Дан анализ реакции обсадных колонн скважин на внешнее или внутреннее нестационарное нагружение взрывного происхождения, приведены особенности формирования их напряженно-деформированного состояния, зарождения очагов разрушения. Особое внимание уделено методам и средствам защиты скважин, условиям их применения, оценке эффективности. Разработаны рекомендации по применению средств защиты при проведении взрывно-прострелочных работ в промышленных условиях на нефтегазовых, нагнетательных, геотехнологических и т.п. скважинах.

Розроблено математичну модель технологічного процесу забурювання додаткового стовбура через "вікно" в обсадній колоні, в основу якої покладено реалізацію проектного початкового кута буріння додаткового стовбура. Розроблено методику розрахунку довжини "вікна" і вибору оптимальних параметрів клинового відхилювача, райберів, компоновки низу бурильної колони для вирізання "вікна" в обсадній колоні і буріння додаткового стовбура. Запропоновано нові конструкції триплощинного клинового відхилювача, сферичного райбера і розширюючого ексцентричного лопатевого ступінчастого долота типу ДЕЛС, класифікацію профілів додаткових стовбурів, рекомендації з вибору конструкції свердловин з додатковим стовбуром, розраховано значення гранично допустимих початкових кутів забурювання додаткових стовбурів. Реалізовано можливість якісного кріплення додаткового стовбура "хвостовиком" діаметром 114,3 мм в експлуатаційній колоні діаметром 146 мм.

Містяться результати теоретичних та експериментальних досліджень умов роботи бурильної колони при бурінні свердловин роторним способом, витривалості різьових з'єднань елементів бурильної колони, герметичності обсадних колон у високотемпературних свердловинах. Вперше розв'язано задачі розрахунку довговічності та прогнозування роботоздатності різьових з'єднань елементів бурильної колони із застосуванням критеріїв механіки руйнування. Розроблено способи забезпечення герметичності обсадних колон для кріплення високотемпературних свердловин та одержано аналітичні залежності для визначення оптимальних параметрів герметизуючих елементів і контактних тисків. Одержані формули для розрахунку параметрів різей і конструкцій зарізьових розвантажувальних канавок. Розв'язано задачу визначення оптимальних величин натягів та раціональних значень крутних моментів згвинчування.

Описано динаміку циліндричної оболонки під дією вісесиметричного навантаження як модель впливу рухомого поля тиску в заповнюючій свердловину рідині на колону обсадних труб під час внутрішньосвердловинного вибуху. Постановка задачі грунтується на застосуванні теорії оболонок за С. П. Тимошенком. Наведено рівняння руху власних поздовжніх хвиль у циліндричній оболонці.

Розглянуто розв'язок оберненої задачі бокового каротажного зондування для виявлення межі зон, електропровідність яких значно відрізняється, - межі між відкладами солі, що розчинені в буровому розчині і характеризуються низькими значеннями питомого електричного опору та нерозчиненими сольовими відкладами, що мають високий питомий електричний опір.

У контексті відомих фізичних процесів, що протікають під час проведення прострільно-вибухових робіт у свердловинах, наведено результати сучасних теоретичних та дослідно-промислових досліджень. Показано механізм деформування перепон різної конструкції та властивостей під дією фугасного вибуху та кумулятивного струменя. Описано конструкцію новітніх прострільно-вибухових апаратів (ПВА). Значну увагу приділено основним конструктивним особливостям технічних засобів для підвищення безпеки робіт із ПВА та зручності в їх застосуванні.

Исследована коррозионная стойкость, водородом инициированное растрескивание (ВИР) и сероводородное коррозионное растрескивание под напряжением (СКРН) образцов из обсадных и насосно-компрессорных труб, изготовленных из сталей Д, Л, С-75 и Р-105 в стандартном сероводородном растворе NACE и пластовой воде Локачинского газового месторождения (Украина). Установлено, что в пластовой воде скорость коррозии сталей в 5 - 7 раз ниже, чем в растворе NACE, не происходит ВИР, стали С-75 и Д стойки к СКРН при напряжениях, составляющих 0,8 от минимально допустимого предела текучести. В растворе NACE подверглись блистерингу стали Д и Л, а стойкость к СКРН сталей С-75 (обсадная труба), С-75 (насосно-компрессорная), Д, Л и Р-105 составляет соответственно 0,8; 0,75; 0,5; 0,4 и 0,38 от их минимально допустимого предела текучести.

Исходя из анализа дисперсного уравнения теории С. П. Тимошенко для тонких цилиндрических труб с учетом влияния затрубного пространства установлено, что в цилиндрических оболочках могут распространяться волны трех типов: продольные волны, скорость которых зависит от свойств затрубного пространства, и геометрических размеров оболочки; не зависящие от затрубного пространства пластинчатые и поперечные гармонические волны.

Проаналізовано конструкції нарізних з'єднань трубних колон з урахуванням можливостей їх неруйнівного контролю. Визначено взаємозв'язки між параметрами, що характеризують якість нарізних з'єднань, та інформативними сигналами, за якими оцінюються ці параметри. Встановлено закономірності поширення ультразвукових коливань у нарізних частинах труб, в тому числі обважнених, для розробки способів контролю. Удосконалено та доповнено існуючі способи контролю якості додаткових діаметральних і торцевих ущільнень типу "метал - метал" різьбових з'єднань трубних колон. Досліджено можливість використання принципу агрегатування методик контролю типових елементів нарізних з'єднань шляхом апробації. Розроблено технічні засоби та технології для реалізації способів контролю якості різьбових з'єднань та необхідне для їх ефективного використання нормативне забезпечення.

За допомогою теорії циліндричних оболонок типу Тимошенка досліджено вплив затрубного простору, який моделюється пружним середовищем з визначеним коефіцієнтом постілі, на швидкості розповсюдження гармонійних хвиль в обсадній трубі. Знайдені швидкості характеризують явища повного внутрішнього відбиття вибухових хвиль від стінок обсадної труби з рідиною. Це дає можливість визначити характер вибухового навантаження і ділянку найбільш ймовірного руйнування обсадної труби.

Із застосуванням числової методики комп'ютерного моделювання проведено аналіз динаміки моделі обсадної колони для вибухових імпульсів експоненціальної, прямо- та трикутної форми. Показано, що коли довжина імпульсу порівняно мала, то динамічна поведінка системи обсадна труба - цементне кільце має вигляд перехідного процесу лише на початковому етапі деформування, після чого встановлюються коливання, близькі до гармонійних. Якщо тривалість імпульсу велика, то деформування може мати вигляд квазістатичного процесу.

Досліджено динамічний напружено-деформований стан системи обсадна труба - цементний камінь як двошарової циліндричної оболонки під імпульсною дією свердловинного вибуху. Визначено на прикладі конкретних свердловинних умов небезпечний переріз обсадженої свердловини щодо джерела вибуху.

Проведена численно разрешимая задача о колебании двухслойных перфорированных участков обсадных колонн при импульсных нагрузках. Анализ полученных результатов позволит выбрать такие заряды, которые обеспечат безаварийную работу зацементированной перфорированной обсадной колонны при проведении в буровой скважине прострельно-взрывных работ.

Наведено приклади розв'язання задачі про коливання обсадної труби в заповненій рідиною свердловині під дією вибухової хвилі, породженої імпульсом тиску під час руйнування вакуумованих елементів (явище імплозії).

На основі детального аналізу сучасних методів захисту обсадних колон свердловин у процесі прострільно-підривних робіт обгрунтовано принципово нові напрями розробки нового покоління захисних пристроїв і технологій їх застосування в нафтогазовій та інших галузях промисловості. Викладено загальні закономірності збудження і розповсюдження вибухових збурень у стовбурах свердловин, а також особливості формування напружено-деформованого стану обсадних колон залежно від їх конструкції, властивостей свердловинного флюїду і заколонного простору, якості цементування, щільності перфорації тощо. Встановлено умови граничної рівноваги колон під час вибухових навантажень і можливі механізми їх руйнування. Визначено механізми дисипації енергії вибухових хвиль і гідропотоку, їх ефективність за свердловинних умов. Наведено конструкції рухомих, нерухомих і самогальмівних захисних пристроїв разового та багаторазового використання з регульованим ступенем зниженням інтенсивності вибухового навантаження, методи розрахунку їх основних конструктивних елементів, а також результати промислового впровадження у ході прострільно-підривних робіт у різноманітних свердловинах.

Проаналізовано характеристики обсадної колони, які визначають її працездатність, і встановлено параметри (та їх інформативні ознаки), що підлягають контролю, для запобігання аваріям і втратам герметичності. Розроблено способи контролю геометричних характеристик трубних колон у процесі експлуатації з їх внутрішнього боку з використанням акустичного луно-імпульсного методу, а також методологічні підходи їх реалізації за експлуатаційних умов свердловин.

Встановлено, що найбільш інформативними параметрами, які відповідають за працездатність обсадних колон і визначають їх фактичний технічний стан, є геометричні параметри. На підставі проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено способи акустичного контролю геометричних параметрів трубних виробів зсередини та методологію застосувананя з цією метою акустичного луна-імпульсного методу контролю за експлуатаційних умов свердловини. Експериментально досліджено залежність швидкості поширення поздовжньої ультразвукової хвилі в матеріалі обсадних труб та чутливості акустичного тракту від експлуатаційних факторів свердловини, а також математичну модель контролю (роботи акустичного тракту та розрахунку акустичного поля) за умов свердловини. Розроблено комплекс технічних засобів для акустичного контролю геометричних параметрів обсадних колон у свердловині.

Проаналізовано стан забезпечення вітчизняних бурових підприємств герметизуючими різьбовими мастилами під час кріплення нафтогазових свердловин обсадними трубами. Визначено основні критерії до розробки герметизуючого складу на полімерній основі. Викладено результати досліджень і випробувань розробленої рецептури герметика за лабораторних умов.

Разработана рецептура герметика для труб нефтегазового сортамента с использованием отечественных материалов. В состав герметика не входят высокотоксичные компоненты, что повышает экологическую безопасность при его изготовлении и использовании. Герметик обеспечивает необходимую смазывающую способность и предотвращает от задиров и заеданий резьбы обсадных труб. Использование его при сооружении нефтегазовых скважин обеспечит экологическую безопасность буровых работ и охрану недр.

The formula of potting compound for oil's tubes was created with using of domestic materials. The toxic reductants do not enter into composition of potting compound, that makes it ecologically safe at its producting and using. The potting compound provides indispensable lubricating properties and prevents from scratches and cross-threadings of case pipes. Use of potting compound at a building oil and gas wells will provide ecological safety of drillings.

Представлены результаты, позволяющие устранить отрицательные гидродинамические факторы работы клапанной тарелки с помощью применения новой конструкции клапанной тарелки со сферическими клапанами.

Запропоновано засіб захисту обсадних колон свердловин від руйнування за умов прострільно-підривних робіт, розроблений на підставі аналізу фізичних процесів та явищ, якими супроводжується протікання рідини через дроселюючий елемент захисту як один з механізмів зниження амплітуди вибухового навантаження. Надано схему обгрунтування ефекту дроселювання та пояснено вплив кількості каналів дроселювання та їх розмірів на ефективність захисту свердловин. Показано характерну конструкцію пристроїв багаторазового використання з каскадним дроселюванням, за допомогою якої досягається доцільний ступінь захисту обсадних колон свердловин від вибухових навантажень.