Том 336 № 12 (2025)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2025/12/5222
Сменные гидроимпульсаторные насадки конфузорного типа для долот, армированных резцами РDС
Актуальность работы обусловлена тем, что разведка георесурсов в настоящее время вообще невозможна без выполнения буровых работ. Более 90 % объема на нефть и газ выполняется долотами, армированными резцами PDC, с применением сменных гидромониторных насадок различных конструкций. Вопрос усовершенствования конструкции гидромониторных насадок является очень актуальным в последнее время. В настоящее время промышленностью выпускается большое количество насадок различных конструкций. Авторами разработаны конструкции сменных гидроимпульсаторных насадок конфузорного типа для долот, армированных резцами PDC. Их применение позволит добиться максимальной вертикальности ствола скважины и производительности буровых работ за счет улучшения очистки забоя скважины от шлама. Известно, что основным процессом при строительстве нефтегазовых скважин является эффективная технология бурения и очистки забоя скважины, особенно при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Внедрение этих разработок в практику буровых работ позволит улучшить качество очистки забоя скважин и повысить механическую скорость бурения. Цель. Разработать сменные гидроимпульсаторные насадки конфузорного типа для долот, армированных резцами PDC, с высокой завихренностью и диссипацией энергии турбулентности потока бурового раствора на выходе для улучшения очистки забоя. Объекты. Насадки для долот, буровой раствор. Методы. Метод конечных элементов, вычислительная гидродинамика. Результаты. Разработан профиль насадки, позволяющий увеличить параметры завихрённости и диссипации энергии турбулентности потока бурового раствора на выходе, что, в свою очередь, позволяет улучшить очистку забоя скважины. По результатам моделирования завихренность на выходе из предлагаемой насадки составляет порядка 50000 с–1, что больше завихренности конической насадки в три раза. Благодаря этому значительно улучшается очистка забоя буровым раствором.
Ключевые слова:
гидромониторные насадки, конфузорный тип насадок, гидроимпульсаторные насадки, буровой раствор, завихренность, турбулентность, вычислительная гидродинамика, диссипация энергии турбулентности
Библиографические ссылки:
1. Балаба В.И., Зинченко О.Д. Технические средства для повышения эффективности гидротранспорта шлама при бурении наклонных и горизонтальных участков ствола скважины // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2015. – № 3. – С. 23–27.
2. Результаты применения новых конструкций буровых долот, армированных резцами гребнеобразной формы PDC / А.Я. Третьяк, Е.А. Нырков, Е.В. Сидорова, К.А. Борисов // Устойчивое развитие горных территорий. – 2019. – Т. 11. – № 4 (42). – С. 519–527. DOI: 10.21177/1998-4502-2019-11-4-519-527.
3. Бабаян Э.В., Черненко А.В. Инженерные расчеты при бурении. – М.: Инфра-Инженерия, 2016. – 440 с.
4. Соловьёв Н.В. Ресурсосберегающая технология алмазного бурения в сложных геологических условиях. – М.: ВНИИОЭНГ, 1997. – 330 с.
5. Нескоромных В.В., Попова М.С., Парахонько Е.В. Разработка породоразрушающего инструмента с резцами PDC // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2020. – Т. 331. – № 2. – С. 131–138. DOI: 10.18799/24131830/2020/2/2499
6. Инновационные подходы к конструированию высокоэффективного породоразрушающего инструмента / А.Я Третьяк, В.В. Попов, А.Н. Гроссу, К.А. Борисов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2017. – № 8. – С. 225–230. DOI: 10.25018-0236-1493-2017-8-0-225-230.
7. Маковей Н. Гидравлика бурения. – М.: Недра, 1986. – 536 с.
8. Насадка гидромониторного типа: пат. № 2393323, Российская Федерация, С1; заявл. 04.05.2009; опубл. 27.06.2010, Бюл. № 18. – 6 с.
9. Ламбин А.И. Показатели эффективности удаления шлама при бурении наклонно-направленных скважин // Наука о Земле и недропользование. – 2022. – Т. 45. – № 3. – С. 285–293.
10. Третьяк А.Я. Технологии улучшения очистки ствола скважины // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2024. – Т. 335. – № 6. – С. 7–13. DOI: 10.18799/24131830/2024/6/4716.
11. Hydraulic model-based prediction for the flushing velocity of water distribution systems / H. Jun, A. Gim, E. Lee, S. Lee // Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. – 2024. – Vol. 15. – № 3. DOI: 10.1061/jpsea2.pseng-1540.
12. Леушева Е.Л., Алиханов Н.Т., Бровкина Н.Н. Исследование свойств безбаритного бурового раствора повышенной плотности // Записки Горного института. – 2022. – Т. 258. – С. 976–985.
13. Comprehensive review on wellbore cleaning: analyzing factors, simulation models, and emerging technologies for enhanced drilling efficiency / N. Boyou, A.Sh. Haddad, R. Rafati, A.A. Aboulrous, A. Alsabagh // Journal of Petroleum and Mining Engineering. – 2024. – Vol. 26. – № 10. – P. 7–36. DOI: 10.21608/jpme.2024.253199.1183.
14. New generation drilling bits / А.Ya. Tretyak, V.I. Ваlаbа, V.V. Popov, N.E. Fomenko, К.А. Borisov, V.A. Tkachev // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. – 2017. – Vol. 87. – Iss. 5. – № 052029.
15. Application of hybrid artificial neural networks for predicting rate of penetration (ROP): а case study from Мarun оil f1ied / S.B. Ashrafi, М. Anemangely, М. Sabah, М.Ј. Ameri // Journal of Petroleum Science and Engineering. – 2019. – Vol. 175. – Р. 604–623.
16. Syzrantseva К., Arishin V., Dvoynikov М. Optimization of the damping element of axial vibrations of the drilling string by computer simulation // Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2016. – Vol. 11 (10). – P. 2312–2315.
17. А new method of combined rock drilling / Т. Jiren, L. Yiyu, G. Zhaolong, Х. Binwei, S. Huijuan // lntemational Journal of Mining Science and Technology. – 2014. – Vol. 24. – Iss. 1. – Р. 1–6.
18. А new methodology for optimization and prediction and prediction of rate of penetration during drilling operations / Y. Zhao, А. Noorbakhsh, М. Koopialipoor, А. Azizi, М.М. Tahir // Engineering with Computers. – 2019. DOI: 10.1007/s00366-019-00715.
19. Кarakus М., Perez S. Acoustic emission analysis for rock-bit interactions in impregnated diamond core drilling // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2014. – Vol. 68. – Р. 36–43.
20. Антивибрационное двухъярусное долото: пат. № 2740954, Российская Федерация, C1; заявл. 23.03.2020; опубл. 25.01.2021, Бюл. № 3. – 9 с.
