Анотація до роботи:

Фем’як Я.М. Підвищення ефективності руйнування гірських порід при бурінні свердловин за рахунок енергії пульсуючих потоків. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.10. – Буріння свердловин. – Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, 2007р.

Захищається 8 наукових праць, які містять теоретичні, експериментальні та промислові дослідження, направлені на покращенням процесу руйнування гірських порід на вибої свердловини трилопатевими долотами з вставками пульсаторів.

Запропоновано нову конструкцію гідродинамічного пульсатора з введенням промивальної рідини по дотичному каналу для завихрення потоку рідини в циліндричній частині пульсаційної камери та в дифузорі, в яких виділяється розчинений газ (повітря) у вигляді бульбашок.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень встановлено виникнення пульсацій в потоці промивальної рідини при її проходженні через пульсатор як при відсутності тиску на виході з насадки пульсатора так і при наявності протитиску. Встановлено характер пульсації потоку, який полягає у зменшенні величин тиску на виході з насадки пульсатора з амплітудою від 1 до 3 МПа та частотою від 1 до 12 Гц, а також можливість передачі пульсаційних коливань тисків при виході потоку промивальної рідини з гідродинамічного пульсатора та гідромоніторну насадку.

Одержані результати є науково новими і мають практичну цінність. Практичне значення одержаних результатів полягає у науковому обґрунтуванні амплітудно-частотних характеристик гідродинамічного пульсатора та їх використанні для покращення техніко-економічних показників буріння свердловин.

Результати отриманих досліджень використані для удосконалення конструкції бурового трилопатевого долота.

Основні результати дисертації впроваджені в практику буріння.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення на основі експериментальних досліджень науково-практичної задачі використання гідродинамічних пульсаторів у трилопатевих бурових долотах для покращення руйнування гірських порід при бурінні свердловин. Одержано наступні основні результати.

1. В результаті проведених аналітичних і промислових досліджень визначено, що для покращення техніко-економічних показників руйнування гірських порід при бурінні свердловин, необхідне створення породоруйнівних інструментів пониженої енергоємності буріння.

2. На основі теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що технологія обробки вибою свердловини коливаннями імпульсів тиску, які створюються за допомогою пульсаторів, полягає у формуванні в зоні їх дії пульсуючих потоків промивальної рідини з високими зарядами кінетичної енергії. Встановлено зв’язок між зміною величини параметра пульсації і зміною відношення тисків на вході і виході з пульсатора. Виявлено, що із зменшенням параметру пульсації відносна довжина каверни монотонно збільшується в межах довжини насадки, а із збільшенням кута розкриття насадки пульсатора при інших рівних умовах її відносна довжина в межах насадки пристрою зменшується.

3. Розроблено конструкцію гідродинамічного пульсатора з введенням промивальної рідини по дотичному каналу для завихрення потоку рідини в циліндричній частині пульсаційної камери та в дифузорі, в яких виділяється розчинений газ (повітря) у вигляді бульбашок. При проходженні промивальної рідини через твердосплавне сопло Лаваля бульбашки під впливом зовнішнього тиску лускають. При цьому відбувається пульсаційне зменшення тиску з частотою від 1 до 12 Гц, та з амплітудою від 1 до 3 МПа.

4. Запропоновано та підтверджено експериментальними дослідженнями можливість передачі пульсаційних коливань тисків при виході потоку промивальної рідини через пульсаційно-кавітаційну камеру пульсатора та гідромоніторну насадку. Відповідна конструкція пульсатора захищена патентом України на винахід та дозволяє при збільшенні зносостійкості породоруйнівного інструменту понизити енергоємність буріння.

5. Розроблено й захищено патентом України конструкцію трилопатевого долота, в якій для зменшення енергоємності буріння в промивні вузли вмонтовано гідродинамічні пульсатори.

6. За результатами проведених досліджень впливу кавітаційно-пульсаційних потоків на процес буріння свердловин розроблено і виготовлено в Стрийському ВБР та в Науково-виробничій фірмі “Велл” три трилопатеві долота з вставками гідродинамічних пульсаторів, а озброєння доліт армовано твердосплавним надтвердим матеріалом.

7. Успішно випробувано і впроваджено в практику буріння бурові трилопатеві долота, оснащені гідродинамічними пульсаторами. Технологічний ефект від промислових випробувань встановив збільшення проходки на долото в 1,5 – 2 рази та механічної швидкості буріння у два рази.

8. Використання пульсаційних ефектів, створюваних в потоці промивальної рідини, може мати широкий спектр використання:

суттєве збільшення проходки за один рейс доліт різних типів (алмазних, шарошкових, лопатевих);

збільшення швидкості утворення стовбурів великого діаметру при роботі розширювачів;

формування складних суспензій промивальної рідини;

очищення привибійної зони свердловини з метою інтенсифікації припливу вуглеводнів.

Публікації автора:

1. Яремійчук Р.С., Фем’як Я.М., Якимечко Я.Я. Руйнування гірських порід при кавітаційному бурінні свердловин // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Буріння нафтових і газових свердловин. – Івано-Франківськ: ІФДТУНГ. – Випуск 36.- Т. 2. – 1999. - С. 33 – 37. (Особистий внесок (70%) - проведено теоретичні дослідження руйнування гірських порід внаслідок ударних імпульсів тиску і коливань виникаючих за рахунок кавітаційних процесів).

2. Яремійчук Р.С., Фем’як Я.М. Інтенсифікація процесу руйнування гірських порід під час буріння свердловин внаслідок дії ультразвукової кавітації // Нафтова і газова промисловість. – 2000. - №3. – С. 15 – 16. (Особистий внесок (75%) – проведено експериментальні дослідження, щодо можливості використання кавітаційних технологій для руйнування гірських порід).

3. Фем’як Я.М., Яремійчук Р.С. Розробка оптимальних режимів кавітаційного руйнування гірських порід // Нафтова і газова промисловість. – 2000. - №6. – С. 13 – 15. (Особистий внесок (70%) – досліджено вплив критерію ерозійної активності кавітації на процес руйнування гірських порід).

4. Фем’як Я.М., Яремійчук Р.С., Якимечко Я.Я. Підвищення ефективності руйнування гірських порід // Нафтова і газова промисловість. – 2001. - №2. – С. 16 – 17. (Особистий внесок (80%) – проведено теоретичні та експериментальні дослідження впливу потужного акустичного поля на руйнування гірських порід).

5. Фем’як Я.М. Використання кавітації для інтенсифікації руйнування гірських порід при бурінні свердловин // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Буріння нафтових і газових свердловин. – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ. – №3. – 2002. – С. 82 – 84.

6. Яремійчук Р.С., Фем’як Я.М. Вплив дії ультразвукової кавітації на процес руйнування гірських порід при бурінні свердловин // Збірник наукових праць: Матеріали 6-ї Міжнародної науково-практичної конференції “Нафта і газ України-2000”. – Т. 2. – Івано-Франківськ, 2000. – С. 15. (Особистий внесок (80%) – проведено теоретичні та експериментальні дослідження, щодо використання ультразвукової кавітації для руйнування гірських порід).

7. Яремійчук Р.С., Фем’як Я.М., Якимечко Я.Я. Руйнування гірських порід при кавітаційному бурінні свердловин // Тези науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу ІФНТУНГ “Секція ГНПФ та ФНГП”. – м. Івано-Франківськ. – 1999. – С. 111 – 112. (Особистий внесок (75%) – розроблено конструкцію гідродинамічного пристрою-пульсатора).

8. Деклараційний патент України, № 43637А, МКИ Е21В10/42. Бурове трилопатеве долото / Р.С. Яремійчук, О.М. Расторгуєв, М.В. Баранецький, Я.М. Фем’як, Т.Р. Шандровський. - Заявл. 18.04.2001; Опубл. 17.12.2001, Бюл. №11. – 4с. іл. (Особистий внесок (60%) – розроблено технічну документацію на виготовлення дослідного зразка долота, проведено його виготовлення та промислові випробування).