Анотація до роботи:

Юшков І.О. Обґрунтування технологічних параметрів багаторейсового поінтервального буріння підводних свердловин заглибними установками. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.10 – буріння свердловин. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.

В дисертації розглянуті питання, зв'язані з обґрунтуванням раціональних технологічних параметрів багаторейсового поінтервального буріння підводних свердловин глибиною до 20 м.

Встановлено швидкість потоку в зоні змішання струменів і доведено необхідність накладення периферійних ділянок суміжних струменів, що утворюють зони змішання зі швидкістю, достатньою для розмиву вибою свердловини. Запропоновано механізм формування свердловини в донних відкладеннях та встановлено залежність розмірів її ствола від технологічних параметрів і фізико-механічних властивостей породи, яка підтверджена експериментом. Визначено умови руху висхідного шламового потоку.

На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблена конструкція заглибної установки для багаторейсового буріння, яка успішно апробована в промислових умовах.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій на основі вивчення особливостей утворення змішаних потоків і впливу на формування ствола свердловини висхідного шламового потоку вирішена актуальна задача обгрунтовування технологічних параметрів багаторейсового буріння підводних свердловин, розширюючих область застосування заглибних бурових установок. Основними науковими результатами, висновками і рекомендаціями є наступне:

1. При використанні геологорозвідувальних бурових насосів ефективний розмив забою свердловини незалежно від внутрішнього діаметра колонкового набору досягається тільки багатоструминним потоком.

2. Профіль швидкості струменя, що розширяється, розділяється на зони активного руйнування і нестійкого розмиву породи. Критерієм розділення є значення швидкості рідини, що забезпечує безперервний розмив породи.

3. Результати проведених експериментальних вимірювань показали, що залежність Г. Верхоффа для розподілу швидкості потоку в зоні напiвобмеженного струменя уздовж подовжньої перешкоди, і В. Толміна для необмеженного одиночного струменя, що розширяється, з достатньою точністю можуть бути застосовні і для опису аналогічних зон багатоструминного потоку при течії в порожнині і уздовж колонкової труби.

4. Повздовжня швидкість рідини в зоні змішання різношвидкісних круглих струменів, пропорційна середній швидкості струменів і добутку безрозмірної різниці їх швидкостей на похідну функції току. Профіль швидкості в зоні змішання асиметричний, із зсувом лінії току, відповідній середній швидкості, у бік зони розширення менш швидкісного струменя.

5. Руйнування вибою свердловини на ділянках нестійкого розмиву одиночних струменів забезпечується за рахунок накладення суміжних струменів, відстань між якими в площині витікання визначається положенням площини контакту струменів і меж їх зон активного руйнування, змішання і вільного розширення.

6. Визначення розмірів ствола свердловини доцільно проводити з використанням принципів теорії руслових деформацій, при цьому діаметр свердловини, сформованої розмивом, визначається з умови рівноваги сил, діючих на частинку: викликаних висхідним шламовим потоком, тяжіння і зчеплення з масивом.

7. При заданих параметрах бурового снаряда найбільш істотними чинниками, що впливають на величину діаметра свердловини, є подача рідини, середнєзважений розмір частинок ґрунту і зчеплення в масиві.

8. Умовами очищення ствола свердловини є обмеження об'ємної концентрації висхідного шламового потоку в межах 35-40% і перевищення швидкості його руху над гідравлічною крупнiстю частинок. При щонайбільшій механічній швидкості буріння в піщано-глинистих грунтах густина шламового потоку не перевищує 1200 кг/м³, а об'ємна концентрація складає до 10%.

9. Швидкість висхідного шламового потоку в донних відкладеннях запропоновано визначати з урахуванням заповнення шламом прирощеного в одиницю часу об'єму свердловини. Збільшення подачі рідини понад 510^-3 м³/с через функціональний зв'язок між діаметром свердловини і подачею рідини до істотного зростання швидкості висхідного потоку не приводить.

10. Постійна подача рідини забезпечує підтримку густини утворюваного при розмиві шламового середовища на рівні 1050–1150 кг/м³, що сприяє тимчасовій стійкості стінок незакріпленої свердловини. Тому в процесі буріння і при підйомі снаряда повинна забезпечуватися постійна циркуляція рідини в свердловині.

11. На швидкість буріння мають вплив середній розмір частинок, величина зчеплення частинок в породі і вогкість. При подачі 510^-3 м³/с механічна швидкість буріння складає: в піщаних грунтах 0,88-1,62 м/хв, зростаючи із зменшенням зчеплення, в глинистих – 0,58 м/хв і супіщаних – 1,51 м/хв. Із зміною вогкості породи від 10 до 40% швидкість буріння зростає в 1,4 рази по лінійній залежності.

12. Результати проведених експериментальних досліджень адекватні отриманій теоретичній залежності, розбіжність складає 2-9% для швидкості багатоструминного потоку і 3-14% для розмірів ствола свердловини, що підтверджує справедливість прийнятих підходів до опису закономірностей гідравлічного буріння донних порід.

13. Результати виробничих випробувань підтверджують можливість буріння свердловин глибиною до 20 м по схемі багаторейсового поінтервального буріння заглибною буровою установкою УМБ-127.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Юшков И.А. Вопросы увеличения глубины опробования автономными морскими буровыми установками //Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые: Межвуз. науч. темат. сб. - Екатеринбург: УГГА, 1997. - Вып. 20.- С. 61-64.

2. Юшков И.А. Обоснование условий гидромониторного бурения морских скважин погружным пробоотборником //Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые: Межвуз. науч. темат. сб. - Екатеринбург: УГГА, 1998. - Вып. 21.- С. 132-138.

3. Юшков И.А. О методе поинтервального отбора проб при бурении инженерно-геологических скважин на шельфе Черного и Азовского морей //XXI столетие - проблемы и перспективы освоения месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. трудов НГА Украины. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1998. – Т. 2, №3.- С. 246-247.

4. Юшков И.А. Исследование процесса формирования ствола подводной скважины при бурении гидроразмывом //Збірник наукових праць ДонДТУ. Серія гірничо-геологічна. - Донецьк: ДонДТУ, 2000.- Вип. 11.- С. 44 - 49.

5. Юшков И.А. Экспериментальное исследование процесса формирования скважины при гидравлическом способе бурения //Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые: Межвуз. науч. темат. сб. - Екатеринбург: УГГГА, 2000. - Вып. 23.- С. 115-119.

6. Юшков И.А. Условия формирования скважины при бурении морскими погружными пробоотборниками //Науковий вісник національної гірничої академії України.- Дніпропетровськ: РВК НГА України, 2000.- №4.- С. 89-90.

7. Юшков И.А. Определение скорости потока в зоне смешения нескольких гидромониторных струй при бурении подводных скважин //Збірник наукових праць ДонДТУ. Сер. гірн.-геол. – Донецьк: ДонДТУ, 2001.- Вип. 23.-С. 80 – 84.

8. Юшков И.А. Метод поинтервального бурения подводных скважин погружной пробоотборной установкой //Збірник наукових праць ДонДТУ. Серія гірничо-геологічна. – Донецьк: ДонДТУ, 2001.- Вип. 24.- С. 104 - 111.

9. Юшков И.А. О влиянии зоны смешения смежных струй на профиль скорости потока при гидравлическом бурении //Сб. науч. трудов НГУ. - Днепропетровск: РИК НГУ, 2003. - Т. 1, №17.- С. 520 – 524.

10. Подводный пробоотборник: А.с. 1529811 СССР, МКИ Е21В25/18 / Юшков А.С., Фоменко В.С., Юшков И.А., Зыбинский П.В. (СССР).- № 4405931; Заявлено 03.04.88; ДСП – 4 с.

11. Калиниченко О.И., Русанов В.А., Рязанов А.Н., Юшков И.А. Разработка новой технологии и технических средств бурения разведочных и инженерно-геологических скважин на шельфе //Проблемы научно-технического прогресса в бурении геологоразведочных скважин: Тез. докл. науч.- техн. конф. – Томск: ТПИ, 1994. – С. 23.

12. Юшков И.А. О методе поинтервального отбора проб при бурении инженерно геологических скважин морскими пробоотборниками //Проблемы геологии и освоения недр: Материалы докл. науч. конф. – Томск: НТЛ, 1998. - С. 82-83.

13. Юшков И.А., Каракозов А.А. Об исследовании условий движения восходящего шламового потока при гидравлическом бурении в донных отложениях //Матеріали VII міжнар. наук. - практ. конф. “Наука і освіта-2004”.- Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2004.- Т. 57.- С. 71-73.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих в співавторстві: (10) – аналіз аналогів конструкції, що розробляється, (11) – опис технології буріння свердловин заглибними установками, (13) – запропонований підхід до визначення швидкості висхідного потоку при високих швидкостях буріння.