2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.18454/pmi.2016.3.412 pmi-5125 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5125 Нефтегазовое дело Oil and gas Development of drilling fluids composition for efficiency increase of hard rocks drilling Разработка составов промывочных жидкостей для повышения эффективности бурения твердых горных пород Nikolaev N. I. Николаев Н. И. Nikolaev N. I. nikinik@mail.ru Санкт-Петербургский горный университет (Россия) Saint-Petersburg Mining University (Russia) Leusheva E. L. Леушева Е. Л. Leusheva E. L. leusheva.ekaterina@mail.ru Санкт-Петербургский горный университет (Россия) Saint-Petersburg Mining University (Russia) 22 06 2016 2016 219 412 420 16 09 2015 22 11 2015 22 06 2016 © 2016 Н. И. Николаев, Е. Л. Леушева © 2016 N. I. Nikolaev, E. L. Leusheva 2016 Н. И. Николаев, Е. Л. Леушева N. I. Nikolaev, E. L. Leusheva Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5125

Представлены способы ослабления пород для повышения эффективности бурения твердых горных пород, а также сделана попытка разработки состава промывочной жидкости. Цель работы – создание композиций промывочных жидкостей, повышающих эффективность разрушения твердых горных пород. Авторами статьи проведены экспериментальные исследования составов промывочных жидкостей и их основных структурно-реологических и фильтрационных характеристик. Также на созданном стенде оценено влияние различных растворов, в том числе и разработанного, на процесс разрушения твердой породы. Результаты исследований показывают, что состав и характеристики разработанной промывочной жидкости положительно влияют на процесс разрушения твердых горных пород. Применение безглинистых буровых растворов с добавками композиций анионактивных ПАВ позволяет увеличить производительность буровых работ за счет повышения механической скорости бурения и проходки на долото.

The article deals with ways of rock weakening for efficiency increase of hard rocks drilling, also development of drilling fluid composition is considered. Aim of the project is to develop drilling fluid composition which increases efficiency of hard rocks destruction. Authors conducted experimental investigation of drilling fluid composition development and their main structural rheological and filter characteristics. Influence of various solutions, including developed one, on hard rocks destruction process is evaluated on introduced testing bench. Investigation results indicate that composition and characteristics of developed drilling fluid positively influence hard rocks destruction process. Implementation of clayless drilling fluid with anion-active surfactant composition additives allows boost of drilling operations performance by increase in mechanical velocity of drilling and drill meterage per bit.

 Ключевые слова горная порода ослабление пород микротрещины скважина деформация реагенты-детергенты поверхностно-активные вещества буровой раствор адсорбция разрушение породы безглинистый раствор Keywords rock rock weakening microcracks well deformation reagents-detergents surfactants drilling fluid adsorption rock destruction clayless solution Дихтяр А.А. Разрушение крепких горных пород с применением поверхностно-активных веществ / А.А.Дихтяр, А.М.Криворучко, Ю.М.Синюков // Механика и разрушение горных пород. Киев: Наукова думка, 1972. Вып.2. С.283-288. Dikhtyar A.A., Krivoruchko A.M., Sinykov Yu.M. Razrushenie krepkikh gornykh porod s primeneniem poverkhnostnoaktivnykh veshchestv (The destruction of hard rocks using surfactants). Kiev: Naukova dumka, 1972. Iss.2, p.283-288. Калинин А.Г. Бурение нефтяных и газовых скважин: Курс лекций. М.: Изд-во ЦентрЛитНефтеГаз, 2008. 848 с. Kalinin A.G. Burenie neftyanykh i gazovykh skvazhin (Oil and gas well drilling). Moscow: Izd-vo TsentrLitNefteGaz, 2008, p.848. Лебедев В.А. Комплексное энергоснабжение при бурении скважин в осложненных климатических условиях / В.А.Лебедев, Е.Л.Леушева, В.А.Моренов // Записки Горного института. 2015. Т.213. С.47-53. Lebedev V.A., Leusheva E.L., Morenov V.A. Kompleksnoe energosnabzhenie pri burenii skvazhin v oslozhnennich klimaticeskikh usloviah (Complex power supply at well drilling in complicated climate conditions). Zapiski Gornogo instituta. 2015. Vol.213, p.47-53. Николаев Н.И. Теоретические и экспериментальные исследования эффективности бурения твердых горных пород / Н.И.Николаев, Е.Л.Леушева // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2015. № 15. С.38-47. DOI: 10.15593/2224-9923/2015.15.5 Nikolaev N.I., Leusheva E.L. Teoreticheskie i eksperimental'nye issledovaniya effektivnosti bureniya tverdykh gornykh porod (Theoretical and experimental investigation of hard rock drilling efficiency). Vestnik PNIPU. Geologiya. Neftegazovoe i gornoe delo, 2015. N 15, p.38-47. DOI: 10.15593/2224-9923/2015.15.5 Ребиндер П.А. Понизители твердости в бурении (физико-химический метод облегчения механического разрушения твердых горных пород при бурении) / П.А.Ребиндер, Л.А.Шрейнер, К.Ф.Жигач. М.: Изд-во АН СССР, 1944. 199 с. Rebinder P.A., Shreiner L.A., Zhigach K.F. Poniziteli tverdosti v burenii (fiziko-khimicheskii metod oblegcheniya mekhanicheskogo razrusheniya tverdykh gornykh porod pri burenii) (Rock hardness reducers in drilling (physical-chemical method of facilitating mechanical breaking of hard rock in drilling). Moscow: Izd-vo Akademii nauk SSSR, 1944, p.199. Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. Оренбург: Летопись, 2005. 664 с. Riazanov Ia.A. Entsiklopediya po burovym rastvoram (Encyclopedia of drilling fluid). Orenburg: Letopis`. 2005, p.664. Спивак А.И. Разрушение горных пород при бурении скважин: Учебник для вузов / А.И.Спивак, А.Н.Попов. М.: Не-дра, 1994. 264 с. Spivak A.I., Popov A.N. Razrushenie gornykh porod pri burenii skvazhin (Rock breaking in well drilling). Moscow: Nedra, 1994, p.264. Теоретические предпосылки и возможные направления интенсификации процесса разрушения крепких горных пород / Ю.М.Синюков, А.А.Дихтяр, А.М.Криворучко, Л.Д.Шматовский // Механика и разрушение горных пород. Киев: Наукова думка, 1972. Вып.2. С.288-296. Siniukov Iu.M., Dikhitiar A.A., Krivoruchko A.M., Shmatovskii L.D. Teoreticheskie predposylki i vozmozhnye napravleniya intensifikatsii protsessa razrusheniya krepkikh gornykh porod (Theoretical background and possible avenues of intensification of hard rock breaking). Mekhanika i razrushenie gornykh porod. Kiev: Naukova dumka, 1972. Iss.2, p.288-296. Уляшева Н.М. Технология буровых жидкостей: Учебное пособие: В 2 ч. Ч.1. Ухта: Ухтинский гос. техн. ун-т, 2008. 164 с. Uliasheva N.M. Tekhnologiya burovykh zhidkostei (Technology of drilling fluid). V 2 ch. Ch.1. Ukhta: UGTU, 2008, p.164. Шоболова Л.П. К оценке эффективности воздействия поверхностно-активных веществ на породу // Физико-технические проблемы добычи и обогащения полезных ископаемых. М.: АН СССР. 1980. С.137-141. Shobolova L.P. K otsenke effektivnosti vozdeistviya poverkhnostno-aktivnykh veshchestv na porodu (On efficiency of rock stimulation by surfactants). Fiziko-tekhnicheskie problemy dobychi i obogashcheniya poleznykh iskopaemykh. Moskow: Akademiia nauk SSSR, 1980, p.137-141. Шоболова Л.П. Методические указания по выбору поверхностно-активных веществ и исследованию их влияния на ослабление горных пород применительно к работе проходческих комбайнов. М.: ИГД им. А.А.Скочинского, 1983. 11 с. Shobolova L.P. Metodicheskie ukazaniya po vyboru poverkhnostno-aktivnykh veshchestv i issledovaniyu ikh vliyaniya na oslablenie gornykh porod primenitel'no k rabote prokhodcheskikh kombainov (Guidelines for selection of surfactants and research of their effects on rock loosening for boring machine operations). Moscow: Institut gornogo dela imeni A.A.Skochinskogo, 1983, p.11. Шрейнер Л.А. Бурение шпуров с промывкой и добавками понизителей твердости / Л.А.Шрейнер, К.Ф.Жигач. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1943. 64 c. Gao H. Concept Design for Drilling Fluid Cooling System [J] / Gao H., Liu H. // Oil Field Equipment. 2007. № 36(6). Р.31-32. Kawale D. Influence of dynamic surface tension on foams: Application in gas well deliquification: MSc. Thesis / Delft University of Technology of Applied Sciences Department of Multi-Scale Physics, 2012. 97 p. Lummus J.L. Low-solids mud scores four ways / J.L.Lummus, J.L.Ray // Oil and gas J. 1963. Vol.61. N 6. P.117-120. Qayyum R.A. Effects of bit geometry in multiple bit-rock interaction. Morgantown: West Virginia University, 2003. 64 p.