Исследовано влияние энергии горного массива на дискование керна при бурении глубоких скважин. Для определения начала дискования керна использована теория упругой энергии формоизменения. Выведена формула для определения толщины диска керна, а также определен характер ее зависимости от диаметра керна. С учетом энергии горного массива произведена оценка стойкости керна к дискованию с ростом глубины скважины. Установлено влияние удельной потенциальной энергии изменения объема на механическую скорость бурения при комбинированном разрушении горной породы в процессе отбора керна. Предложена формула для установления зависимости выноса керна от степени его дискования.

Рассмотрены основные направления изучения процесса разрушения горной породы на разных уровнях, а также проблемы, которые могут возникнуть в масштабе массива, скважины, матрицы и блока. На основании анализа известных формул для оценки коэффициента снижения прочности пород в массиве получена новая зависимость для условий глубокого бурения. Предложена формула для определения перемещений на боковой поверхности бурящейся скважины.

Рассмотрена возможность снижения энергоемкости разрушения горных пород в глубоком бурении за счет использования энергии горного массива. Установлено, что на определенной глубине скважины эта энергия достигает таких размеров, что дает возможность осуществлять эффективное разрушение породы. Предложены формулы для определения составляющих баланса энергии данного процесса, который положил начало комбинированному разрушению породы при бурении глубоких скважин. Результаты проведенных расчетов по данным формулам показали, что его эффективность зависит от соотношения удельной механической энергии разрушения и удельной потенциальной энергии изменения объема. Анализ формулы для определения удельной механической энергии разрушения, а также проведенные расчеты показали, что эта энергия может быть мерой эффективности работы породоразрушающего инструмента в конкретных породах.

Проанализированы результаты научного бурения (НБ) на территории Украины при выполнении программы изучения глубинного строения континентальной земной коры, кратко изложены основные этапы ее проведения. Наряду с геологической геофизической информацией, полученной в результате НБ, рассмотрены данные об экстремальных значениях параметров технологического процесса в условиях сложного напряженного состояния пород, высоких пластовых температур и давлений. Изложены основные направления создания принципиально новых элементов технологии и технических средств, направленных на дальнейший прогресс в области бурения с научными целями. Рассмотрены основные направления информации, полученной при бурении, использования глубоких скважин, которые могут стать важным элементом прогноза глобальных изменений окружающей среды и природных катастроф.

Изложены критерии оценки формы забоя при саморазрушении горных пород в процессе проводки скважины. Рассмотрена возможность их использования при прогнозировании формы забоя в глубоком бурении. Установлен характер его изменения от глубины скважины, механической скорости бурения и стойкости горных пород к саморазрушению.

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 зниження енерговитратності гірських порід в глибокому бурінні за рахунок використання енергії гірського масиву. Встановлено, що на певній глибині свердловин ця енергія сягає таких величин, що дає можливість здійснювати ефективне руйнування гірської породи. Запропоновано формули для визначення складових балансу енергії даного процесу, який являє собою комбіноване руйнування породи під час буріння глибоких свердловин. Результати розрахунків за даними формулами засвідчили, що його ефективність залежить від співвідношення питомої механічної енергії руйнування та питомої потенціальної енергії зміни об'єму.

Розроблено систему прогнозування активації складових потенціальної енергії гірського масиву на основі використання установленої закономірності зміни їх на великих глибинах. Система може бути важливою складовою заходів з попередження аварій і ускладнень при бурінні глибоких свердловин.

Для оцінки часового критерію деформування і руйнування гірських порід за умов глибокого буріння запропоновано параметр, який являє собою інтенсивність виділення гірським масивом потенціальної енергії зміни об'єму за одиницю часу. Під час визначення можливостей використання з цією метою явища дискування керна запропоновано параметр, що характеризує інтенсивність виділення потенціальної енергії зміни форми стовпчиком керна за одиницю часу. На підставі цих параметрів сформульовано дві концепції деформування і руйнування гірських порід.

Надано умови міцності привибійної зони та стінок свердловини у разі комбінованого ступінчастого руйнування гірських порід як систем з певним запасом потенціальної енергії. Встановлено характер зміни параметра критичної форми рівноважного стану вибою залежно від його стійкості до саморуйнування.

Розглянуто основні критерії та закономірності відновлення пружнопластичних і механічних властивостей порушених гірських порід. Встановлено характер зміни зведеної відстані від масштабного фактора, а також коефіцієнта збереження властивостей масиву гірських порід від вихідної швидкості поздовжньої хвилі.

Розглянуто вплив виду напруженого стану гірських порід на характер зміни складових потенціальної енергії деформації. Викладено умови міцності забою і стінок свердловини у разі дії на них питомих потенціальних енергій зміни об'єму та форми.

Розглянуто характер впливу пластового тиску на формування потенційної енергії пласта і її складових. Встановлено можливість регулювання потенційної енергії пласта за рахунок буріння під регульованим тиском і зміни перепаду температури на стінці свердловини.

Встановлено залежність для визначення показника тріщинуватості гірських порід, а також зв'язок цієї залежності з коефіцієнтами повторного дроблення породи та вторинного руйнування керна. Досліджено ступінь руйнування керна за умов тріщинуватості та деформації гірських порід у масиві. Розроблено класифікації гірських порід за їх тріщинуватістю та складністю відбору керна. Встановлено аналітичні залежності виносу керна від його питомої кускуватості та товщини диска. Запропоновано нові конструкції керновідбірних пристроїв і бурильних головок фрезерного типу.

На підставі комплексного підходу, що включає аналіз і узагальнення науково-технічних досягнень та промислові дослідження, вперше теоретично обгрунтовано і підтверджено промисловим матеріалом, що потенціальна енергія деформації є основним чинником, який впливає на геомеханічні процеси під час буріння глибоких свердловин. У разі енергетичної оцінки стану гірського масиву використано виведені формули для визначення питомої потенціальної енергії деформації та її складових. Встановлено залежність ефективності комбінованого руйнування гірської породи від співвідношення питомої механічної енергії руйнування породи і питомої потенціальної енергії зміни об'єму. Запропоновано способи керування геомеханічними процесами під час проведення бурових робіт.