№83-27

Принципи роботи свердловинних гідравлічних ударних машин із керованим формуванням імпульсу

А.О. Ігнатов¹, https://orcid.org/0000-0002-7653-125X

О.О. Яворська¹, https://orcid.org/0000-0001-5516-5310

І.К. Аскеров¹https://orcid.org/0000-0002-8398-0205

¹Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна

Coll.res.pap.nat.min.univ. 2025, 83:298–314

Full text (PDF)

https://doi.org/10.33271/crpnmu/83.298

АНОТАЦІЯ

Мета. Обґрунтування вдосконалення комбінованого ударно-обертального буріння та підвищити ефективність гідравлічних ударних машин шляхом оптимізації формування й реалізації ударного імпульсу з урахуванням змінних умов буріння.

Методика дослідження. Використано системний аналіз, фізико-математичне моделювання та стендові випробування гідроударника ПГБ - 2ПГ. Обґрунтовано безклапанну схему з кінематичним керуванням потоком рухомим ковадлом, сформовано узагальнену модель робочого циклу та базові розрахункові залежності, оцінено вплив режиму бурового насоса на стабільність ударів.

Результати дослідження. Запропоновано безклапанний гідропневматичний гідроударник ПГБ - 2ПГ, у якому потік керується ковадлом, а енергія накопичується в пневмокамері бойка, що зменшує знос і підвищує стабільність циклу. Робочий цикл включає усталену циркуляцію, переміщення ковадла на величину L, перекриття каналів, формування гідроудару, розгін бойка та удар на відстані D. Для маси бойка m ≈ 12 кг, робочого ходу ≈ 0,03 м, Δp ≈ 3 МПа енергія одного удару становить 35–40 Дж при частоті 5–7 Гц (180–250 Вт). Стабільність роботи гідроударника забезпечує стала середня витрата промивальної рідини, а пульсаційна подача покращує регулярність ударів.

Наукова новизна. Встановлено безклапанний принцип формування удару через кінематичне перекриття каналів ковадлом; показано зростання частоти ударів зі збільшенням витрати Q та зменшенням A_c і L; обґрунтовано гідропневматичний механізм накопичення енергії з урахуванням перепаду тиску та адіабатичного стискання газу.

Практичне значення. Гідроударник ПГБ-2ПГ забезпечує стабільні керовані удари, підвищує швидкість буріння в міцних породах, зменшує знос вузлів і дозволяє адаптувати режим роботи через налаштування бурового насоса.

Ключові слова: гідроударник, буріння, ударно-обертальний спосіб, гідравлічний удар, пневматична камера, свердловина, пульсаційна циркуляція, енергія удару.

Перелік посилань

1. Don,W.D. (2019).Oilwell Drilling Engineering.Publisher: ‎ASME Press.

2. Lopez, J.C., Lopez, J. E., & Javier, F. (2017). Drilling and blasting of rocks. CRC Press Taylor & Francis.

3. Ihnatov, A. (2021). Analyzing mechanics of rock breaking under conditions of hydromechanical drilling. Mining of Mineral Deposits, 15(3), 122–129.

4. Ihnatov, A. O., Haddad, J., Stavychnyi, Y. M., & Plytus, M. M. (2022). Development and Implementation of Innovative Approaches to Fixing Wells in Difficult Conditions. Journal of The Institution of Engineers (India): Series D. https://doi.org/10.1007/s40033-022-00402-5.

5. Aziukovskyi, O., Koroviaka, Y., & Ihnatov, A. (2023). Drilling and operation of oil and gas wells in difficult conditions. Zhurfond.

6. Hossain, M.E., & Al-Majed, A.A. (2015). Fundamentals of sustainable drilling engineering.Scrivener publishing.

7. Ігнатов, А.О., Пащенко, О.А., Коровяка, Є.А., Семехін, В.Ю., Логвиненко О.О., Аскеров І.К.(2021). Деякі пояснення ударного механізму впливу на гірські породи при бурінні свердловин. Збірник наукових праць НГУ, 66, 177–192. https://doi.org/10.33271/crpnmu/66.177.

8. Hossain, M.E., & Islam, M.R. (2018). Drilling engineering: problems and solutions. Scrivener publishing.

9. Pavlychenko, A., Ihnatov, A., Stavychnyi, Y., Koroviaka, Y., & Askerov, I. (2024). Determination of individual tasks for the protection of soils and subsoil during the construction of wells in oil and gas fields. Collection of Research Papers of the NMU, 78, 161–173. https://doi.org/10.33271/crpnmu/78.161

10. Коровяка, Є., Ігнатов, А., Расцвєтаєв, В., Хоменко, В., & Аскеров, І. (2022). Вивчення деяких особливостей застосування машин ударної дії в процесах спорудження свердловин. Science, practice and theory (с. 553-557). https://doi.org/10.46299/ISG.2022.I.IV.

11. Павличенко, А.В., Ігнатов, А.О., & Аскеров, І.К. (2022). Шляхи інтенсифікації вибійних породоруйнівних процесів при спорудженні свердловин. Наукові праці донецького національного технічного університету. Серія: «гірничо-геологічна» : Всеукраїнський науковий збірник ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», 1(27)-2(28), 87–95. https://doi.org/10.31474/2073-9575-2022-1(27)-2(28)-87-95.

12. Sadeghi, J. (2021). Uncertainty Modeling for Engineers. Github publishing.

13. Modi, D. P. n., & Seth, D. S. m. (2004). Hydraulics and fluid mechanics including hydraulic machines (in si units). Standard Book House.

14. Ігнатов, А., & Аскеров, І. (2025). Гідроударник для буріння (Патент України № 130222). УКРНОІВІ.

15. Falkovich, G. (2011). Fluid Mechanics. A short course for physicists . Cambridge University Press.

16. Ігнатов, А., & Аскеров, І. (2025). Дослідження та вдосконалення конструкцій гідроударників для буріння свердловин. Інструментальне матеріалознавство: Збірник наукових праць ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, (28), 88–102.

17. Speight, J.G. (2018). Formulas and calculations for drilling operations. Second Edition. John Wiley & Sons.

18. Bansal, R. K. (2005). A textbook of strength of materials. Laxmi Publications.

19. Ihnatov, A. O., Koroviaka, Y. A., Pavlychenko, A. V., Rastsvietaiev, V. O., & Askerov, I. K. (2023). Determining key features of the operation of percussion downhole drilling machines. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1254(1), 012053.

20. Павличенко, А.В., Ігнатов, А.О., & Аскеров, І.К. (2024). Техніко-технологічні особливості ударних машин для буріння свердловин. Інструментальне матеріалознавство: Збірник наукових праць ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, (27), 88-99.

дата першого надходження статті до видання – 02.10.2025
дата прийняття до друку статті після рецензування – 04.11.2025
дата публікації (оприлюднення) – 29.12.2025