(TO INCREASE THE EFFICIENCY OF ROCK DESTRUCTION BY ROLLER CONE BITS)
В настоящее время для бурения горных пород наиболее широко применяются шарошечные долота, которые представляют собой устройства с вращающимися шарошками, вооруженными зубьями. Существуют различные подходы к оценке эффективности разрушения горных пород шарошечным буровым инструментом, которые можно условно разделить на тенологические и конструктивные. Кроме того, все факторы эффективности работы долота связаны с соответствием его характеристик и процесса бурения свойствам породы в данный момент времени и усреднены. В статье проанализированы оптимальные условия работы долота при бурении горных пород различной твердости. На примере шарошечного бурового агрегата рассмотрен процесс силового взаимодействия зубчатого вооружения с горной породой в зависимости от различных факторов, таких как форма зуба, угол наклона, острота зуба, и других. Отмечено, что для шарошечного бурения хрупких и крепких пород зубья не должны иметь большие размеры, но должны быть заострены, в то время как зубья шарошек, применяемых для бурения вязких и пластичных пород, должны способствовать появлению сдвиговых напряжений. Показано, что кинематические характеристики взаимодействия зубчатого вооружения с разбуриваемой породой также оказывают существенное влияние на эффективность процесса разрушения забоя.
At the present time roller cone bits, which are devices with rotating balls armed with teeth, are the most widely used for rock drilling. There are various approaches to estimating the efficiency of rock destruction by a roller cone drill bit, which can be divided into tenological and constructive ones. Moreover, all factors of the bit efficiency are related to the correspondence of its characteristics and the drilling process to the rock properties at a given moment of time and are averaged. In this article the optimum conditions for bit performance in drilling rocks of different hardness are analyzed. On the example of roller cone drill bit the process of interaction of gear arms with rocks depending on different factors, such as a tooth shape, an angle of inclination, sharpness of a tooth and others is considered. It is marked that teeth for hard and brittle formations should not have large size, but they should be sharpened, while teeth used for ductile and plastic formations should contribute to shear stresses. It is shown that kinematic characteristics of interaction between the teeth and the drilled rock also have a significant influence on the efficiency of the bottom hole fracture process.
А.О. Шигин1, e-mail: shigin_ao@mail.ru
Д.А. Борейко2, e-mail: diacont_dboreyko@mail.ru
Д.Ю. Сериков3, e-mail: serrico@rambler.ru
1 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет» (Красноярск, Россия).
2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ухтинский государственный технический университет» (Ухта, Россия).
3 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).
A.O. Shigin1, e-mail: shigin_ao@mail.ru
D.A. Boreiko2, e-mail: diacont_dboreyko@mail.ru
D.Yu. Serikov3, e-mail: serrico@rambler.ru
1 Federal State Autonomous Educational Institution for Higher Education “Siberian Federal University (Krasnoyarsk, Russia).
2 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Ukhta State Technical University” (Ukhta, Russia).
3 Federal State Autonomous Educational Institution for Higher Education “Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)” (Moscow, Russia).
Богомолов Р.М. Методы повышения эффективности разрушения горных пород при бурении шарошечными долотами: специальность 25.00.15 «Технология бурения и освоения скважин»: диссертация на соискание степени доктора технических наук. Научно-производственное объединение «Буровая техника». М., 2001. 434 с.
Пяльченков В.А., Пяльченков Д.В., Долгушин В.В. и др. Способ экспериментального определения усилий, действующих на вооружение и опоры шарошечного долота // Нефтяное хозяйство. 2016. № 8. С. 112–115.
Блинков О.Г. Определение эффективных геометрических параметров твердосплавного вооружения буровых шарошечных долот в зависимости от механических свойств горных пород // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2022. № 1 (127). С. 27–31.
Нескоромных В.В., Попова М.С. Основы системного подхода к проектированию бурового инструмента // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2018. № 8. С. 26–31.
Сериков Д.Ю. Совершенствование боковых гидромониторных насадок шарошечных буровых долот // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2017. № 1. С. 9–14.
Сериков Д.Ю., Пиканов К.А. Методика определения положения мгновенной оси вращения шарошки бурильного инструмента // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2014. № 5. С. 20–22.
Дунаев В.И., Нижник А.Е., Титов Н.Г. и др. Хрупкое разрушение горных пород // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2020. № 6. С. 18–20.
Третьяк А.Я., Попов В.В., Гроссу А.Н., Борисов К.А. Инновационные подходы к конструированию высокоэффективного породоразрушающего инструмента // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2017. № 8. С. 225–230.
Шарипов А.Н., Мингазов Р.Р. Долота для бурения по твердым породам // Бурение и нефть. 2012. № 12. С. 46–48.
Шигин А.О. Методология проектирования адаптивных вращательно-подающих органов буровых станков и технологий их применения в сложно-структурных породных массивах: специальность 05.05.06 «Горные машины»: диссертация на соискание степени доктора технических наук. ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет». Красноярск, 2015. 320 с.
Шигин А.О., Гилев А.В., Шигина А.А. Напряжения и стойкость шарошечных долот при бурении сложноструктурных массивов горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. № 4. С. 325–333.
Богомолов Р.М., Сериков Д.Ю. Совершенствование вооружения шарошечного бурового долота // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2018. № 5. С. 24–28.
Вышегородцева Г.И. Факторы, обусловливающие прекращение использования бурового долота // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2021. № 2 (338). С. 14–17.
Синев С. В. Модели бурения in situ // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 11. С. 41–49.
Bogomolov R.M. Methods of Increasing Efficiency of Rock Destruction While Drilling with Roller Cone Bits. Thesis for the Degree of Doctor of Engineering Sciences. Scientific and Production Association “Drilling Technic”. Мoscow; 2001. (In Russ.)
Pyalchenkov V.A., Pyalchenkov D.V., Dolgushin V.V. et al. Method of Experimental Determination of Forces, Acting on the Cutting Elements and the Bearings of Rolling Cutter Bit. Neftyanoe khozyaistvo [Oil Industry]. 2016;(8):112–115. (In Russ.)
Blinkov O.G. Determination of Effective Geometric Parameters Carbide Drilling Roller Bits Depending on the Mechanical Properties of the Rocks. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of Oil and Gas Wells on Land and Offshore]. 2022;1(127):27–31. (In Russ.)
Neskoromnykh V.V., Popova M.S. Basis of the System Approach to Drilling Tool Design. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of Oil and Gas Wells on Land and Offshore]. 2018;(8):26–31. (In Russ.)
Serikov D.Yu. Updating of Lateral Jet Nozzles of Rolling Cutter Drill Bit. Oborudovaniye i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa [Equipment and Technologies for Oil and Gas Industry]. 2017;(1):9–14. (In Russ.)
Serikov D.Yu., Pikanov K.A. Some Methodology of Determining Location of Momentary Rotational Axis of a Drill Bit Cutter. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of Oil and Gas Wells on Land and Offshore]. 2014;(5):20–22. (In Russ.)
Dunaev V.I., Nizhnik A.Ye., Titov N.G. et al. Brittle Crushing of Rocks. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of Oil and Gas Wells on Land and Offshore]. 2020;(6):18–20. (In Russ.)
Tretyak A.Ya., Popov V.V., Grossu A.N., Borisov K.A. Nnovative Approaches to Designing Highly Efficient Rock-Breaking Tool. Gornyy informatsionnoanaliticheskiy byulleten' (nauchno-tekhnicheskiy zhurnal) [Mining Informational and Analytical Bulletin (Scientific and Technical Journal)]. 2017;(8):225–230. (In Russ.)
Sharipov A.N., Mingazov R.R. Bits to Drill Hard Rocks. Burenie i neft’ [Drilling and Oil]. 2012;(12):46–48. (In Russ.)
Shigin A.O. Design Methodology of Adaptive Rotary Feeding Bodies of Drilling Machines and Technologies of Their Application in Complex Rock Massifs. Thesis for the Degree of Doctor of Engineering Sciences. Irkutsk National Research Technical University. Krasnoyarsk; 2015. (In Russ.)
Shigin A.O., Gilev A.V., Shigina A.A. Stresses and Stability of Rolling Cutter Bits in Complex-Structure Rock Masses. Gornyy informatsionnoanaliticheskiy byulleten' (nauchno-tekhnicheskiy zhurnal) [Mining Informational and Analytical Bulletin (Scientific and Technical Journal)]. 2013;(4):325–333. (In Russ.)
Bogomolov R.M., Serikov D.Yu. Improvement of the Cutting Structures of the Rolling Cutter Drill Bits. Oborudovaniye i tekhnologii dlya neftegazovogo kompleksa [Equipment and Technologies for Oil and Gas Industry]. 2018;(5):24–28. (In Russ.)
Vyshegorodtseva G.I. Factors, Determining Termination of a Drill Bit Use. Stroitel'stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more [Construction of Oil and Gas Wells on Land and Offshore]. 2021;2(338):14–17. (In Russ.)
Sinev S.V. Drilling in Situ Models. Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2016;(11):41–49. (In Russ.)
Вход
Главная
Журналы
Назад к журналу