and chemical action of the surface-active medium. Experimental studies have been carried out to study the development and results of surface interactions - adsorption at the phase boundary, as the main factor in the sustainable destruction of the rock mass. Originality. The main factors for the rational functioning of hydro (pneumatic) mechanical drilling devices in rocks that differ in strength indicators are the observance of a certain, quite technologically determined regulation, based on the use of optimal designs of a rock cutting tool and a justified, from the standpoint of the physicochemical theory of the interaction of various phases, a hydraulic program well flushing. Practical implications. The presented results of laboratory and experimental studies (in relation to the mechanism of disintegration and surface physical and mechanical processes) are basic for designing the regime parameters of the program for the destruction and flushing of wells for hydromechanical drilling, in addition, they refer to the main initial data used in substantiating the design and technical technological characteristics of the corresponding upgraded devices. The obtained results of the research serve as the basis for the reasonable design of the regime parameters of the deepening of the well through the use of hydro (pneumatic) mechanical devices and can serve as starting points for the development of optimal design and technological parameters of the devices under consideration. Цель. Аналитико-лабораторное и стендовое изучение основных закономерностей функционирования породоразрушающих органов устройств гидро(пневмо)механического бурения в породах, различных по прочностным показателям и разработка на их основе рационального технико-технологического регламента сооружения скважин разведочного и эксплуатационного назначения с высокими показателями скорости углубки. Методика. Изучение особенностей функционирования устройств гидро(пневмо)механического бурения базировалось на использовании комплексных аналитико-лабораторных методов. Исследование процессов разрушения горных пород различной твердости выполнено с применением современных методов аналитического анализа и экспериментальных исследований, в частности, путем использования методов математического и физического моделирования, методик обработки результатов исследований в программном сопровождении SolidWorks, STATGRAPHICS, МАТНСАD, контрольно-измерительных приборов и соответствующих исходному заданию материалов. Ход решения задач оптимального планирования эксперимента делился на следующие этапы: составление модели; подготовка необходимых исходных данных; расчет модели; получение результатов. Протекание скважинных породоразрушающих процессов моделировалось на специальном лабораторном стенде, оборудованном контрольно-измерительным блоком (расходомер, манометр, тахометр, координатник). Параметры процесса адсорбции активных веществ из водных растворов на поверхности исследуемых пород изучались на их порошках, для чего экспериментально определялось оптимальное соотношение между массой твердой фазы и объемом раствора, а также время установления адсорбционного равновесия. Вычисление величин параметра адсорбции проводилось путем измерения оптической плотности исследуемого раствора до и после соответствующего взаимодействия при пропускании сквозь него монохроматического света. Результаты. Рассмотрены современные направления проведения исследований и конструкторских работ в области широкого внедрения в буровое дело элементов физических способов разрушения горного массива. Относительно особенностей структурно-технического выполнения отдельных узлов рассматриваемых устройств, отражены основные технологические факторы их рационального функционирования в различных скважинных условиях. Подробными исследованиями убедительно доказано существование тесной связи между фактором наличия для осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент динамической составляющей и возможной интенсификацией процессов разрушения. Конкретными примерами показана ведущая роль отдельных свойств бурового раствора в реализации условий усиления эффективности протекания процессов разрушения. Убедительно доказано, что поскольку основным фактором гидро(пнемо)механического бурения является значительная степень развития процессов разрушения, именно поэтому их интенсификация может быть достигнута за счет направленного физико-химического воздействия поверхностно-активной среды. Выполнены экспериментальные исследования по изучению развития и результатов поверхностных взаимодействий – адсорбции на границе раздела фаз, как основного фактора устойчивого разрушения горного массива. Научная новизна. Основными факторами рационального функционирования устройств гидро(пневмо)механического бурения в породах, различающихся по прочностным показателям, является соблюдение определенного, вполне технологически определяемого регламента, основанного на применении оптимальных конструкций породоразрушающего инструмента и обоснованной, с позиций физико-химической теории взаимодействия различных фаз, гидравлической программы промывки буровой скважины. Практическая значимость. Изложенные результаты лабораторно-экспериментальных исследований (применительно к механизму протекания дезинтеграционных и поверхностных физико-механических процессов) являются базовыми для проектирования режимных параметров программы разрушения и промывки скважин гидромеханического бурения, кроме того, они относятся к основным исходным данным, применяемым при обосновании конструктивных и технико-технологических характеристик соответствующих модернизированных устройств. Полученные результаты исследований выступают основой для обоснованного проектирования режимных параметров процесса углубки скважины за счет использования гидро(пневмо)механических устройств и могут служить исходными положениями для разработки оптимальных конструктивных и технологических параметров рассматриваемых устройств. Мета. Аналітико-лабораторне і стендове вивчення основних закономірностей функціонування породоруйнівних органів пристроїв гідро(пневмо)механічного буріння в породах, різних за показниками міцності та розробка на їх основі раціонального техніко-технологічного регламенту спорудження свердловин розвідувального і експлуатаційного призначення із високими показниками швидкості поглиблення вибою. Методика. Вивчення особливостей функціонування пристроїв гідро(пневмо)механічного буріння базувався на використанні комплексних аналітико-лабораторних методів. Дослідження процесів руйнування гірських порід різної твердості виконано із застосуванням сучасних методів аналітичного аналізу й експериментальних досліджень, зокрема шляхом використання методів математичного й фізичного моделювання, методик обробки результатів досліджень у програмному супроводженні SolidWorks, STATGRAPHICS, МАТНСАD, контрольно-вимірювальних приладів і відповідних завданням матеріалів. Хід розв’язання задач оптимального планування експерименту поділявся на такі етапи: складання моделі; підготовка необхідних вихідних даних; розрахунок моделі; отримання результатів. Протікання свердловинних породоруйнівних процесів моделювалось на спеціальному лабораторному стенді, який обладнано контрольно-вимірювальним блоком (витратомір, манометр, тахометр, координатник). Параметри процесу адсорбції активних речовин з водних розчинів на поверхні досліджуваних порід вивчалися на їх порошках, для чого експериментально визначалося оптимальне співвідношення між масою твердої фази і об'ємом розчину, а також час встановлення адсорбційної рівноваги. Обчислення величин параметру адсорбції проводилося шляхом вимірювання оптичної густини досліджуваного розчину до та після відповідної взаємодії, за пропускання крізь нього монохроматичного світла. Результати. Розглянуто сучасні напрямки проведення дослідницьких та конструкторських робіт в області широкого впровадження в бурову справу елементів фізичних способів руйнування гірського масиву. Відносно особливостей структурно-технічного виконання окремих вузлів розглядуваних пристроїв, висвітлено основні технологічні чинники їх раціонального функціонування в різних свердловинних умовах. Детальними дослідження переконливо доведено існування тісного зв’язку між фактором наявності для осьового навантаження на породоруйнівний інструмент динамічної складової та можливою інтенсифікацією руйнівних процесів. Конкретними прикладами показано провідну роль окремих властивостей бурового розчину в реалізації умов посилення ефективності протікання вибійних руйнівних процесів. Переконливо доведено, що оскільки основним фактором гідро(пнемо)механічного буріння є значний ступінь розвитку руйнівних процесів, саме тому їх інтенсифікація може бути досягнута за рахунок спрямованого фізико-хімічного впливу поверхнево-активного середовища. Виконано експериментальні дослідження з вивчення розвитку і результатів поверхневих взаємодій – адсорбції на межі розділу фаз, як основного чинника сталого руйнування гірського масиву. Наукова новизна. Основними факторами раціонального функціонування пристроїв гідро(пневмо)механічного буріння в породах, що різняться за показниками міцності, є додержання певного, цілком технологічно визначуваного, регламенту, який базується на застосування оптимальних конструкцій породоруйнівного інструменту та обґрунтованій, з позицій фізико-хімічної теорії взаємодії різних фаз, гідравлічної програми промивання бурової свердловини. Практична значущість. Викладені результати лабораторно-експериментальних досліджень (стосовно механізму протікання дезінтеграційних і поверхневих фізико-механічних процесів) є базовими для проектування режимних параметрів програми руйнування та промивання свердловин гідромеханічного буріння та належать до основних вихідних даних, що застосовуються при обґрунтуванні конструктивних і техніко-технологічних характеристик відповідних модернізованих пристроїв. Отримані результати досліджень виступають основою для обґрунтованого проектування режимних параметрів процесу поглиблення свердловини за рахунок використання гідро(пневмо)механічних пристроїв, та можуть слугувати вихідними положеннями для розробки оптимальних конструктивних і технологічних параметрів розглядуваних пристроїв. Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля Национальной академии наук Украины 2023-08-23 Article Article application/pdf http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/304 Інструментальне матеріалознавство; Том 25 № 1 (2022): Інструментальне матеріалознавство; 53-65 Инструментальное материаловедение; Том 25 № 1 (2022): Инструментальное материаловедение; 53-65 Tooling materials science; Vol 25 No 1 (2022): Tooling marerials science; 53-65 2708-7328 2708-731X uk http://altis-ism.org.ua/index.php/ALTIS/article/view/304/227 Авторське право (c) 2022 Інструментальне матеріалознавство |