Метою роботи є підвищення ефективності буріння похило-скерованих і горизонтальних свердловин шляхом вдосконалення породоруйнівних інструментів різальної дії. Основні задачі дослідження: 1. Аналіз впливу енергоємності буріння породоруйнівними інструментами з полікристалічними алмазними різцями на техніко-економічні показники будівництва похило-скерованих і горизонтальних нафтогазових свердловин. 2. Математичне обґрунтування конструкції робочої частини долота з пониженою енергоємністю буріння. 3. Експериментальні дослідження залежності енергетичних параметрів буріння від форми профілю різальної частини та кількості лопатей долота. 4. Розробка робочої математичної моделі для розрахунку раціональної форми різальної частини долота стосовно заданих умов застосування. 5. Розробка і промислові випробування породоруйнівних інструментів, оснащених ПАР, з пониженою енергоємністю буріння при будівництві похило-скерованих і горизонтальних свердловин. ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ РОЗВИТКУ КОНСТРУКЦІЙ ПОРОДОРУЙНІВНИХ ІНСТРУМЕНТІВ РІЗАЛЬНОЇ ДІЇ І ШЛЯХИ ЇХ УДОСКОНАЛЕННЯ ДЛЯ УМОВ БУРІННЯ ПОХИЛО- СКЕРОВАНИХ ТА ГОРИЗОНТАЛЬНИХ СВЕРДЛОВИН 12 1.1. Аналіз факторів (чинників), що впливають на ефективність буріння похило-скерованих і горизонтальних свердловин сучасними породоруйнівними інструментами різальної дії 12 1.1.1. Підбір і розробка доліт з полікристалічними алмазними різцями (ПАР) 13 1.1.2. Вибір оптимальних параметрів режиму буріння 16 1.1.3. Організація робіт при використанні породоруйнівних інструментів з ПАР 21 1.2. Основні напрями розвитку конструкцій породоруйнівних інструментів різальної дії і застосування їх для похило- спрямованого та горизонтального буріння 21 1.2.1. Полікристалічні алмазні різці 22 1.2.2. Розвиток конструкцій породоруйнівних інструментів з ПАР 26 Висновки до розділу 33 РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ І МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ 34 2.1. Дослідження конструкції долота з пониженою енергоємністю руйнування гірських порід методами математичного моделювання 34 2.2. Основні положення методики проведення експериментальних досліджень 45 2.3. Технічні засоби для проведення експериментальних досліджень 51 2.3.1. Експериментальна установка для проведення стендових досліджень 51 2.3.2. Експериментальне долото ДЛР-146 67 2.4. Методика опрацювання результатів вимірювань 76 Висновки до розділу 80 РОЗДІЛ З ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ СТЕНДОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ ПОРОДОРУЙНІВНИХ ІНСТРУМЕНТІВ РІЗАЛЬНОЇ ДІЇ 81 3.1. Експериментальні дослідження впливу форми профілю різальної частини на енергетичні показники роботи долота 81 3.2. Експериментальні дослідження впливу кількості лопатей на енергетичні показники роботи долота 108 3.3. Експериментальне визначення величин емпіричних коефіцієнтів та розробка робочої математичної моделі для розрахунку раціональної форми різальної частини долота стосовно заданих умов застосування 120 Висновки до розділу 126 РОЗДІЛ 4 РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЙ ПОРОДОРУЙНІВНИХ ІНСТРУМЕНТІВ РІЗАЛЬНОЇ ДІЇ З ПОНИЖЕНОЮ ЕНЕРГОЄМНІСТЮ РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД 128 4.1. Долота для буріння нафтогазових свердловин 128 4.2. Бурильні головки для буріння з відбором керна 140 4.3. Виготовлення дослідних зразків і партій породоруйнівних інструментів з пониженою енергоємністю руйнування гірських порід 148 Висновки до розділу 153 РОЗДІЛ 5 ПРОМИСЛОВІ ВИПРОБУВАННЯ ТА ВПРОВАДЖЕННЯ РОЗРОБЛЕНИХ ПОРОДОРУЙНІВНИХ ІНСТРУМЕНТІВ РІЗАЛЬНОЇ ДІЇ З ПОНИЖЕНОЮ ЕНЕРГОЄМНІСТЮ РУЙНУВАННЯ ГІРСЬКИХ ПОРІД ПРИ БУРІННІ ПОХИЛО- СКЕРОВАНИХ І ГОРИЗОНТАЛЬНИХ СВЕРДЛОВИН 154 5.1. Промислові випробування та впровадження бурових доліт 154 5.2. Промислові випробування та впровадження бурильних головок 163 Висновки до розділу 181 ВИСНОВКИ 182 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 184 ДОДАТКИ 196 Додаток А 197 Додаток Б 199 Додаток В 200 Додаток Д 206 Додаток Е 211 Додаток Ж 215 Додаток 3 221 Додаток К 228