Наукові школи

Починаючи з 1932 року до теперішнього часу на кафедрі проводяться науково-дослідні роботи.

Основними сферами наукової та практичної діяльності співробітників кафедри та її випускників є геологія, будівництво, гірничо-видобувна та нафтогазовидобувна промисловості, водопостачання та водовідведення.

Наукова школа Є.Ф.Епштейна

Основні напрямки наукової школи, створеної засновниками кафедри – провідними вченими професорами А.Я.Гімельфарбом та Є.Ф.Епштейном були різноманітні та далекоглядні і знаходять своє підтвердження в наукових працях учнів – продовжувачів їхньої справи на протязі багатьох років.

Перший науковий напрям – розробка технології буріння свердловин.

Під керівництвом доцента Є.Ф.Епштейна (1934–1937 рр.), за участю доцента П.Г.Нестеренко, доцента П.М.Шилова, доцента Н.В.Пічахчі, інженера А.К.Сидоренко, інженера В.А.Лазаряна та інженера Н.П.Гришкової в 1934–1938 рр. вперше були проведені теоретичні і експериментальні дослідження руйнування гірських порід при ударному, ударно-обертальному бурінні, які отримали широке визнання як ґрунтовні в області механічних способів буріння. На кафедрі був запропонований метод вивчення механічних властивостей гірських порід шляхом занурення в них штампу, розвинений в подальшому в роботах професора Л.А.Шрейнера та його учнів. Професором Є.Ф.Епштейном встановлено взаємозв’язок між механічними характеристиками та анізотропією гірських порід.

В цей же період професором Є.Ф.Епштейном за участю к.т.н. В.Н.Бакуля, інженера М.Г.Кравцова і доцента Н.В.Пічахчі виконані дослідження процесів зношування твердосплавних інструментів, результати яких постали підґрунтям для широкого впровадження твердих сплавів у гірничу промисловість. На базі результатів цих досліджень Є.Ф.Епштейн розробив основи теорії обертального та ударно-обертального буріння гірських порід твердосплавним породоруйнівним інструментом і запропонував формули для розрахунку механічної швидкості буріння. Для оцінки доцільного часу буріння за один рейс твердосплавним інструментом, що тупиться, професором Є.Ф.Епштейном, доцентом Г.П.Поповим і асистентом О.С.Філіповою запропоновано в якості критерію оптимізації використовувати рейсову швидкість буріння.

Починаючи з середини 50-х років за ініціативою кафедри були розпочаті роботи по дослідженню і розробці гідроударних машин для буріння ударно-обертальним способом глибоких розвідувальних свердловин. Перші зразки гідроударних бурових машин демонструвалися у 1962 році на Міжнародних виставках в Югославії та Японії. В наступні роки до цих робіт підключилися ІГС ім. А.А.Скочинського, ЦКБ міністерства геології СРСР, ВНДІБТ, МинХіГП ім. Губкіна та інші. В роботах по дослідженню технічних засобів і технології ударно-обертального буріння приймали участь професори Є.Ф.Епштейн і В.Г.Ясов, д.т.н. Г.В.Арцимович, к.т.н. Ю.Д.Безсонов, В.Ф.Сірик, Л.С.Баханович, А.А.Кожевников і Ю.Г.Д’яченко. Теоретичні і експериментальні дослідження в області ударно-обертального буріння глибоких свердловин і передачі енергії ударом були використані в практичних розробках ряду гідроударних машин.

Створені кафедрою сумісно з СКБ ВПО "Союзгеотехніка" відбивачі гідравлічних хвиль дали змогу розширити область застосування гідроудар-ників до глибини 2000 метрів.

На кафедрі вирішена техніко-економічна задача вибору найвигіднішої висоти бурової вежі (проф. Є.Ф.Епштейн, ст. викл. О.С.Філіпова). Виконано теоретичні і експериментальні дослідження обертального силового буріння свердловин і шпурів (проф. С.Я.Сологуб, к.т.н. В.М.Ткаченко, доц. А.О.Кожевников, інж. В.А.Попков). Розроблені та впроваджені нові конструкції породоруйнівного інструменту для буріння свердловин без відбору керну і з відбором його.

Для контролю направлення траси свердловини на кафедрі розроблено телеінклінометр, який не поступався ліпшим зарубіжним зразкам (доц. І.М.Пахомов, інж. В.А.Папіж). З 1991 року він випускається державним науково-виробничим малим підприємством "БИСИП".

З початку 2000-х років, протягом десятиліть колектив кафедри (проф. А.О.Кожевников, доц. А.К.Судаков та О.А.Пащенко, інж. О.Ф.Камишацький, О.А.Лексіков, В.І.Титов) займаються розробкою технології спорудження гідрогеологічних свердловин. Розроблені та впроваджені в умовах ДРГП «Причономоргеологія» цементувальний агрегат ЦА-НГУ та ряд технологій обладнання продуктивних горизонтів гравійними фільтрами зі зємним кожухом. У 2014 році доц. Судаковим А.К. завершено дослідження науковим обґрунтуванням та впровадженням в виробництво технології обладнання бурових свердловин кріогенно-гравійними фільтрами.

Другий науковий напрям - розробка та дослідження комплексного впливу рідин на процеси руйнування гірських порід при бурінні свердловин.

Використання поверхнево-активних добавок до промивальних рідин дозволяє майже в 1,5 рази підвищити ефективність обертального та ударно-обертального буріння. З початку 50-х років до теперішнього часу на кафедрі проводяться дослідження по розробці рецептур нових промивних рідин і технології буріння свердловин в складних геологічних умовах з їх застосуванням (професори В.Г.Ясов, Є.Ф.Епштейн, доц. А.М.Бражененко). Розроблені і впроваджені силікатні та силікатно-гумінові промивальні рідини (проф. Є.Ф.Епштейн, доц. Л.В.Корчагін). Досліджено вплив поверхнево-активних речовин (ПАР) на ефективність руйнування гірських порід і розроблено технологію їх застосування при бурінні свердловин (проф. Є.Ф.Епштейн, М.А.Дудля, О.М.Давиденко, доц. Н.М.Гавриленко, А.В.Вареник та інші).

В 2000-х рр. у ході досліджень виконаних інж. О.А.Пащенко, під керівництвом проф. М.А.Дудлі, обґрунтовано раціональну технологію руйнування гірських порід в умовах дії гідростатичного тиску.

У 2010-х рр. інж. О.Ф.Камишацьким, під керівництвом проф. О.М.Давиденко, обґрунтовано параметри пристрою для обробки промивальних рідин при бурінні свердловин, також, для умов ТОВ «Біохімінвест», розроблено рецептуру промивальних рідин при бурінні нафтогазових свердловин для умов родовищ Передкарпатської і Дніпровсько-Донецької нафтогазових областей.

Третім науковим напрямком діяльності співробітників кафедри є технологія та технічні засоби руйнування гірських порід на вибої свердловини.

Її фундатором є професор А.Я.Гімельфарбом. У 20-30-х роках ним булі розроблені теоретичні основи конструкції породоруйнівного інструменту із застосуванням надтвердих матеріалів. Далі вони отримали розвиток в роботах учнів Є.Ф.Епштейна.

В 50-х роках, проф.. Ф.І.Кучерявим і доц. Д.І.Фішелевичем проведені дослідження процесів руйнування гірських порід при бурінні свердловин твердосплавним породоруйнівним інструментом з застосуванням швидкісної зйомки та тензометрування.

Виконані раніше під керівництвом професора Є.Ф.Епштейна теоретичні та експериментальні дослідження процесів руйнування гірських порід при обертальному та ударно-обертальному буріння стали ґрунтовними в нашій країні та за кордоном. В 60-х роках в великому обсязі проводилися дослідження по розробці нових методів руйнування гірських порід з застосуванням електро-гідравлічного ефекту і струму високої частоти (проф. Є.Ф.Епштейн, інж. Е.І.Арш, Г.К.Віторт).

Розвитком цих робіт стали дослідження професора С.Я.Сологуба по обертально-силовому бурінні гірських порід під час проведення свердловин та шпурів цільним вибоєм. Ці ж дослідження покладені А.О.Кожевниковим в основу розробки нових технічних засобів для колонкового буріння – коронок ТКД.

Починаючи з кінця 70-х років на кафедрі (проф. Є.Ф.Епштейн, доц. Ю.Д.Безсонов, к.т.н. А.І.Шепель, інж. Ю.В.Водолазький) сумісно з Тульським відділенням ЕД ЦНДГРІ та НПО "Тулачермет" розвивався науковий напрямок по використанню нових демпфуючих матеріалів в корпусах алмазних коронок і розширювачів. Роботи було завершено створенням і передачею до серійного виробництва ефективної алмазної коронки 01А3-ЖМ.

На основі прямих вимірів зусилля на вибої свердловини, показані практичні шляхи підвищення ефективності передачі осьового навантаження на породоруйнівний інструмент (доц. А.М.Бражененко).

Розробці основ технології і технічних засобів термомеханічного способу буріння свердловин присвячені роботи проф. Є.Ф.Епщтейна, А.О.Кожевникова та доц. П.П.Вирвінського.

В 2000-2010 рр, доц. А.Ю.Дреусом. продовжено цю роботу з інтенсифікації руйнування гірської породи при алмазному бурінні свердловин. На підставі подальшого вивчення механізмів руйнування гірської породи і теорії теплофізичних процесів, що діють на вибої свердловини, А.Ю.Дреусом обґрунтовано раціональні параметри термомеханічних, теплофізичних і технологічних процесів при переривчастому промиванні вибою свердловини при бурінні алмазними коронками.

Оригінальна методика розрахунку бурильних труб була запропонована на кафедрі в 1978 році (проф. Є.Ф.Епштейн та інші). В ті ж 70-ті роки на кафедрі проведені дослідження хвильових процесів в бурильній колоні та їх вплив на міцностні характеристики, а також розроблені технічні засоби віброгашення (к.т.н. А.І.Шепель).

Виконані дослідження в області буріння свердловин на воду і розроблені основи теорії роботи віброустановок для руйнування м'яких гірських порід бортів кар’єрів (доц. П.Ф.Пальянов, к.т.н. В.А.Остапенко).

На кафедрі також виконані теоретичні дослідження технології алмазного буріння геологорозвідувальних свердловин при умовах раціональної передачі енергії породоруйнівному інструменту без порушення цілісності бурильної колони (доц. І.М.Пахомов, Ю.Л.Кузін), а також теоретичні та експериментальні дослідження закономірностей розподілу напруг при руйнуванні анізотропних гірських порід на вибої свердловини з застосуванням поляризаційно-оптичного методу і методу моделювання (проф. С.Я.Сологуб, к.т.н. С.Г.Годяєв).

Під керівництвом проф. О.М.Давиденко на основі вивчення основних закономірностей взаємодії в парі "планетарне долото-гірська порода" інж. В.Л.Хоменко обґрунтовано конструктивні параметри планетарних доліт безударної дії, які мають високу зносостійкість.

Окремим напрямом в проведенні досліджень виконаних в останні десятиліття співробітниками кафедри під керівництвом проф. С.Я. Сологуба, О.М.Давиденко та доц А.М.Бражененко є розробка технології кріплення і ізоляції стовбура свердловини від масиву гірських порід.

У 80-х роках інж. А.В.Пащенко виконано дослідження по розробці раціональної технології тампонування розвідувальних свердловин для умов Донбасу.

У 2010-х рр. інж. А.О.Ігнатовим досліджено та обґрунтовано технологію кріплення нафтогазових свердловин, що забезпечує підвищення якості та надійності тампонажних робіт.

Наукова школа Бражененко А.М.

Сформована наукова школа, основоположником якої став А.М. Бражененко. Для різних геолого-технічних умов буріння на кафедрі техніки розвідки родовищ корисних копалин під керівництвом А.М.Бражененко розроблені тампонажні термопластичні (легкоплавкі) матеріали. Трьома поколіннями дослідників розроблено та обґрунтовано інноваційні технології ізоляції поглинаючих горизонтів термопластичними (легкоплавкими) матеріалами, для реалізації яких необхідно виконати: доставку термопластичних матеріалів на вибій свердловини, плавлення (нагрів) термопластичних матеріалів і їх задавлювання в канали поглинання.

Технології ізоляції, засновані на використанні нечутливих до розведення водою тампонажних матеріалів. Розплав яких, проникаючи в канали поглинання з наступною зміною агрегатного стану, утворює малооб'ємну, але надійну ізоляційну оболонку навколо стовбура свердловини.

1. Технологія ізоляції зон поглинань промивної рідини із застосуванням тампонажних сумішей на основі бітуму. Рік захисту 1990. Роботи виконувалися інж. І.І.Мартиненко в дослідно-методичної партії нової техніки виробничого геологічного об'єднання «Північукргеологія».

2. Технологія ізоляції зон поглинань промивної рідини із застосуванням тампонажних сумішей на основі сірки. Рік захисту 2000. Робота виконана інж. А.К.Судаковим на кафедрі техніки розвідки родовищ корисних копалин Національної гірничої академії України (нині кафедра нафтогазової інженерії і буріння Національного технічного університету «Дніпровська політехніка»).

3. Технологія ізоляції зон поглинань промивної рідини із застосуванням тампонажних сумішей на основі вторинного поліетилентерефталату. Рік захисту 2018. Робота виконана інж. Д.А.Судаковою на кафедрі техніки розвідки родовищ корисних копалин НТУ «ДП» під керівництвом доц. Ю.Л.Кузіна.

Для виконання наукових досліджень пов’язаних з розробкою технології буріння свердловин на кафедрі використовується:

- дослідницький стенд, основою якого є буровий станок ЗІФ-650М та бурові насоси НБ-32 і НБ-5;

- вимірювально-обчислювальний комплекс теплофізичних властивостей гірських порід;

- дослідницький стенд технологій транспортування гравійних фільтрів по стволу бурової свердловин;

- дослідницький стенд фільтраційних властивостей фільтрів (гравійних, блокових).

Для досліджень в свердловинних умовах – установка УКБ-4П.