Дослідження впливу геометрії лопатей доліт PDC на ефективність руйнування твердих абразивних порід

Петро Гелетій, керівник Долотного сервісу ТОВ «Бейкер Хьюз Україна»

На ХІІІ Міжнародній нафтогазовій конференції Newfolk 28-29 травня 2026 керівник Долотного сервісу ТОВ «Бейкер Хьюз Україна» Петро Гелетій представив доповідь, присвячену дослідженню впливу геометрії лопатей PDC-доліт на ефективність руйнування породи. У фокусі виступу були сучасні виклики буріння, робота доліт у твердих і надтвердих породах, а також можливості цифрового моделювання для підвищення механічної швидкості проходки та стійкості породоруйнівного інструменту.

Відео доповіді: https://www.youtube.com/live/6VFLI6mZVNA?si=FeQU_MTWsWHpYcYT&t=14902 

На початку виступу Петро Гелетій відзначив, що в Україні вже досягнуто суттєвих результатів у сфері застосування бурових доліт Baker Hughes. За його словами, на сьогодні орієнтовно пробурено близько 500 тис. метрів, а також зафіксовано рекордні показники проходки на одне долото за добу та буріння однієї секції одним долотом за один рейс.

Окрему увагу доповідач приділив ролі PDC-доліт у сучасному бурінні. За різними оцінками, на цей тип породоруйнівного інструменту припадає близько 75–80% ринку. Такі долота застосовуються в широкому діапазоні гірничо-геологічних умов — для буріння вертикальних, похилоспрямованих і горизонтальних свердловин, а також у компоновках із гідравлічними вибійними двигунами, роторних компоновках і системах роторного керованого буріння.

За словами Петра Гелетія, сучасне буріння формує для сервісних компаній два ключові виклики. Перший — це суттєве зростання очікувань замовників щодо механічної швидкості, проходки на одне долото та загальних темпів буріння. Порівняно з 2020–2021 роками ці очікування зросли кратно.

Другий виклик — це складність самих робіт. На окремих продуктивних родовищах у секціях 8,5 та 6 дюймів частка твердих і надтвердих порід може становити від 25% до 67%. Саме ці інтервали часто забирають непропорційно багато часу: останні сотні метрів секції можуть потребувати до трьох чвертей загального часу на її спорудження. Тому підвищення ефективності PDC-доліт у таких умовах є одним із головних напрямів досліджень Baker Hughes.

У доповіді було розглянуто вплив профілю долота на ефективність буріння. Класичним і найбільш збалансованим рішенням вважається параболічний профіль, який складається з конуса, носової та плечової частин. Такий дизайн забезпечує компроміс між стійкістю долота, механічною швидкістю, керованістю та мінімізацією вібрацій.

Водночас параболічний профіль має певні обмеження. Одне з них — ефект «нульової швидкості» в центрі долота. Різці, розташовані близько до осі обертання, мають мінімальну лінійну швидкість, тому втрачається основний ефект роботи PDC-різця — різання. У цій зоні руйнування породи більше відбувається шляхом сколювання.

Для подолання цієї проблеми Baker Hughes досліджує альтернативні підходи. Один із них — застосування спеціальних різців точкового навантаження в центральній частині долота. Інший підхід, представлений у доповіді, передбачає зміну самого профілю долота так, щоб центр інструменту також працював ефективніше.

Для дослідження було обрано еліптичний профіль, оскільки він дозволяє створити гнучку математичну модель і сформувати різні сімейства кривих, які надалі можна трансформувати у профіль бурового долота. Як референс-дизайн було використано долото, яке вже добре зарекомендувало себе на складних родовищах, а для порівняння змодельовано три нові профілі.

Моделювання проводилося за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення Tetrahedron, яке працює як цифровий двійник бурового процесу. Цей інструмент дозволяє виконувати 3D-симуляції буріння в різних умовах: із роторними компоновками, компоновками з гідравлічними вибійними двигунами, в однорідних породах або породах із перешаруванням.

У межах дослідження аналізувалися механічна швидкість буріння, крутний момент, ефективність буріння, робота окремих ріжучих елементів та розподіл навантажень між ними. Отримані дані дозволили оцінити ефективність кожного дизайну та його потенційну придатність для конкретних бурових проєктів.

Симуляції проводилися у двох типах порід: аргілітах із твердістю 14 000 PSI та пісковиках із твердістю 20 000 PSI. Вхідними параметрами були оберти долота на рівні 120 об/хв і поступове збільшення навантаження на долото від 4000 до 14 000 фунтів.

Результати моделювання в аргілітах показали, що перша і друга моделі забезпечили покращення механічної швидкості буріння до 15,7% за малих навантажень на долото. Це пояснюється тим, що саме за таких умов ефективність роботи центральної частини долота має найбільше значення. За більших навантажень також було зафіксовано певне покращення, хоча менш виражене.

У пісковиках твердістю 20 000 PSI усі три змодельовані профілі показали кращий результат, ніж референс-дизайн. Покращення механічної швидкості становило до 23% і 15% за малих навантажень, а також зберігалося незначне покращення за вищих навантажень.

Важливо, що підвищення швидкості буріння не супроводжувалося зростанням крутного моменту. У низці випадків момент залишався на рівні базового дизайну або навіть був нижчим, що позитивно впливає на стабільність роботи долота. Крім того, нові профілі забезпечили рівномірніший розподіл навантаження між ріжучими елементами, що може зменшити ризик передчасного зношування плечової та носової частин долота.

За підсумками дослідження Baker Hughes дійшла висновку, що зміна геометрії профілю дозволяє перерозподілити навантаження з плечової частини долота на носову та центральну частини. Це забезпечує рівномірнішу роботу ріжучих елементів, підвищує стабільність інструменту та створює передумови для збільшення механічної швидкості буріння у складних геологічних умовах.

Таким чином, результати дослідження демонструють, що подальший розвиток PDC-доліт пов’язаний не лише з матеріалами чи якістю різців, а й із глибокою оптимізацією геометрії профілю. Для українського ринку, де буріння дедалі частіше відбувається у складних, твердих і високоабразивних породах, такі технологічні рішення можуть стати одним із ключових факторів підвищення ефективності бурових операцій.

-----------
28-29 травня 2026 року у Львові відбулась ХІІІ Міжнародна нафтогазова конференція Ньюфолк НКЦ «Колтюбінг. ГРП. Бурові сервіси. Геологія та геофізика», яка цього року стала найбільшою за всю історію проведення.

Запрошуємо вас стати частиною X Міжнародної спеціалізованої виставки «НАФТОГАЗЕКСПО 2026», яка відбудеться 13-15 жовтня 2026 року в Міжнародному виставковому центрі (МВЦ), м. Київ.

Цього року в рамках виставки також проходитиме X Київська нафтогазова конференція Ньюфолк НКЦ, що традиційно збирає керівників провідних нафтогазових компаній, представників державного сектору, міжнародних партнерів, виробників обладнання та сервісних компаній.

-----------
«Ньюфолк нафтогазовий консультаційний центр» (Newfolk Oil and Gas Consulting Center) – українська аналітична і консалтингова компанія, що надає маркетингові, інформаційні та консультаційні послуги для підприємств, задіяних у сфері нафто- і газовидобутку.