В статье раскрывается важность и актуальность разведки и разработки буровыми инструментами полезных ископаемых при освоении арктических месторождений . Рассматриваются проблемы, которые возникают при работе буровых инструментов. Описываются существующие виды буровых инструментов для добычи полезных ископаемых. Перечисляются достоинства и недостатки, приводятся принципы действия и тип деформации грунта при взаимодействии того или иного инструмента с мерзлым грунтом. Обосновывается необходимость разработки бурового инструмента, который осуществляет менее энергоемкий процесс бурения. Авторы проводят сравнительный анализ скорости бурения и энергоемкости разрушения грунта буровыми инструментами и делают выводы об эффективности предлагаемого бурового инструмента.
В настоящее время все активнее осваиваются нефтегазовые месторождения Арктического шельфа России. Перспективы разведки и добычи полезных ископаемых при освоении шельфовых месторождении в Арктической зоне обуславливаются необходимостью пополнения запасов и развития экономического потенциала страны [1-3].
Более 75% всех промышленных запасов полезных ископаемых находится в Северной части России, в том числе около 80% нефти и почти весь добываемый газ, 90% олова, золото, слюда, апатит и множество других видов сырья. В связи со слабой изученностью и освоением многих шельфовых областей требуется выполнение большого количества разведочных буровых работ [3-5].
Производство таких работ требует, как правило, применение машин повышенной мощности и соответственно повышенных энергетических затрат. Несмотря на имеющееся огромное разнообразие средств механизации, и методов совершенствования технологий, вопрос механизации зимних земляных работ остается до конца не решенным [6, 7].
При проведении буровых работ на Арктическом шельфе возникают проблемы, которые приводят к снижению эффективности добычи нефти и газа. К таким проблемам относится высокая стоимость буровых работ, в особенности бурения поисковых и разведочных скважин. Данная проблема возникает по следующим причинам:
- прочностные свойства мерзлого и вечномерзлого грунта приводят к повышенным энергозатратам и при определенных условиях даже к выходу бурового инструмента из строя;
- высокая абразивность затрудняет процесс бурения в Арктической зоне и оказывает разрушающий характер на рабочую поверхность бурового инструмента [8].
Механическая прочность мерзлых грунтов зависит от вида деформации мерзлого грунта, реализуемого для его разрушения. Относительное соотношение удельного сопротивления мерзлого грунта различным видам деформации представлено в табл.1 [3]. Наиболее энергоемким методом деформации мерзлого грунта является вдавливание, а менее энергоемким является – разрыв, что необходимо учитывать, как при создании буровых инструментов, так и при определении режимов разрушения мерзлых грунтов с целью снижения энергоемкости процесса бурения.
В настоящее время для бурения мерзлых грунтов используются различные виды бурового инструмента, реализующие соответствующие виды деформации.
