Кафедра техники разведки МПИ
Кафедра техники разведки месторождений полезных ископаемых Томского политехнического университета
| Кафедра техники разведки месторождений полезных ископаемых | |
| Основан: |
1954 г. |
|---|---|
| Руководитель: |
заведующий кафедрой, профессор, доктор технических наук Сулакшин Степан Степанович |
| Адрес: |
г. Томск, ул. Советская 73, 1 корпус |
Создание кафедры
Кафедра техники разведки месторождений полезных ископаемых была открыта 01.09.1954 г. В том же году состоялся первый выпуск инженеров по специальности «технология и техника разведки МПИ», прием на которую был начат в 1949 г. Образование кафедры связывалось с острой необходимостью подготовки специалистов нового профиля для народного хозяйства страны, знающих геологию и методы разведки, владеющих современными способами инженерных расчетов и сложной техникой ведения геологоразведочных работ. Основателем кафедры и ее бессменным руководителем на протяжении 32 лет являлся С.С. Сулакшин.
В период 1954 - 1958 гг. была проведена большая организационная работа: создавались лаборатории и учебные стенды, кабинеты оснащались новым оборудованием, приборами и инструментами, кафедральная библиотека комплектовалась необходимой литературой. Были составлены программы, методические разработки и руководства, наглядные пособия по курсам, которые обеспечивались кафедрой.
Учебный процесс
С самого открытия кафедра вела подготовку студентов по технике и технологии сооружения скважин и горно-разведочных выработок всех специальностей геолого-разведочного факультета: «геология и разведка МПИ», «гидрогеология и инженерная геология», «геофизические методы поисков и разведки МПИ», а впоследствии – «геология и разведка нефтяных и газовых месторождений». Учитывая бурное развитие нефтедобывающей промышленности в Томской области, на кафедре велась индивидуальная подготовка специалистов по бурению нефтяных и газовых скважин. Около 80 инженеров этого профиля, подготовленных кафедрой, работают в нефтеразведочных и добывающих организациях Томской области. В целях кардинального решения проблемы кадров для нефтегазовой промышленности Томской области в 1982г. было принято решение об открытии при кафедре техники разведки МПИ новой специальности 0211 «бурение нефтяных и газовых скважин», набор на которую был начат с 1982 г. С целью повышения качества подготовки специалистов кафедра много сил положила на создание учебного бурового полигона.
На протяжении всей деятельности кафедра постоянно занималась совершенствованием учебного плана специальности. Благодаря активной деятельности профессора С.С. Сулакшина в типовые учебные планы специальности (1974, 1975, 1983 гг.) был введен ряд новых дисциплин, поставленных на кафедре.
1. Теоретические основы процессов бурения скважин (1974 - 1975 гг., 1988 - 1989 гг.). 2. Техника и технология бурения на жидкие и газообразные полезные ископаемые (1974, 1975 гг.). 3. Основы проектирования буровых машин и механизмов (1974,1975,1983 гг.). 4. Направленное и многозабойное бурение скважин с основами кернометрии (1974,1975 гг.). 5. Разрушение горных пород (1983 г.). 6. Бурение скважин на твердые полезные ископаемые. (1983 г.).
В 1990-х -начале 2000-х гг., в связи с диверсификацией высшего образования, на кафедре был выполнен большой объем учебно-методической работы. Были разработаны учебные планы подготовки бакалавров геологии направления 55.32.00 со специализацией по технологии и технике разведки МПИ, магистров геологии со специализацией по программе 55.32.21 «технология и техника бурения разведочных скважин на твердые полезные ископаемые», учебный план подготовки дипломированного специалиста. Было проведено лицензирование магистерской подготовки, существенно переработаны учебные планы подготовки инженеров 1995 - 1999 гг. приема.
Научная деятельность
Кафедра в течение многих лет вела научные исследования по широкому кругу проблем, а по некоторым из них занимала в России приоритетные позиции. Наиболее значимые результаты фундаментальных и прикладных исследований были получены при разработке проблем направленного бурения скважин, отбора качественных образцов горных пород и проб полезных ископаемых, создания буровой контрольно-измерительной аппаратуры, исследования процессов разрушения горных пород и изучения их свойств, повышения износостойкости породоразрушающего инструмента, удаления продуктов разрушения.
На кафедре техники разведки месторождений МПИ велись научные исследования по следующим направлениям:
1. – направленное бурение;
2. – отбор керна в сложных геологических условиях;
3. – буровая контрольно-измерительная аппаратура;
4. – исследования процессов разрушения горных пород и изучение их свойств;
5. – повышение износостойкости породоразрушающего инструмента;
6. – оптимизация качества промывочных жидкостей.
Направленное бурение
Основным научным направлением в деятельности коллектива кафедры практически со дня ее основания стала проблема направленного бурения геологоразведочных скважин, разработка которой послужила основой в формировании научной школы под руководством С. С. Сулакшина.
Решение этой проблемы началось с исследований закономерностей и причин искривления скважин в Кузбассе. В дальнейшем исследования проводились на месторождениях железных руд и золота Горной Шории, юга Хакасии, Западной Сибири и полиметаллов Рудного Алтая.
Обобщение и анализ накопленного материала на первом этапе работ позволили сделать ряд важных в практическом отношении выводов, послуживших базой для разработки научных основ направленного бурения одно- и многоствольных скважин с использованием, прежде всего, выявленных закономерностей искривления скважин.
При анализе причин искривления скважин было установлено, что в зависимости от их характера и значимости направление искривления скважин может быть вполне определенным (закономерным). На основании этих исследований С. была разработана классификация причин и факторов, вызывающих искривление скважин. При этих исследованиях практически впервые были использованы математический аппарат – теория вероятностей и математическая статистика, а в дальнейшем – ЭВМ. Наряду с выявлением качественных сторон искривления скважин, определялись и количественные характеристики, позволившие осуществлять на практике направленное бурение.
Используя полученные результаты, коллектив кафедры занимался исследованием и разработкой способов и средств направленного бурения. В частности, были проведены детальные исследования работы алмазных коронок специальной геометрии и определены конкретные условия их применения.Проводились исследования условий стабилизации отклонителей дискретного и постоянного действия и разработан ряд снарядов: ОС-1 – ТПИ, ОС-2 – ТПИ, СВС-ТПИ конструкции Ю.Л. Боярко; ОНД-ТПИ, СНБС конструкции Л.А. Авдеева и С.С. Сулакшина и др. Ряд этих разработок послужили прототипами более совершенных вариантов современных отклонителей. Впервые был разработан извлекаемый отклоняющий снаряд разового действия с дебалансным ориентирующим устройством ДД-1-ТПИ, послуживший прототипом современных ориентирующих дебалансных приставок «Азор»» (ЗабНИИ).
Был разработан и опробован бесклиновый способ забуривания дополнительных стволов многоствольных скважин, получивший широкое применение в практике геологоразведочных работ как «метод ТПИ» (С.С. Сулакшин, Б.И. Спиридонов, Ю.Л. Боярко). Этот метод по предложению авторов может использоваться для получения ориентированного керна. Большое внимание уделялось разработке методики проектирования траекторий скважин с учетом закономерностей их искривления, технических возможностей и экономической целесообразности.Работы коллектива кафедры в этой области нашли практическое применение и легли в основу решения проблемы направленного бурения в целом ряде производственных организаций.
Отбор керна в сложных геологических условиях
Кафедра техники разведки по инициативе профессора С. с 1957 г. начала активно решать вопросы получения качественного керна в сложных геологических условиях. Все работы выполнялись на хоздоговорной основе по заданиям геологических организаций (трест «Кузбассуглегеология», ПГО «Запсибгеология», «Востокгеология») и на основе договоров о содружестве (ПГО «Томскнефтегазгеология»).
Основными направлениями разработок кафедры по этой проблеме являлись:
1. Исследования и разработка техники и технологии отбора керна в сложных геологических условиях при бурении скважин на твердые полезные ископаемые, в том числе на уголь двойными колонковыми снарядами (1957 - 1975 гг.).
2. Исследование, разработка и совершенствование технических средств и технологии отбора керна при бурении скважин в сложных геологических условиях на нефть и газ (с 1979 г.).
3. Исследование, разработка и совершенствование снарядов со съемными керноприемниками ССК-59 (1984 - 1987 гг.).
Исследования позволили разработать ряд конструкций двойных колонковых снарядов, наиболее совершенным из которых был признан снаряд ДКС-У-ТПИ, оригинальность разработки которого подтверждена авторским свидетельством СССР (№ 142240, 1961 г.). ДКС-У-ТПИ имел ряд преимуществ перед применяемыми в то время для отбора проб угля снарядами, главным из которых являлось включение в состав снаряда кернорвателя закрытого типа, не контактирующего в процессе бурения с керном и открывающегося для отрыва и удержания керна по команде с поверхности. Снаряд был внедрен в геологоразведочных партиях треста «Кузбассуглегеология», что привело к существенному улучшению качества и повышения количества угольного керна.
Коллектив кафедры под руководством С. занимался разработкой технических средств и технологии получения керновых проб при бурении скважин на нефть и газ в сложных геологических условиях Западной Сибири. Были проведены исследования условий формирования керна, испытания различных конструкций оригинальных керноотборных снарядов и их узлов, разработана технология отбора качественного керна. Исследования позволили выявить основные причины низкого выхода керна в продуктивных горизонтах, сложенных породами палеозойского комплекса, которые представлены весьма трещиноватыми и разрушенными известняками. Выход керна при бурении в этих условиях лучшими серийными керноотборными снарядами типа СКУ-1-172/100 за период 1980 - 1983 гг. по ПГО «Новосибирскгеология» составил 18% при плановом – 60%.
Авторским коллективом был разработан снаряд оригинальной конструкции типа ДКС-ПК-ТПИ, защищенный авторскими свидетельствами № 1106891, 1984г., № 1139180, 1984 г., № 1225896, 1985 г., № 1320386, 1986 г., № 1454951, 1989 г., № 1469097, 1989 г. Испытания этого снаряда показали его высокую надежность и работоспособность. Выход керна по слабым обводненным песчаникам и аргиллитам составил 50-80%, при этом диаметр керна увеличился на 3-7 мм по сравнению с получаемыми серийными снарядами в аналогичных условиях.
В 1984 - 1987 гг. по хоздоговору с ПГО «Востоказгеология» проводились работы по модернизации снарядов со съемными керноприемниками ССК-59 с целью повышения выхода керна и величины углубки за цикл. По результатам этой работы создано устройство для установки в съемный керноприемник ССК-59, благодаря чему при проведении производственных испытаний получено существенное повышение выхода керна и увеличение длины цикла в условиях бурения крупнопадающих сильно трещиноватых пород.
Буровая контрольно-измерительная аппаратура
Разработкой БКИА кафедра техники разведки занимается с 1962г. Все работы выполнялись на хоздоговорных началах со многими производственными геологическими организациями. У истоков аппаратурной тематики стоит сигнализатор встречи угольных пластов С-ТПИ, разработка которого шла параллельно с созданием совершенных двойных колонковых снарядов ДКС. Обе эти разработки решали вопрос резкого повышения качества опробования угольных пластов в Кузбассе (С.С. Сулакшин, В.Г. Храменков).
Одновременно с сигнализатором С-ТПИ ряду геологических организаций был представлен измеритель механической скорости бурения для станков с гидравлической подачей РСГ-ТПИ (В.Г. Храменков, С.С. Сулакшин, В.Н. Казмин, П.А. Митяев).
В последующие годы (1972-1976) кафедра плодотворно занималась разработкой и внедрением расходометра промывочной жидкости сигнально-регистрирующего типа РС-ТПИ, получившего серебряную медаль ВДНХ СССР в 1986г. (В.Г. Храменков, С.С. Сулакшин, В.Н. Казмин, П.А. Митяев). Для практики бурения скважин кафедрой разработан в двух вариантах дибитометр (1972 - 1976 гг.), один из них, в последующем модернизированный и доработанный, предназначался для измерения и регистрации дебита и уровня при откачках воды из водозаборных скважин.
В 80-е гг. усилия кафедры были направлены на разработку и внедрение комплексной аппаратуры СДУ-ТПИ для исследования гидрогеологических скважин: измерения дебита и уровня в возмущающей скважине и уровней в наблюдательных (до девяти) скважинах.
Исследование процессов разрушения горных пород и изучение их свойств
Вопросами исследования закономерностей разрушения горных пород и оценками свойств пород сотрудники кафедры занимались непосредственно со дня ее основания под руководством профессора С. С. Сулакшина.
Первые прямые работы кафедры в области теории разрушения горных пород были исследования, выполненные соответственно по темам: «Исследование процессов разрушения горных пород при бурении дробью» и «Исследования процессов разрушения горных пород при вибровращательном способе бурения скважин».
В 1965 г. были выполнены масштабные экспериментальные исследования разрушения горных пород твердосплавным инструментом. В этой работе были впервые изучены некоторые вопросы разрушения породы в процессе резания-скалывания и установлены закономерности ее разрушения.
В 1961 г. до середины 70-х гг. совместно с НИИ ВН с большим успехом проводились исследования в области разрушения горных пород электрическими импульсными разрядами, что позволило разработать техническое задание на изготовление опытного образца электроимпульсной буровой установки для бурения взрывных скважин большого диаметра, создать различные конструкции буровых снарядов, инструмента, обосновать режимные параметры и технологию электроимпульсного бурения.
В течение 1972 - 1980 гг. на кафедре проводились интенсивные исследования процессов разрушения горных пород при вращательном и ударно-вращательном бурении алмазными коронками.
С начала 1990-х гг. коллективом сотрудников кафедры проводились массовые эксперименты по исследованию информационных параметров разрушения горных пород и критериев оптимизации, в результате чего была наработана большая база данных, позволяющая проводить детальный анализ взаимосвязей характеристик процесса разрушения.
В середине 1990-х гг. были начаты новые исследования в области разрушения горных пород – исследование электромагнитной эмиссии при дезинтеграции горных пород в процессе бурения алмазными коронками.
Реорганизация
В 2003 г. при соединении кафедры техники разведки месторождений полезных ископаемых (открыта в 1954 г.) и кафедры бурения нефтяных и газовых скважин (открыта в 1984 г.) была открыта кафедра бурения скважин.
Источники
«Столетие горно-геологического образования в Сибири». Томск: Изд-во «Водолей», 2001-704 стр.
Гагарин А.В., Сергеевых Г.П. «Профессора Томского политехнического университета». Т. 3, ч. 2. Томск: Изд-во ТПУ, 2006-265стр.
http://ipr.tpu.ru/bngs/index.html
http://portal.tpu.ru/portal/page/portal/tpu-veterans/book/participants/memories/sulakshin-ss