Совершенствование конструкции наддолотного калибрующе-эжекционного устройства для повышения эффективности разрушения горных пород в процессе строительства скважин

Д. А. Борейко; Н. Д. Цхадая; Д. Ю. Сериков; В. А. Хламов

Том 280

Страницы:

27-36

В печати

Научная статья

Геотехнология и инженерная геология

Совершенствование конструкции наддолотного калибрующе-эжекционного устройства для повышения эффективности разрушения горных пород в процессе строительства скважин

Авторы:

Д. А. Борейко¹

Н. Д. Цхадая²

Д. Ю. Сериков³

В. А. Хламов⁴

Об авторах

1 — канд. техн. наук доцент Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
2 — д-р техн. наук специальный представитель ректора Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid ▪ Elibrary
3 — д-р техн. наук профессор РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М.Губкина ▪ Orcid ▪ Elibrary
4 — ассистент Ухтинский государственный технический университет ▪ Orcid

Дата отправки:

2026-02-26

Дата принятия:

2026-04-28

Дата публикации онлайн:

2026-06-22

Аннотация

В статье представлен анализ опыта эксплуатации эжекционных систем в составе буровых породоразрушающих агрегатов. Объектом исследования является наддолотное калибрующе-эжекционное устройство (КЭУ), которое устанавливается в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) и служит для повышения эффективности промывки забоя скважины при бурении за счет работы встроенных эжекционных систем, обеспечивающих эффективный подхват струй промывочной жидкости из наддолотной области, обогащенной шламом и разрушенной горной породой. Предметом исследования является процесс истечения промывочной жидкости через эжекционные насадки (сопла) с различной геометрией поперечного сечения, от которой зависит гидродинамика потока жидкости. Конструкция наддолотного КЭУ объединяет в себе две системы – буровой калибратор и эжекционные устройства, что позволяет одновременно сэкономить место в КНБК, улучшить стабилизацию диаметра ствола и повысить качество промывки забоя скважины. В результате имитационного гидродинамического моделирования эжекционных насадок различной геометрии поперечного сечения (круг, треугольник, квадрат, пятиугольник, шестиугольник правильный и шестиугольник специально ориентированный) установлено, что увеличение скорости ядра потока жидкости, истекающей из модели сопла со специально ориентированным шестигранным сечением, составило около 4,5 % по сравнению с базовой конструкцией (круглое сечение) и около 5,5 % относительно остальных моделей. Выявлено, что конструкция насадки со специально ориентированным шестигранным сечением также позволяет направлять поток жидкости под углом к стенке скважины. Результаты дополнительного имитационного моделирования позволили установить зависимость между углом отклонения потока промывочной жидкости от вертикали и величиной управляющего угла специально ориентированного шестигранного сечения эжекционной насадки, которая открывает возможность целенаправленного управления траекторией движения промывочной жидкости путем изменения геометрии сопла. Эту возможность можно использовать для дополнительного кольматирования стенок скважины без существенного отклонения от проектного диаметра ствола.

Область исследования:

Геотехнология и инженерная геология

Ключевые слова:

калибрующе-эжекционное устройство эжекционная система гидродинамическое моделирование эжекционное сопло эффективность бурения бурение скважины геометрия сечения промывка скважины промывочная жидкость

Финансирование:

Отсутствует

Литература

Алиева Л., Жуков И.А. Повышение эффективности ударно-поворотного бурения горных пород высокой крепости совершенствованием структуры породоразрушающего безлезвийного инструмента // Устойчивое развитие горных территорий. 2024. Т. 16. № 4 (62). С. 1681-1694. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-4-1681-1694
Afanasev A., Simisinov D., Zubov V. Modeling of gear production in loose-abrasive machining technique // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 19. Part 5. P. 2358-2360. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.07.693
Xiaohua Zhu, Keyu Shen, Bo Li. Investigation: Cutting Transport Mechanism in Inclined Well Section under Pulsed Drilling Fluid Action // Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 8. № 2141. DOI: 10.3390/en14082141
Al-Rubaii M., Al-Shargabi M., Al-Shehri D. A Novel Automated Model for Evaluation of the Efficiency of Hole Cleaning Conditions during Drilling Operations // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Iss. 11. № 6464. DOI: 10.3390/app13116464
Rastvorova I.I., Dvoynikov V.M. Analysis of Mathematical Models for Developing a Methodology to Measure Energy and Spatial Characteristics of Axial Impact During Well Drilling // WSEAS Transactions on Applied and Theoretical Mechanics. 2025. Vol. 20. P. 130-137. DOI: 10.37394/232011.2025.20.15
Xiaohua Zhu, Keyu Shen, Bo Li, Yanxin Lv. Cuttings Transport Using Pulsed Drilling Fluid in the Horizontal Section of the Slim-Hole: An Experimental and Numerical Simulation Study // Energies. 2019. Vol. 12. Iss. 20. № 3939. DOI: 10.3390/en12203939
Повалихин А.С., Близнюков В.Ю. Особенности технологии бурения и подготовки ствола вертикальной скважины к спуску обсадной колонны большого диаметра // Инженер-нефтяник. 2017. № 1. С. 5-12.
Xiaoming Li, Yuyue Fan, Jiahua Li et al. Research on the Influence of a Cuttings Bed on Drill String Friction Torque in Horizontal Well Sections // Processes. 2022. Vol. 10. Iss. 10. № 2061. DOI: 10.3390/pr10102061
Kunshin A.A., Buslaev G.V., Reich M. et al. Numerical Simulation of Nonlinear Processes in the «Thruster–Downhole Motor–Bit» System While Extended Reach Well Drilling // Energies. 2023. Vol. 16. Iss. 9. № 3759. DOI: 10.3390/en16093759
Šporin J., Balaško T., Mrvar P. et al. Change of the Properties of Steel Material of the Roller Cone Bit Due to the Influence of the Drilling Operational Parameters and Rock Properties // Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 22. № 5949. DOI: 10.3390/en13225949
Овчинников В.П., Рябуха А.В., Рожкова О.В., Листак М.В. Причины и виды аварий с породоразрушающим инструментом (на примере скважины № 307 Копанского месторождения) // Вестник Ассоциации буровых подрядчиков. 2022. № 3. С. 18-22.
Борейко Д.А., Лютоев А.А., Сериков Д.Ю. Теоретические исследования характера и условий взаимодействия с забоем тыльных и периферийных конусов шарошек бурового долота со смещенными осями вращения // Горные науки и технологии. 2022. Т. 7. № 3. С. 231-239. DOI: 10.17073/2500-0632-2022-3-231-239
Литвиненко В.С., Двойников М.В. Методика определения параметров режима бурения наклонно прямолинейных участков скважины винтовыми забойными двигателями // Записки Горного института. 2020. Т. 241. С. 105-112. DOI: 10.31897/PMI.2020.1.105
Третьяк А.Я., Попов В.В., Гроссу А.Н., Борисов К.А. Инновационные подходы к конструированию высокоэффективного породоразрушающего инструмента // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 8. С. 225-230. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-225-230
Rawal R., Karmakar N.C., Sharma S.K. Optimization of Fluid Flushing Rate: A Study on Laboratory Drilling Setup // Journal of The Institution of Engineers (India): Series C. 2022. Vol. 103. Iss. 4. P. 985-990. DOI: 10.1007/s40032-022-00809-9
Тошниезов Л.Г., Тошов Ж.Б. Анализ теоретических и экспериментальных исследований в области процесса сальникообразования при бурении скважин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 11. С. 139-151. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-11-0-139-151
Богомолов Р.М., Панин Н.М. Совершенствование элементов систем промывки шарошечного бурового инструмента // Сфера. Нефть и Газ. 2021. № 3 (82). С. 52-57.
Сериков Д.Ю., Блинков О.Г., Панин Н.М., Шигин А.О. Совершенствование центральной промывки шарошечного бурового инструмента // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2019. № 3 (111). С. 23-27. DOI: 10.33285/1999-6934-2019-3(111)-23-27
Повалихин А.С., Близнюков В.Ю. Селективное управление бурильной колонной при проводке горизонтальной скважины // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2019. № 5. С. 5-10. DOI: 10.30713/0130-3872-2019-5-5-10
Шигин А.О., Гилев А.В., Шигина А.А. Напряжения и стойкость шарошечных долот при бурении сложноструктурных массивов горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. № 4. С. 325-333.
Тунгусов С.А. Пульсирующий поток и технические средства для его создания при промывке скважин // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2024. Т. 66. № 1. С. 109-115. DOI: 10.32454/0016-7762-2024-66-1-109-115
Kun Bo, Fangzhou Ji, Zhiqiang Zhao et al. Optimum Design of Large-Diameter Reverse Circulation Drill Bit for Drilling Rescue Wells Using Orthogonal Experimental Method and CFD Simulation // Energies. 2023. Vol. 16. Iss. 9. № 3913. DOI: 10.3390/en16093913
Leusheva E., Alikhanov N., Tabatabaee Moradi S.S. Experimental Evaluation of Influence of Physico-chemical Properties of Surfactants on Drilling Process in Pay-zones // International Journal of Engineering, Transactions A: Basics. 2025. Vol. 38. Iss. 4. P. 819-829. DOI: 10.5829/ije.2025.38.04a.13
Xinda Qi, Weishan Chen, Yingxiang Liu et al. A Novel Well Drill Assisted with High-Frequency Vibration Using the Bending Mode // Sensors. 2018. Vol. 18. Iss. 4. № 1167. DOI: 10.3390/s18041167
Jalakani R., Tabatabaee Moradi S.S., Morenov V. Reliability Analysis of a Drilling Bit Penetration Model in Oil and Gas Wells: A Case Study // International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2024. Vol. 37. Iss. 11. P. 2213-2222. DOI: 10.5829/ije.2024.37.11b.08
Еловых П.Ф., Нескоромных В.В., Еловых В.Ф. Определение коэффициента боковой фрезерующей способности отклоняющей системы при бурении наклонно-направленного ствола скважины // Инженер-нефтяник. 2018. № 1. С. 11-14.
Джураев Р.У., Меркулов М.В., Хатамова Д.Н., Асанов А.Т. Разработка технических решений по предотвращению образования шламового режима на забое скважины // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2025. № 7. С. 102-114. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_7_0_102
Шигин А.О., Борейко Д.А., Цхадая Н.Д., Сериков Д.Ю. Сравнительный анализ эффективности работы шарошечных буровых долот // SOCAR Proceedings. 2021. № S2. 7 с. DOI: 10.5510/OGP2021SI200536
Сериков Д.Ю., Мягков К.А., Васильев А.А. Совершенствование конструкции наддолотного прямолопастного калибратора-эжектора // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2019. № 10. С. 21-26. DOI: 10.30713/0130-3872-2019-10-21-26
Сериков Д.Ю., Борейко Д.А., Мурадов А.В. Патент № 2799295 РФ. Калибратор скважинный. Опубл. 04.07.2023. Бюл. № 19.
Buslaev G.V., Konoplyannikov A.V. Mathematical Modeling of a Hydro-mechanical System with a Positive Displacement Motor and Hydraulic Thruster to Optimize the Drilling Process for Extended-reach Drilling Wells // International Journal of Engineering. 2026. Vol. 39. Iss. 5. P. 1077-1087. DOI: 10.5829/ije.2026.39.05b.03
Ганиев Р.И., Дебоер Л., Аглиуллин А.Х., Исмаков Р.А. Самоактивируемый циркуляционный переводник CIRCUL+: моделирование, стендовая валидация и полевые испытания // Вестник Ассоциации буровых подрядчиков. 2025. № 4. С. 31-39.
Литвиненко В.С., Николаев Н.И. Технологические жидкости для повышения эффективности строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин // Записки Горного института. 2011. Т. 194. С. 84-90.
Шишов А.М., Уляшева Н.М. О возможности регулирования формированием призабойной зоны пласта за счет управления составом бурового раствора // Инженер-нефтяник. 2023. № 4. С. 67-71.

Аннотация

Литература

Похожие статьи