Том 337 № 2 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/2/4902
Методика определения эксцентриситета бурового инструмента для бурения анизотропных горных пород
Актуальность работы обусловлена необходимостью решения проблемы эффективного бурения скважин в заданном направлении в твердых анизотропных горных породах. Цель: разработка методики выбора параметров алмазной буровой коронки для эффективного бурения скважин в заданном направлении в твердых анизотропных горных породах. Методы: аналитические исследования, экспериментальные работы и опытное бурение скважин в условиях естественного искривления скважин. Результаты и выводы. Разработана методика расчета параметров вооружения алмазной коронки с оптимальным эксцентриситетом вооружения торца для решения задачи проводки скважины с минимальным искривлением в анизотропных горных породах. Величину эксцентриситета вооружения алмазной коронки следует задавать с учетом таких параметров, как степень анизотропии горной породы и угол встречи оси бурового инструмента (оси буримой скважины) с напластованием, слоистостью-сланцеватостью анизотропной горной породы. Оптимальную величину эксцентриситета вооружения алмазной коронки для бурения анизотропных горных пород с минимальным искривлением ствола следует определять следующим образом: произвести расчеты величины дестабилизирующих сил в соответствии с предложенными аналитическими зависимостями, включающие параметр анизотропии горной породы, значения предела прочности на скалывание, коэффициентов трения вдоль и поперек слоистости-сланцеватости горной породы, глубины внедрения резцов в горную породу, движущихся навстречу и вдоль слоистости-сланцеватости; произвести расчет величины эксцентриситета с учетом того, что дисбаланс усилия резания-скалывания горной породы, разрабатываемой коронкой, должен быть равен величине, дестабилизирующей равномерное вращение коронки со стороны анизотропной горной породы.
Ключевые слова:
горная порода, анизотропия горной породы, бурение, алмазная коронка, разрушение
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кривошеев В.В. Искривление скважин в анизотропных породах. – Томск: Изд-во НТЛ, 1999. – 240 с.
2. Bredley W.B. Formation characteristics have a key effect on hole direction // Oil and gas J. – 1975. – Vol. 73. – № 31. – P. 77–80.
3. Bonnar R., Panagapko O.A., Williams G.I. Deep deflection corehole // Engineer аnd Mining J. – 1985. – № 8. – P. 26–30.
4. Боярко Ю.Л. Борьба с искривлением скважин. – Томск: Изд-во ТПИ, 1969. – 110 с.
5. Riley L., Swarts H., Anderson M., Large diameter bi-center bits and drilling casts // Petroleum Engineer International. – 1990. – August. – P. 25–30.
6. Steueuung horizontaler Kernbohrungen grosser lange im Salzgestein / G. Boning, H. Iezierski, W. Pitz, M. Sohlocbaoch // Erzmetall – 1984. – № 5. – P. 8–11.
7. Deveraux S. Drilling technology in nontechnical language. 2nd ed. – Tulsa: PennWell Books, 2012. – 370 p.
8. Holbert D.R. Now interest in drainhole drilling revives technology // World oil. – 1981. – № 4. – P. 7–10.
9. Holbert D.R. How rotary speed affect bits trajectory // Drilling Contractor. – July, 1986. – № 7 – P. 92–94.
10. Williams G.I. Operation experience with wireline technique // Geodrilling. – June, 1986. –№ 7. – P. 7–10.
11. Морозов Ю.Т. Бурение направленных и многоствольных скважин малого диаметра. – М.: Недра, 1976. – 211 с.
12. Колесников А.Е. Искривление скважин. – М.: Недра, 1979. – 176 с.
13. Боголюбский К.А., Зиненко В.П., Кирсанов А.Н. Процесс естественного искривления скважин вращательного бурения в анизотропной среде // Известия Вузов. Геология и разведка. – 1974. – № 3. – С. 110–116.
14. Зиненко В.П. Направленное бурение. – М.: Недра, 1990. – 152 с.
15. Нескоромных В.В. Направленное бурение и основы кернометрии. 3-е изд., доп. – Красноярск: Изд-во СФУ, 2022. – 448 с.
16. Карпиков А.В. Научно-методические основы управления интенсивностью естественного искривления скважин: дис. … канд. техн. наук. – CПб, 2002. – 179 с.
17. Будюков Ю.Е., Власюк В.И., Спирин В.И. Алмазный инструмент для бурения направленных и многоствольных скважин. – Тула: ЗАО «Гриф и Ко», 2007. – 176 с.
18. Алмазная коронка для компоновки бурового снаряда: пат. РФ № 2078193. заявл. 21.07.1993; опубл. 27.04.1997, Бюл. № 12.
19. Нескоромных В.В., Попова М.С., Лиу Баочанг. Разрушение горных пород при бурении скважин алмазным буровым. – Красноярск: Изд-во СФУ, 2020. – 268 с.
20. Huang W., Gao D. Analysis of drilling difficulty of extended-reach wells based on drilling limit theory // Pet. Sci. – 2022. – Vol. 3. – P. 1099–1109.
21. Harrypersad-Daniel A.M., Blake O.O., Ramsook R. Compressive and tensile strength anisotropy of friable sandstone and thin-bed shale of the pleistocene erin formation: insights for safe operating mud weight windows for vertical and horizontal wells // Pure Appl. Geophys. – 2023. – Vol. 180. – P. 4191–4218. DOI: https://doi.org/10.1007/s00024-023-03384-x.
22. Yang Quan-zhi. Engineering solution for variable curvature trajectory design of extended reach well. – 2023. URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-99-2649-7_33 (дата обращения: 01.11.2023).
23. Нескоромных В.В. Искривление скважин в анизотропных горных породах. – Красноярск: Изд-во СФУ, 2017. – 204 с.
24. Нескоромных В.В., Петенев П.Г., Иванов Д.С. Основы проектирования буровых инструментов с эксцентриситетом вооружения торцевой части для бурения анизотропных горных пород // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2024. – № 2 (374). – С. 63–69.
25. Нескоромных В.В., Петенев П.Г., Неверов А.Л. Разработка и экспериментальные исследования особенностей работы алмазной коронки для бурения в твердых анизотропных горных породах // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2018. – Т. 326. – № 4. – С. 30–40.
26. Алмазная коронка для бурения: пат. № 148333, Российская Федерация, Е21В 10/48; заявл. 05.08.2014; опубл. 10.12.2014, Бюл. № 34. – 6 с.
27. Алмазная коронка: пат. № 213987 U1, Российская Федерация, Е21В 10/46; заявл. 17.03.2022; опубл. 06.10.2022, Бюл. № 28. – 7 с.
28. Алмазная коронка: пат. № 214917 U1, Российская Федерация, Е21В 10/48, Е21В 10/46; заявл. 04.05.2022; опубл. 21.11.2022, Бюл. № 33. – 6 с.
29. Алмазная коронка: пат. № 227267 U1, Российская Федерация, Е21В 10/46; заявл. 07.05.2024; опубл. 15.07.2024, Бюл. № 20. – 5 с.
30. Алмазная коронка: пат. № 214925 U1, Российская Федерация, Е21В 10/46; заявл. 04.05.2022; опубл. 21.11.2022, Бюл. № 33. – 6 с.
REFERENCES
1. Krivosheev V.V. Well curvature in anisotropic rocks. Tomsk, NTL Publ. House, 1999. 240 p. (In Russ.)
2. Bredley W.B. Formation characteristics have a key effect on hole direction. Oil and gas J, 1975, vol. 73, no. 31, pp. 77–80.
3. Bonnar R., Panagapko O.A., Williams G.I. Deep deflection corehole. Engineer and Mining J, 1985, no. 8, pp. 26–30.
4. Boyarko Yu.L. Combating well curvature. Tomsk, TPI Publ. House, 1969. 110 p. (In Russ.)
5. Riley L., Swarts H., Anderson M., Large diameter bi-center bits and drilling casts. Petroleum Engineer International, 1990, August, pp. 25–30.
6. Boning G., Iezierski H., Pitz W., Sohlocbaoch M. Steueuung horizontaler Kernbohrungen grosser lange im Salzgestein. Erzmetall, 1984, no. 5, pp. 8–11.
7. Deveraux S. Drilling technology in nontechnical language. 2nd ed. Tulsa, PennWell Books, 2012. 370 p.
8. Holbert D.R. Now interest in drainhole drilling revives technology. World oil, 1981, no. 4, pp. 7–10.
9. Holbert D.R. How rotary speed affect bits trajectory. Drilling Contractor, 1986, July, no. 7, pp. 92–94.
10. Williams G.I. Operation experience with wireline technique. Geodrilling, 1986, June, no. 7, pp. 7–10.
11. Morozov Yu.T. Drilling of directional and multilateral small-diameter wells. Moscow, Nedra, 1976. 211 p. (In Russ.)
12. Kolesnikov A.E. Well deviation. Moscow, Nedra Publ., 1979. 176 p. (In Russ.)
13. Bogolyubsky K.A., Zinenko V.P., Kirsanov A.N. The process of natural curvature of rotary drilling boreholes in an anisotropic medium. News of Higher Education Institutions. Geology and Exploration, 1974, no. 3, pp. 110–116. (In Russ.)
14. Zinenko V.P. Directional drilling. Moscow, Nedra Publ., 1990. 152 p. (In Russ.)
15. Neskoromnykh V.V. Directional drilling and basics of core measurement. 3rd ed., suppl. Krasnoyarsk, SFU Publ. House, 2022. 448 p. (In Russ.)
16. Karpikov A.V. Scientific and methodological principles of controlling the intensity of natural borehole curvature. Cand. Diss. St Petersburg, 2002. 179 p. (In Russ.)
17. Budyukov Yu.E., Vlasyuk V.I., Spirin V.I. Diamond tool for drilling directional and multilateral wells. Tula, ZAO "Grif i Ko" Publ., 2007. 176 p. (In Russ.)
18. Kozlovsky E.A. Diamond crown for drilling tool assembly. Patent Russian Federation, no. 2078193, 1997.
19. Neskoromnykh V.V., Popova M.S., Liu Baochang. Destruction of rocks during drilling of wells with a diamond drill. Krasnoyarsk, SFU Publ. House, 2020. 268 p. (In Russ.)
20. Huang W., Gao D. Analysis of drilling difficulty of extended-reach wells based on drilling limit theory. Pet. Sci, 2022, vol. 3, pp. 1099–1109.
21. Harrypersad-Daniel A.M., Blake O.O., Ramsook R. Compressive and tensile strength anisotropy of friable sandstone and thin-bed shale of the Pleistocene Erin formation: insights for safe operating mud weight windows for vertical and horizontal wells. Pure Appl. Geophys, 2023, vol. 180, pp. 4191–4218. DOI: https://doi.org/10.1007/s00024-023-03384-x.
22. Yang Quan-zhi. Engineering solution for variable curvature trajectory design of extended reach well. Available at: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-99-2649-7_33 (accessed: 1 November 2023).
23. Neskoromnykh V.V. Curvature of wells in anisotropic rocks. Krasnoyarsk, SFU Publ. house, 2017. 204 p. (In Russ.)
24. Neskoromnykh V.V., Petenev P.G., Ivanov D.S. Fundamentals of designing drilling tools with eccentric end-face cutting structures for drilling anisotropic rock formations. Construction of Oil and Gas Wells on Land and Offshore, 2024, no. 2 (374), pp. 63–69. (In Russ.)
25. Neskoromnykh V.V., Petenev P.G., Neverov A.L. Development and experimental studies of the performance features of a diamond crown for drilling in hard anisotropic rock formations. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2018, vol. 326, no. 4, pp. 30–40. (In Russ.)
26. Spirin V.I., Budyukov Yu.E., Neskoromnykh V.V., Petenev P.G. Diamond core bit for drilling. Patent RF, no. 148333, 2014. (In Russ.)
27. Neskoromnykh V.V., Petenev P.G., Popova M.S., Lysakov D.V., Ivanov D.S. Diamond core bit. Patent RF, no. 213987 U1, 2022. (In Russ.)
28. Neskoromnykh V.V., Petenev P.G., Popova M.S., Sayapin A.A., Ivanov D.S. Diamond core bit. Patent RF, no. 214917 U1, 2022. (In Russ.)
29. Neskoromnykh V.V., Petenev P.G., Volchatov A.S. Diamond core bit. Patent RF, no. 227267 U1, 2024. (In Russ.)
30. Neskoromnykh V.V., Petenev P.G., Popova M.S., Sayapin A.A., Ivanov D.S. Diamond core bit. Patent RF, no. 214925 U1, 2022. (In Russ.)
