Устройство для определения границ залегания горных пород различной буримости и износа алмазной коронки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ ЗАЛЕГАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД РАЗЛИЧНОЙ БУРИМОСТИ И ИЗНОСА АЛМАЗНОЙ КОРОНКИ , содержащее датчики осевой «агруэки и частоты вращения коронки и измеритель глубины скважины, подключенные к измерительным входам блока определения буримости горной породы, выход которого подключен, ко входу первого квадратора и первому входу второго сумматора, выходы которых подключены соответственно к первому входу первого сумматора и ко входу второго квадратора, выходы которых связаны с входами первого и второго множительньк блоков, подключенных ко входам схемы сравнения кодов, один выход которой присоединен к формирователю сигнала Сброс, подключенному ко вторым входам первого и второго сумматоров и к одному из входов счетчика числа интервалов, выход которого подсоединен ко второму входу первого множительного блока. а другой вход связан с выходом измери теля глубины скважины, подключенным к . синхронизирующему входу блока определения буримости горной породы, и индикаторы-сигнализаторы , отличающееся тем, что, с целью увеличения ресурса алмазных коронок и со- ; кращения числа аварий и осложнений в процессе бурения, оно снабжено датчиками затрат мощности и давления промывочной жидкости, блоком уставок, анализаторами, механической скорости, затрат мощности и давления промывочной жидкости, двумя трехвходовыми и тремя четырехвходовьв 1И схемами И, причем один выход блока уставок связан с вторым входом второго множительного блока, а два других - : соответствукицими входами анализаторов, третьи входы которых присоединены к . выходу измерителя глубины скважины, а четвертые входы анализаторов механической скорости, затрат мощности и давления промывочной жидкости соедиэ нены соответственно с выходами измеt рителя буримости, датчика затрат мощности и датчика давления промывочной JD № жидкости, пятые их входы связаны с выходом фOp шpoвaтeля сигнала Сброс, выходы анализаторов соединены с входами пяти схем И, причем четвертые входы четырехвходовых схем И присоединены ко второму выходу схемы сравнения кодов, а выходы схем И соединены с входами соответствующих индикаторовсигнализаторов технологических ситуаций и входом формирователя сигнала Сброс.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

OtlN

РЕСПУБЛИХ

6 А

{19) 111) . 3 ) Е 2 1 В 4 5 /00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ -ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф (21) 3518053/22-03 (22) 03 . 12.82 (46) 15.07.84. Бюл. Ф 26 (72) Е.А.Козловский, М.А.Комаров, В.М.Питерский, Е.И.Павлов и А.А.Сотников (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт экономики минерального сырья и геологоразведочных работ (53) 622.24.08(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 798277, кл. Е 21 В 45/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 898778, кл. Е 21 В 47/00, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ГРАНИЦ ЗАПЕГАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД РАЗЛИЧНОЙ БУРИИОСТИ И ИЗНОСА АЛМАЗНОЙ КОРОНКИ, содержащее датчики осевой нагрузки и частоты вращения коронки и измеритель глубины скважины, подключенные к измерительным входам блока определения буримости горной породы, выход которого подключен,ко входу первого квадратора и первому входу второго сумматора, выходы которых подключены соответственно к первому входу первого сумматора и ко входу второго квадратора, .выходы которых связаны с входами первого и второго множительных блоков, подключенных ко входам схемы сравнения кодов, один выход которой присоединен к формирователю сигнала "Сброс", подключенному ко вторым входам первого и второго сумматоров и к одному . из входов счетчика числа интервалов, выход которого подсоединен ко второму входу первого множительного блока, а другой вход связан с выходом измери теля глубины скважины, подключенным к синхронизирующему входу блока определения буримости горной породы, и индикаторы-сигнализаторы, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения ресурса алмазных коронок и со" кращения числа аварий н осложнений в процессе бурения, оно снабжено датчиками затрат мощности и давления про-. мывочной жидкости, блоком уставок, анализаторами, механической скорости, затрат мощности и давления промывочной жидкости, двумя трехвходовыми и тремя четырехвходовыми схемами И, причем один выход блока уставок связан с вторым входом второго множительного блока, а два других — с соответствующими входами анализаторов, третьи входы которых присоединены к выходу измерителя глубины скважины, а четвертые входы анализаторов механической скорости, затрат мощности и давления промывочной жидкости соединены соответственно с выходами иэме-! рителя буримости, датчика затрат мощности и датчика давления промывочной . жидкости, пятые их входы связаны с выходом формирователя сигнала "Сброс", выходы анализаторов соединены с входами пяти схем И, причем четвертые входы четырехвходовых схем И присоединены ко второму выходу схемы сравнения кодов, а выходы схем И соединены с входами соответствующих индикаторовсигнализаторов технологических ситуаций и входом формирователя сигнала

"Сброс".

1102906

Изобретение относятся к геологораэведочному бурению, а именно к устройствам для оптимизации процесса бурения.

Известно устройство для оптимиза- 5 ции процесса бурения (1 ).

Известно также устройство для определения границ залегания горных пород различной буримости и износа алмазной коронки, содержащее датчики 10 осевой нагрузки и частоты вращения коронки и измеритель глубины скважины, подключенные к измерительным входам блока определения буримости горной породы, выход которого подключен ко 15 входу первого квадратора и первому входу второго сумматора, выходы которых подключены соответственно к первому входу первого сумматора и ко входу второго квадратора, выходы которых 20 связаны с входами первого и второго множительных блоков, подключенных ко входам схемы сравнения кодов, один выход которой присоединен к формирователю сигнала "Сброс", подключенному 25 ко вторым входам первого и второго сумматоров и к одному из входов счетчика числа интервалов, выход которого подсоединен ко второму входу первого множительного блока, а другой 30 вход связан с выходом измерителя глубины скважины, подключенным к сиихронизирующему входу блока определения буримости горной породы, и индикаторы-сигнализаторы Р2 1. 35

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает требуемый ресурс алмазных коронок.

Цель изобретения — увеличение ресурса алмазных коронок и сокращение 40 числа аварий и осложнений в процессе бурения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения границ залегания горных пород различной бу- 45 римости и износа алмазной коронки, содержащее датчики осевой нагрузки и частоты вращения коронки и измеритель глубины скважины, подключенные к измерительным входам блока определе-50 ния буримости горной породы, выход которого подключен ко входу первого квадратора и первому входу второго сумматора, выходы которых подключены соответственно к первому входу первого сумматора и ко входу второго квадратора, выходы которых связаны с ,входами первого и второго множительных блоков, подключенных ко входам схемы сравнения кодов, один выход которой присоединен к формирователю сигнала "Сброс", подключенному ко вторым входам первого и второго сумматоров н к одному нз входов счетчика числа интервалов, выход которого подсоединен ко второму входу первого множительного блока, а другой вход связан с выходом измерителя глубины скважины, подключенным к синхронизирующему входу блока определения буримости горной породы, и индикаторы-. сигнализаторы, снабжено датчиками затрат мощности и давления промывочной жидкости, блоком уставок, анализато-. рами механичегкой скорости, затрат мощности и давления промывочной жидкости, двумя трехвходовыми и тремя четырехвходовыми схемами И, причем один выход блока уставок связан с вторым входом второго множительного блока, а два других с соответствующими входами анализаторов, третьи входы которых присоединены к выходу измерителя глубины скважины, а четвертые входы анализаторов механичес- . кой скорости, затрат мощности и давления промывочной жидкости соединены соответственно с выходами измерителя буримости, датчика затрат мощности и датчика давления промывочной жидкости, пятые их входы связаны с выходом формирователя сигнала "Сброс", выходы анализаторов соединены с входами пяти схем И, причем четвертые входы четырехвходовых схем И присоединены ко второму выходу схемы сравнения кодов, а выходы схем И соединены с входами соответствующих индикаторов-сигнализаторов технологических ситуаций и входом формирователя сигнала "Сброс".

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство для определения границ залегания торных пород различной буримости и износа алмазной коронки содержит датчики осевой нагрузки 1 и частоты вращения коронки 2, измеритель глубины скважины 3, датчики мощности 4 и давления промывочной жидкости 5, измеритель буримости 6, счетчик числа интервалов 7, квадраторы 8 и 9, умножители 10 и 1 1, сумма-. торы 12 и 13,схему сравнения кодов 14 и формирователь 15 сигнала "Сброс" три анализатора 16-18,три четырехвходовых

19-21 и две трехвходовых 22 и 23 схемы

И,индикаторы 24-28 и блок установок 29

1102906

В процессе бурения на вход измерителя буримости 6 с датчиков осевой нагрузки 1 и частоты вращения корон-, ки 2 и измерителя глубины 3 поступает в виде цифрового кода информация о бурении. В измерителе буримости происходит вычисление среднего значения механической скорости по величинам д „(величина пробуренного интервала) и

-М (время бурения интервала) и средне10 го за интервал значения показателя буримости. Измеритель глубины скважины 3 по окончании бурения равных интервалов скважины формирует тактовые импульсы, которые поступают на вход 15 измерителя буримости 6 и счетчик числа интервалов 7 . В момент прихода импульса с измерителя глубины скважины информация с измерителя буримости 6 поступает на входы вычислительных каналов. Первый канал, содержащий квадратор 8, сумматор 13, умножнтель 1 О, производит вычисление правой части неравенства

К 2 Й 25 (1+к „) 3х,. ъи, к, приведенного в описании устройства, а второй канал, содержащий сумматор

12,. квадратор 9 и умножители 11, производит вычисление левой части этого . неравенства. Выходы каналов присоединены к соответствующим входам схемы сравнения кодов 14. При бурении пород с одинаковым показателем буримос 35 ти величина вычисленного коэффициента вариации не превышает 0,33, записанное неравенство выполняется, и сигнал на выходах схемы сравнения кодов

14 отсутствует. При изменении пока- 0 зателя буримости породы неравенство нарушается, и на выходах схемы сравнения 14 появляется сигнал, который поступает на входы четырехвходовых схем И 19-21 и формирователя 15 сигна-, 45 ла "Сброс", который генерирует сигнал

"Сброс" для приведения всех элементов устройства в исходное состояние.

Одновременно с работой вычислитель-! ных каналов производится работа ана- . лизаторов механической скорости 16,. затрат мощности 17 и давления промывочной жидкости 18, на входы каждого из которых подаются сигналы от измерителя глубины скважины 3 и блока уставок 29, а также соответственно для каждого от измерителя буримости 6, датчика затрат мощности 4 и датчика давления промывочной жидкости 5. Выходы анализаторов связаны с входами схемы И 19-23, где производится анализ изменения параметров бурения с целью выявления технологической ситуации (соответственно указанные на чер" теже ситуации Я, В, С, Q E). Выходы схем И связаны с соответствующими индикаторами-сиднализаторами технологи ческих ситуаций 24-28 и формировате-, лем сигнала "Сброс". Один из выходов блока уставок 29 (задается К ) связан с входом множительного устройства 12.

Блок 14 (схема сравнения) проверяет правильность неравенства и 2 я +, „) Х х,,чХ x,, К= N,è

h где к- +<,(; ) н л -1 Я

1=1

ll — оценка матожидания случайной величины,"

- текущий номер, поступившего на контроль значения †.контролируема случайная величина — задаваемый интервал усреднения. и в момент, когда оио нарушается, на выходах блока появляется сигнал, в противном случае сигнал отсутствует.

Блок zJ уставок служит для изме" нения входных значений, требуемых для работы устройства: коэффициента вариации .К, уровня значимости oL требуемого для работы анализаторов, количества замеров М, по которому определяется среднее значение соответствующего параметра при работе анализатора.

Действия анализаторов (блоки 1618) основаны на том, что контролируемые технологические параметры процесса бурения (механическая скорость проходки, мощность, давление промывочной жидкости) являются случайными, некоторым образом распределенными величинами, на которые воздействуют множество факторов. Поэтому оценить изменение параметров можно только с некоторой вероятностью, задаваемой уровнем значимости критерия ° В качестве критерия изменения параметра ,можно выбрать следующий:, SUP S

Н<0 и 3 < Π— умень-, временно предотвратить аварию. Информация о других технологических ситуациях (заполирование алмазов, . самозаклинка коронки, смена пород) позволяет оперативно искать наиболее эффективные режимы бурения, либо предпринимать какие-либо иные действия (заточка алмазов, подъем керна и т.д.) .

Алгоритм функционирования предлагаемого устройства можно описать следующим образом.

С датчиком 1 и 2 и измерителя глубины 3 на вход измерителя буримости

6 поступает информация о процессе бурения и происходит вычисление показателя буримости и средней эа интервал механической скорости. Информация о показателе буримости поступает на входы вычислительных каналов: в первом, состоящем из квадратора 8, сумматора 13 и умножителя 10, вычисМ

% ляется Ц > у2 (блок 8 вычисляет Х., 1=1 увеличилось шилось

N блок 13 — . > (, блок 10 — иско1=1 мое произведение, причем количество поступивших на вход каналов значений показателя буримости поступает на вход блока 10 с выхода счетчика 7). во втором канале вычисляется выражеЙ 2 ниах +К ) Ql,, канал состоит ин

1=1

N сумматора 12, (,, квадратора 9

N 2 1=1 и умножителя 11, причем Кз =1 поступает на вход этого блока от блока уставок 29. В схеме сравнения кодов 14 проверяется правильность неравенства:

2.6. Из полученных в 2.5 и 2.0 результатов формируют сигналы на вы=

5 ходе анализатора.

2.7. Возврат на 2,0 в случае появ" ления сигнала "Сброс".

Устройство работает следующим образом.

1О

По мере вычисления показателей буримости, полученных при бурении равных по длине интервалов скважины, рассчитывается величина коэффициента вариации сначала для двух показателей и сравнивается с пороговой вели.чиной. Если величина коэффициента вариации К меньше допустимой для данного закона распределения величины, то к первЬначальной выборке, состоящей иэ двух показателей, присоединяется третий показатель буримости и для новой выборки снова рассчитывается величина коэффициента вариации . и сравнивается с допустимой величиной и т.д. Тот показатель, который, 25 будучи присоединенным к выборке, привел к превышению величины ее коэффи циента вариации допустимого значения, равного 0,33, считается граничным, соответствующим породе (интервалу глубины), отличной по буримости от предыдущей. Одновременно анализируется поведение других параметров, информирующих о ходе бурения: затрат мощности на бурение, давления промывоч- ЗЗ ной жидкости, скорости проходки, и по окончании бурения указанных выше равных по длине интервалов скважины.

В зависимости от сочетания закономерностей изменения этих параметров и 4О коэффициента вариации бурильщику выдается информация о возможно имеющих место ситуациях: заполировании алмазов в коронке, смене пород с более твердой на менее твердую и наоборот, 45 переходе матрицы в предприжоговое состояние, самозаклинке керна или при отсутствии сообщений о нормальном ходе бурения °

Устройство указывает не только на факт изменения буримости, но и на причину, вызвавшую это изменения ° Необходимо отметить, что ситуация прижога коронки, например, развивается довольно быстро (45-90 ст) и часто упускается бурильщиком, устройство же предупреждает бурильщика с пред- прижоговой ситуации и позволяет своеЕсли оно верно, то сигнал на выходе схемы отсутствует, т.е. бурение производится в породе прежней буримости, и в каналах продолжается вычисление обеих частей неравенства. Нарушение неравенства означает смену пород, и на выходах схемы 14 появляется сигнал.

С одного из выходов этот сигнал поступает на четвертые входы трехвходовых схем И„ с другого - на вход форми1102906

10 рователя сигнала "Сброс", который генерирует сигнал, приводящий элементы устройства в начальное состояние: сумматоры 12 и 13, счетчик числа интервалов 7, анализаторы 16-18. 0д- 5 новременно с работой вычислительных каналов по уже описанному ранее алгоритму функционируют анализаторы 16-17, сигналы с которых поступают на три входа схем И 19-23, в которых произ10 водится анализ технологической ситуации в соответствии с представленными . в описании изобретения формулами, ив зависимости от ситуации А, В, С, D или. E появляются сигналы на выходах соответствующих схем И, которые инициируют появление информации о ситуации на индикаторах-сигнализаторах 2428. Выходы схем -Ц связаны также с входом формирователя сигнала "Сброс",20 ,который, тем самым, после выявления ситуации приводит элементы устройства в начальное состояние.

Устройство постоянно ведет контрольза поступающими технологическими па- >5 раметрами о процессе бурения и на основе их анализа выявляет и высвечивает указанные ранее технологические ситуации, причем в случае выявления технологической ситуации устройство приводится в начальное состояние.

Алгоритм и принцип работы устройства реализован в виде программы на микро-ЭВМ "Электроника С5-02" и "Электроника С5-12". Применение устройства позволяет не только выявить момент смены буримости пород, но и указывает конкретную причину этого (смена на более или менее твердую породу, заполирование алмазов в коронке), а также указывает на такие технологические ситуации, как предприжоговая и самозйклинка керна. Своевременное выявление предприжоговой ситуации ведет к снижению числа аварий; бурение корон-,, кой с постоянно заточенньяи алмазами за счет оперативного выявления их заполирования увеличивает скорость проходки, указание направления смены пород облегчает поиск нового эффективного режима бурения и т.д. Все это в конечном счете приводит . к росту производительности труда при бурении и снижению себестоимости бурения.

1102906

Составитель В.Булыгин

Редактор К.Волощук Техред Т. Дубинчак Корректор В. Бутяга

Заказ 4919/21 ..Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4