resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)resar-824Research ArticleНауки о ЗемлеEarth sciencesОптимизация процесса оттайки мерзлого грунта при бурении скважинOptimization of the Process for Thawing Frozen Ground During DrillingТимофеевНиколай ГаврильевичTimofeevNikolay Gavrilievich

ТИМОФЕЕВ Николай Гаврильевич – ст. преподаватель, yakutsk_09@mail.ru; 

yakutsk_09@mail.ruСкрябинРево МироновичSkryabinRevo Mironovich

СКРЯБИН Рево Миронович – к.т.н., проф., зав. каф., yakutsk_09@mail.ru; 

yakutsk_09@mail.ruЯковлевБорис ВасильевичYakovlevBoris Vasilyevich

ЯКОВЛЕВ Борис Васильевич – д.ф.-м.н., проф., b-yakovlev@mail.ru

b-yakovlev@mail.ruСеверо-Восточный федеральный университетРоссияNorth-Eastern Federal UniversityRussian Federation2015120520252045761Copyright © Тимофеев Н.Г., Скрябин Р.М., Яковлев Б.В., 20252025Тимофеев Н.Г., Скрябин Р.М., Яковлев Б.В.Timofeev N.G., Skryabin R.M., Yakovlev B.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/824

Рассматриваются предложения по совершенствованию конструкции породоразрушающего инструмента (долота) при бурении скважин в условиях многолетнемерзлых пород в районах Северо-Востока и арктической зоны страны с экстремальными природно-климатическими условиями и с мощной толщей многолетнемерзлых горных пород, где к выбору оптимальных способов и технологий разведки месторождений предъявляются особые требования. Месторождения зоны многолетней мерзлоты имеют существенные отличия от аналогов, расположенных в районах с умеренным климатом и положительной температурой пород. Специфика их обусловлена комплексным взаимодействием и влиянием горно-геологических, горнотехнических, мерзлотных и климатических факторов. В основе осложненных условий бурения скважин в многолетнемерзлых породах лежит температурный фактор, определяющий эффективность процесса разрушения и транспортировки мерзлых горных пород. В процессе разрушения мерзлой горной породы при контакте резцов с горным массивом в области рабочей поверхности резцов интенсифицируется тепловыделение. С целью минимизации выделяемого тепла путем аналитических исследований выявлены закономерность теплообразования на поверхности резцов и зависимость выделяемой теплоты на забое скважины от радиуса расположения резцов Т=f(r) породоразрушающего инструмента (долота) при резании мерзлой породы. На основании полученных данных предлагается усовершенствованный вариант породоразрушающего инструмента (долота), который обеспечивает эффективное разрушение забоя скважины и минимизирует выделения тепла.

Proposals for improving the design of rock cutting tool (bit) during drilling in permafrost conditions in areas of the North-East and Arctic regions are considered. The extreme climatic conditions of the regions and thick layers of permafrost rocks bring about special requirements for methods and technology of exploration. Deposits of the permafrost zone have significant differences from deposits located in areas with a temperate climate and positive temperature rocks due to a complex interaction and the influence of geological, mining, permafrost and climatic factors. The basis of the complicated conditions of drilling in permafrost temperature is the temperature factor that determines the efficiency of the process of destruction and transportation of frozen rocks. In the process of destruction of frozen rocks, upon contact of the cutters with rocks in the area of the working surface of incisors the heat dissipation is enhanced. Analytical studies of the regularities of heat formation on the surface of the incisors are carried out and the dependence of heat generated on the wellbore from the radius of the rock cutting tool (bit) cutters location T=f(r) when cutting frozen rocks is revealed. On the basis of the obtained data, we propose an improved version of rock cutting tool (bit), which provides effective destruction of the borehole bottom and minimizes the heating.

бурение скважинмерзлые породытемпература в скважинепородоразрушающий инструментдолотозабурникоптимальный угол резанияконструктивные углы резцовразведка месторожденийтеплообмен в скважинеоттайка породыdrillingpermafrosttemperature in a boreholerock cutting toolchiseljumperoptimum cut- ting angleconstructive corners of cuttersexplorationheat transfer in a boreholerock defrostingReferencesБасов И.Г. Исследование влияния формы режущей части инструмента на износостойкость при разрушении мерзлых грунтов // Исследование землеройных машин. – Томск: Изд-во ТПУ, 1977. – С. 39–44.Басов И.Г. Исследование влияния формы режущей части инструмента на износостойкость при разрушении мерзлых грунтов // Исследование землеройных машин. – Томск: Изд-во ТПУ, 1977. – С. 39–44.Бейсебаев А.М. Бурение скважин и горноразведочные работы. – М.: Недра, 1990. – 303 с.Бейсебаев А.М. Бурение скважин и горноразведочные работы. – М.: Недра, 1990. – 303 с.Бугаев В.Г. Исследование процесса, разработка конструкции режущего инструмента и обоснование режимов вращательного бурения скважин: Дис. … к.т.н. – Красноярск, 2004. – 307 с.Бугаев В.Г. Исследование процесса, разработка конструкции режущего инструмента и обоснование режимов вращательного бурения скважин: Дис. … к.т.н. – Красноярск, 2004. – 307 с.Грабчак Л.Г. Горноразведочные работы. – М.: Высшая школа, 2003. – 661 с.Грабчак Л.Г. Горноразведочные работы. – М.: Высшая школа, 2003. – 661 с.Минаков В.М. Влияние температурного режима в скважинах большого диаметра на бурение и качество опробования при разведке мерзлых россыпейМинаков В.М. Влияние температурного режима в скважинах большого диаметра на бурение и качество опробования при разведке мерзлых россыпей// Геология и разведка. – 1991. – № 3. – С. 73–85.// Геология и разведка. – 1991. – № 3. – С. 73–85.Шевченко А.Н. Выбор рационального типа бурового инструмента и системы очистки скважин при бурении мерзлых пород: Дис. … к.т.н. – Иркутск, 2007. – 128 с.Шевченко А.Н. Выбор рационального типа бурового инструмента и системы очистки скважин при бурении мерзлых пород: Дис. … к.т.н. – Иркутск, 2007. – 128 с.Карпиков А.П. Бурение горноразведочных и технических выработок: Учеб.-справочное пособие. – М.: МГИУ, 2003. – 102 с.Карпиков А.П. Бурение горноразведочных и технических выработок: Учеб.-справочное пособие. – М.: МГИУ, 2003. – 102 с.Линьков С.А. Разработка конструкции и обоснование параметров рабочего органа для бурения скважин в мерзлых грунтах: Дис. … к.т.н. – Омск: Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, 2007. – 185 с.Линьков С.А. Разработка конструкции и обоснование параметров рабочего органа для бурения скважин в мерзлых грунтах: Дис. … к.т.н. – Омск: Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, 2007. – 185 с.Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород: Учебное пособие для вузов. –М.: Издво МГГУ, 2004. – 222 с.Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород: Учебное пособие для вузов. –М.: Издво МГГУ, 2004. – 222 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.