Анализ и научное обобщение результатов исследований ударно-вращательного способа бурения скважин малого диаметра из подземных горных выработок

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствования технологии и техники геологоразведочных работ, связанного с обеспечением энерго- и ресурсоэффективности процессов бурения. Цель работы: научный обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований в области ударно-вращательного способа бурения, направленный на выяснение перспектив возможности разработки и применения ресурсоэффективной технологии бурения геологоразведочных скважин малого диаметра из подземных горных выработок, основанной на использовании генератора волн деформаций, передаваемых по бурильной колонне. Для повышения скорости бурения скважин в твердых породах созданы мощные ударные механизмы. Однако повышение энергии удара ограничивается прочностью бурового инструмента. При неизменном диаметре скважин увеличенную ударную мощность приходится передавать по бурильным трубам и их соединениям прежних размеров. Именно эти элементы бурильной колонны стали сдерживающим фактором внедрения новой технологии. В связи с этим весьма актуальным становится проведение анализа и научное обобщение результатов исследований для решения указанной проблемы. Методы исследования: теоретический анализ; обширный обзор научной литературы по вопросам формирования ударных импульсов, передачи волн деформаций по бурильной колонне, разрушения горных пород, выбора рациональных режимов ударно-вращательного способа бурения, оптимизации процесса бурения на этапе, предшествующем технологическому процессу, выбора методов расчета систем ударно-вращательного способа бурения скважин, моделирования рабочих процессов, определения энергетических параметров буровых агрегатов, а также сопоставление результатов независимых исследований. Результаты. Приведены современные представления и достижения в области ударно-вращательного способа бурения скважин малого диаметра. Выявлены причины существенного расхождения результатов исследований у различных авторов. Показана целесообразность проведения конкретных исследований, которые позволяют добиться наиболее эффективных результатов при совершенствовании технологии и техники бурения скважин. Определены основные направления исследований технологических процессов и техники бурения, и сформулированы научно обоснованные рекомендации по повышению производительности бурения благодаря интенсификации процесса разрушения горных пород при бурении скважин.

The relevance of the research is caused by the necessity of improving the engineering and technology of geological explorations and the energy and resource efficiency of drilling. The main aim of the research is to analyse and generalize research results obtained for the possible development and application of the resource-efficient drilling technology using the strain wave generator. The literature review of theoretical and experimental research was carried out in percussion drilling of small holes in medium-hard and harder rocks. To increase the penetration rate, the percussive mechanisms were designed. However, the increase of strain wave energy is reduced by the strength of the drilling tool. At constant hole diameter, the increased impact load should be transmitted over the drill string and their connections having the original size. These very elements of a drill string are the deterrents to implement a new technology. Methodology: theoretical analysis; a vast review of scientific literature on all problems of power pulse formation, strain wave transmission over the drill string, rock failure, appropriate modes of operation of percussion drilling, drilling optimization prior the engineering process, design techniques chosen for percussion drilling systems, work process modeling, energy parameter determination for drilling units, comparison of independent research results Findings. The paper introduces the modern ideas and achievements in the field of small hole percussion drilling. The authors have identified the causes of research results divergence. The expediency of carrying out the research to improve technological and engineering processes and drilling techniques was shown. The authors determined the main trends in researching drilling technology and engineering process and stated the recommendations for improving drilling effectiveness due to intensification of rock failure at well boring.