Актуальность. До 30 % геологоразведочных скважин бракуется из-за неконтролируемого искривления и превышения допустимых отклонений от проектной траектории, что приводит к искажению геологической модели и ошибкам в подсчете запасов. Существующие технические решения, применяемые для направленного бурения скважин, имеют ряд существенных ограничений ввиду присущих им конструктивных и технологических особенностей и в большинстве случаев не решают проблему. Это обуславливает потребность в простом, пассивном, но управляемом методе коррекции направления скважин, совместимом с вращательным бурением с применением снарядов со съемным керноприемником. Методика проведения исследований. Проведено аналитическое исследование кинематики и динамики забойной компоновки с пневмоударником в наклонной скважине, рассмотрены особенности ее работы. На основе уравнений равновесия сил и моментов определены зависимости для углов перекоса и накатывания забойной компоновки. Результаты и их анализ. Установлено, что искривление скважин при ударновращательном бурении обусловлено асимметричным разрушением забоя при устойчивом перекосе забойной компоновки с пневмоударником. Угол ее накатывания на стенки скважины, задающий направление искривления скважины, имеет зависимость от коэффициента трения в системе «буровая компоновка - стенка скважины», который возможно плавно изменять путем смены очистного агента (воздух - газожидкостная смесь), а также дополнительного введения смазывающих добавок. Выводы и область применения результатов. Ударно-вращательное бурение пневмоударниками обладает значительным потенциалом активного управления направлением скважины благодаря управляемому асимметричному разрушению забоя, обеспечивает слабую зависимость от анизотропии и неоднородности пород и обладает повышенной траекторной устойчивостью. Управление траекторией скважины возможно производить пассивно, но целенаправленно - за счет применения различных центраторов в забойной компоновке и изменения места их установки, а также регулирования коэффициента трения в системе «буровая компоновка - стенка скважины».
Ударно-вращательное бурение погружными пневмоударниками с обратной циркуляцией очистного агента (RC-бурение) - один из наиболее производительных механических способов бурения скважин из известных на сегодняшний день, позволяющий непрерывно осуществлять отбор проб горных пород. Помимо общеизвестных преимуществ и недостатков такого способа, опыт эксплуатации соответствующих буровых установок показывает, что конструкция и свойства противоэрозионного элемента стандартно комплектуемых пневмоциклонов не учитывают разность эрозионного воздействия поступающего в циклон шлама, это приводит к неравномерному износу и преждевременному выходу элемента из строя, что в свою очередь влечет за собой дополнительные трудовые и материальные затраты. Методика проведения исследований заключалась в имитационном моделировании области абразивного износа тела циклона при варьировании скорости входящего потока и фракции частиц. Результаты и их анализ. Определена зависимость величины абразивного износа тела циклона от скорости входящего потока и размера частиц. В заданных границах эксперимента выделена область максимального абразивного износа тела циклона, вписываемая в прямоугольный сектор цилиндрической области циклона (с высотой в 209 мм простирающийся по дуге в 47,135°). Максимальная величина износа составила 3,15 · 10-4 кг/(м2/с) при скорости входящего потока 15 м/с и размере частиц 2000 мкм. Выводы и область применения результатов. Предложена модернизированная конструкция, включающая инспекционное окно со съемной бронепластиной, что позволяет осуществлять к ней быстрый доступ, без демонтажа и разбора циклона, для осмотра и, при необходимости, замены, что значительно снижает время, затрачиваемое на непроизводительные операции и тем самым повышает экономическую эффективность бурового процесса.