Запропоновано підходи щодо аналітичних оцінок моменту інерції зігнутих ділянок бурильної колони (БК) за її обертання. Дослідження обертання криволінійних ділянок БК на даний час пов'язані з певними труднощами, які виникають через відсутність точних виразів для оцінки моментів інерції зігнутої труби за параметрами її деформації. Вирішення таких завдань є важливими для аналізу динамічної стійкості БК за роторного та роторно-турбінного способів буріння під час досліджень напружено-деформованого стану її елементів, уточнення енергетичних затрат на процес обертання зігнутих ділянок у свердловині, а також аналізу критичних частот обертання. Проведено дослідження моменту інерції зігнутої ділянки БК на моделях із зосередженими та розподіленими масами. На підставі цього встановлено точні та асимптотичні аналітичні залежності для визначення інерційних характеристик криволінійних ділянок БК і надано рекомендації щодо застосування цих залежностей. Сучасною тенденцією розвитку і модернізації бурового обладнання є застосування бурильних труб, виготовлених із нетрадиційних матеріалів. Враховуючи науковий і практичний інтерес до застосування цих матеріалів, проведено розрахунки моментів інерції для зігнутих ділянок БК, що можуть комплектуватися сталевими, алюмінієвими, титановими чи склопластиковими бурильними трубами. Аналітичне оцінювання моменту інерції зігнутих ділянок відноситься до різного масштабу деформованого стану БК. Формула моменту інерції, встановлена на простих моделях, є коректною у тих випадках, коли криволінійна ділянка БК зазнає великих переміщень. У випадку малих переміщень слід застосовувати аналітичний результат, здобутий на моделі з розподіленими параметрами. Встановлені закономірності є важливими для аналізу динаміки БК у глибоких умовно вертикальних, похило-скерованих чи горизонтальних свердловинах зі складним гірничо-геологічним профілем.

Purpose. Finding the cause and effect relationships between the parameters of non-stationary longitudinal and torsional vibrations of a drilling tool and developing a mathematical model to study their properties. Methodology. The solution to this problem is based on one of the basic principles of analytical mechanics - the Lagrange principle. The equation of motion of the studied rod mechanical system with four degrees of freedom is made using the Lagrange equation of the second kind, which is one of the next stages of its dynamic analysis. Findings. In the process of solving this problem on the basis of industrial data, the analysis of axial load functions, angular rotation speed and torque of the drilling tool for their non-stationarity was carried out. The frequency of change in these non-stationary drilling mode functions is set by rapid Fourier transform. Originality. For the first time, analytical dependences were obtained to determine the forces of cutting and friction on the bit from the second derivatives of the independent generalized coordinates of the mechanical system over time, as well as the relationship between the generalized accelerations of the translational and rotational motions of the bodies of the mechanical system. Practical value. The practical value of the work is the obtained equations of motion of the system, taking into account the received frequency compositions of the mode parameters of drilling until their subsequent numerical solution. The results of this task will further facilitate the choice of optimal modes of dynamic loading of the drilling tool in order to improve its energy efficiency and reliability. Analysis of the frequency dependences of the change in non-stationary functions of the drilling mode parameters will allow evaluating the level of wear of the rock destruction tool, as well as to predict the durability of the drill string elements.

Purpose. To increase the stability of the wellbore during its construction in unstable rocks. Methodology. To solve the set tasks, an integrated approach is used in the work, which includes critical analysis and generalization of scientific and technical achievements in combination with theoretical and experimental research. Findings. Factors influencing the stability of the borehole walls in conditions prone to rock slides and rock falls are analyzed. Expediency of using baths for strengthening the walls of wells in deposits of clay rocks, including clay shales, has been established and substantiated. A formulation of a fuel-bituminous bath has been proposed, the installation of which in a well for 7 - 8 hours makes it possible to increase the initial compressive strength of rocks, which will ensure the integrity of the borehole walls. It is recommended to use corrugated casing pipes to cover the sections of the wellbore where there is intensive crumbling and collapse of rocks. Originality. For the first time, the main factors of wall destruction have been established and a method has been developed to prevent the destruction of walls of directional wells composed of rocks prone to loss of stability under the action of drill string loads. Practical value. To combat the collapse of the walls of the well composed of rocks, prone to loss of stability, the authors suggested setting up fuel-bituminous baths in the range of complications. In case when the collapse of the walls of the well can not be prevented with a fuel-bitumen bath, it is proposed to overlap the area of collapse with the casing using advanced corrugated casing pipes with the injection of adhesive into the rock mass in the near-wellbore zone. The use of an adhesive material increases the contact area of the metal shell with the rock, which collapses increasing the stability of the borehole walls.