Із використанням рівняння згину вагомого стрижня досліджено задачу стійкості бурової колони роторного типу. Одержано рівняння для визначення критичної довжини у випадку розтягу - стиску. Виконано розрахунки критичної довжини залежно від натягу талевої системи для бурової установки "WIRTH".

Разработаны модели крутящего момента на столе ротора и скорости вращения стола ротора буровой установки. Создана компьютерная система контроля крутящего момента на столе ротора буровой установки с дизельным силовым приводом, суммарная погрешность контроля которой не превышает 3,02 %.

Рассмотрены основные направления оценки буримости горных пород, а также методики оптимизации режима роторного бурения разными типами долот. Предложены формулы для определения удельной энергии механического разрушения породы при бурении сплошным и кольцевым забоем. Установлен характер зависимости удельной энергии механического разрушения породы от механической энергии, подводимой к долоту. Предложена методика определения эффективности комбинированного разрушения породы в зависимости от соотношения удельной механической энергии разрушения породы и удельной потенциальной энергии изменения объема.

Розглянуто можливість використання накопичених даних про відпрацювання доліт у раніше пробурених свердловинах для оптимізації режимних параметрів під час роторного буріння на стадії проектування. Особливу увагу приділено оптимізаційним розрахункам для абразивних порід, оскільки за наявною інформацією безпосередньо відтворити характер зміни механічної швидкості в часі неможливо. Надано структурні блок-схеми комп'ютерних розрахунків для малоабразивних і абразивних порід.

Зіставлено технічні методи для автоматичного узгодження параметрів роторного буріння. Проаналізовано аспекти помилкових конструктивних решень самоадаптивного приводу бурової установки на базі дворухомих зубчастих диференціалів і границь їх застосування. Наведено приклади вдалих конструкцій відповідних пристроїв.

Розглянуто можливість використання накопичених даних про відпрацювання доліт у раніше пробурених свердловинах для оптимізації режимних параметрів у разі роторного буріння на стадії проектування. Особливу увагу приділено оптимізаційним розрахункам для абразивних порід, оскільки за наявною інформацією безпосередньо відтворити характер зміни механічної швидкості в часі неможливо. Надано математичні моделі для малоабразивних і абразивних порід.

Наведено аналіз витрат механічної енергії у процесі буріння свердловин з метою визначення оптимальних співвідношень між параметрами режиму буріння, конструкції свердловини, потужністю приводу долота, а також насосів для подавання бурового розчину, що призведе до скорочення собівартості і енергоємності метра проходки. Заплановано в перспективі подальші дослідження в даному напрямі.

Запропоновано метод оптимального керування процесом буріння нафтових і газових свердловин з дискретно-неперервною зміною керувальних дій, який дозволяє апроксимувати керувальні дії як функції часу простішими залежностями та створити передумови для побудови ефективних систем оптимального керування. Розроблено метод побудови такої системи з дискретно-неперервної зміною керувальних дій на базі формалізації процесу буріння свердловини, ідентифікації параметрів узагальненої моделі, що спрощує процес технічної реалізації керувальних дій у режимі реального часу. Удосконалено стратегію ідентифікації параметрів математичної моделі, яка, на відміну від існуючих, що базуються на нелінійних методах найменших квадратів, передбачає дослідження впливу параметрів ідентифікації на точність математичної моделі, що дозволяє для сімейства моделей, які враховують геологічні та техніко-технологічні умови буріння, одержати ефективні алгоритми визначення їх параметрів. Розвинуто математичне моделювання процесу буріння свердловин, що дало можливість створити його узагальнену математичну модель, яка відображає причинно-наслідкові зв'язки між керувальними впливами та змінними стану об'єкта та може бути використана за різних умов буріння, що дозволяє ефективно розв'язувати задачі ідентифікації параметрів моделі й оптимального керування за єдиними алгоритмами.

Наведено результати теоретичних досліджень в області застосування багатоопорних компоновок низу бурильної колони для буріння свердловин суцільним вибоєм і з відбором керну. Запропонована математична модель розрахунку багатоопорних КНБК з повно- і неповнорозмірними опорно-центруючими елементами. Розроблена нова методика вибору багатоопорних КНБК для буріння свердловин роторним способом.

Встановлено енергоефективність використання неорієнтованих компоновок низу бурильної колони з різною кількістю опорно-центрувальних елементів у разі роторного способу буріння свердловини. Запропоновано методику визначення енергетичних витрат на подолання сил опору фрикційного тертя і фрезування стінок свердловини опорними елементами компоновок. Визначено основні техніко-технологічні причини впливу на енергоємність роботи компоновок і шляхи управління нею.

Наведено причини руйнування сталевих бурильних труб у разі роторного способу буріння. Показано, що крім дії зовнішніх навантажень та інших чинників на довговічність бурильних труб впливають залишкові напруження, які виникають у металі труб під час їх виготовлення на трубопрокатних станах внаслідок пластичного деформування за високої температури та значних прикладених зусиль. Висаджування кінців бурильних труб на горизонтально-ковальських установках в коловий замкнутий пуансон також призводить до появи залишкових напружень. Розроблено і випробувано методику для визначення тангенціальних залишкових напружень у бурильних трубах, яка базується на сучасних методах тензометрування. Основу розробленої методики складають методи Закса і Давіденкова, а їх застосування надає змогу визначити тангенціальні залишкові напруження по всьому перерізі дослідних взірців. Розроблено конструкцію спеціального строю, що уможливлює внутрішнє розточування кільця без пошкодження наклеєних на зовнішній поверхні тензорезисторів. Проведено вимірювання тангенціальних залишкових напружень у тілі і висадженій частині нової сталевої бурильної труби групи міцності "К" і одержано конкретні значення цих напружень по всьому перерізі металу труби, що відображено у таблицях і графіках.

Розглянуто важливі питання підвищення техніко-економічних показників і енергоефективнссті буріння нафтових і газових свердловин за рахунок вдосконалення технічних засобів і науково-методичних основ їх проектування і вибору. Охарактеризовано вплив неорієнтованих компоновок низу бурильної колони на процес управління траєкторією буріння свердловини і енергетичні витрати, які виникають в разі цього. Проаналізовано світовий досвід вирішення питань проектування, вибору і експлуатації неорієнтовсних компоновок низу бурильної колони з різною кількістю опорно-центрувальних елементів. Окрім того, визначено основні підходи і методики, які використовуються під час проектування неорієнтованих компоновок і критерії, що є визначальними під час їх вибору для різних задач спрямованого буріння. Досліджено процес фрезування стінки свердловини робочими елементами опорно-центрувальних елементів під час обертання та осьового переміщення неорієнтованих компоновок в гірничій виробці. Для поглиблення рівня досліджень вдосконалено математичні моделі неорієнтованих компоновок низу бурильно: колони без центраторів, а також з одним і двома центраторами шляхом врахування розчленування їх конструкцій на окремі елементи з різними значеннями ваги погонного метра та жорсткості на згин, а також згинального моменту у верхній точці контакту колони труб із стінкою свердловини.

Сформульовано загальну задачу стійкості бурильної колони за натуральних граничних умов на долоті. Розроблено науково-методичні засади вивчення взаємодії колони бурильних труб зі стінкою свердловини довільного профілю. Узагальнено математичні моделі поздовжніх, крутильних та поперечних коливань бурильного інструменту. Розв'язано задачу про динамічну стійкість обважненого низу компонування з амортизатором і без нього. Вперше за результатами експериментальних стендових досліджень встановлено емпіричні кореляційні залежності між характеристиками бурильного інструменту та інтегральними показниками поглиблення свердловини. На основі результатів планованого експерименту одержано багатофакторні емпіричні моделі механічної швидкості й енергоемності буріння свердловин, які адаптовано до промислових умов.

Розроблено метод ідентифікації та автоматизованого безконтактного контролю буримості гірських порід в процесі поглиблення нафтових і газових свердловин за допомогою роторного способу, що дозволяє контролювати координатні збурення (буримість породи) незалежно від типорозмірів породо-руйнівного інструменту та геолого-технологічних умов і вносити корективи в керувальні дії.

Досліджено динаміку явищ у бурильній колоні виходячи з енергетичних позицій. Тертя в механічних передачах привода ротора та викривлених ділянок бурильної колони до стінки свердловини в середовищі бурового розчину, а також зміна моменту опору на долоті є основними причинами затрат механічної енергії на процес буріння. При цьому для обертання бурильної колони із певною нерівномірністю у свердловині та поглиблення вибою використовується необхідна потужність двигуна. Розглянуто рівняння потужнісного балансу механічної системи "силовий привод - бурильна колона - вибій". Сформульовано задачу щодо визначення кінетичної енергії бурильної колони при роторному бурінні, яка затрачається на подолання тертя в передачах привода та бурильної колони до стінки свердловини в середовищі бурового розчину, а також на руйнування вибою. Використання встановлених математичних залежностей, продемонстровано номограмою для визначення потужності на подолання сил тертя при холостому обертанні бурильної колони у свердловині. Отримані результати теоретичних досліджень можуть бути використані виробничо-технологічними відомствами бурових підприємств для проектної оцінки енергозатрат роторного буріння.

Запропоновано підхід щодо оцінки величини роботи, що виконується основними силовими факторами, які діють на бурильну колону при роторному та суміщеному способах буріння. Сформульовано задачу стосовно отримання аналітичних функцій робіт силових факторів для механічної системи із розподіленими параметрами. Для вирішення поставленої задачі проведено аналіз функцій осьового навантаження та крутного моменту бурильної колони в залежності від змінного параметру - глибини свердловини. Шляхом інтегрування зазначених функцій встановлено аналітичні залежності для визначення роботи осьового навантаження та крутного моменту, що діють на бурильну колону на ділянках похило-скерованої та S-подібної свердловин. Опираючись на промислові дані, проведено числові розрахунки величини роботи на ділянках таких свердловин. Отримані результати досліджень в подальшому можна використати з метою пошуку енергоощадних режимів роботи бурильної колони.