Способ регулирования режима

 

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность управления процессом за счет выбора оптимальных режимных параметров. Для этого измеряют энергию упругих колебаний, вызванных работой долота, в диапазонах от 0,5 до 5 кГц - W<SP POS="POST">1</SP>, от 5 до 20 кГц - W. Затем определяют величину отношения B = W/W<SP POS="POST">1</SP>. В процессе бурения режимные параметры регулируют таким образом, чтобы обеспечивалось максимальное значение величины B. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 В 44/00

ГОСУДАР СТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4713075/03 (22) 03.07.89 (46) 07.07,91. Бюл. М 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки (72) С.А.Авдеев, О.С.Андреев, А.Г.Архипов, Н.П,Рудакова и Б.Б.Шатров (53) 622.24 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1162951, кл. Е 21 В 44/09, 1983.

Авто рс кое свидетел ьство СССР

М 863842, кл. Е 21 В 44/00, 1979.

Изобретение относится к геологоразведочным работам и предназначено для

-управления процессом бурения скважин, которое осуществляется на основании измерения энергии упругих колебаний, вызванных породоразрушающим инструментом.

Целью изобретения является повышение точности управления за счет выбора оптимальных режимных параметров.

На фиг.1 представлены спектрограммы акустического поля в процессе бурения; на фиг.2 — графики зависимости величины энергии (усл.ед,) упругих колебаний в диапазонах 0,5 — 5 кГц и 5 — 20 кГц от глубины скважины для гидроударно-алмазного (а) и шарошечного (б) бурения.

На фиг.1 спектрограмма 1 отображает зарегистрированные датчиком сигналы упругих колебаний при протекании промывочной жидкости, спектрограмма 2 — те же сигналы при холостом вращении снаряда; спектрограмма 3 — сигналы упругих колебаний в процессе разрушения горной породы... Ж 1661386 А1 (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА

БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить точность управления процессом за счет выбора оптимальных режимных параметров. Для этого измеряют энергию упругих колебаний, вызванных, 10аботой долота, в диапазонах 0,55 кГц — W, 5-20 кГц — W, Затем определяют величину отношения В = VV/W, В процессе

1 бурения режимные параметры регулируют таким образом, чтобы обеспечивалось максимальное значение величины В, 2 ил.

°

При экспериментальных работах изучается спектральный состав акустических колебаний, возникающих в процессе бурения в горных породах и породоразрушающем инструменте, Установлено, что спектральные составляющие акустических колебаний, возникающих при разрушении горных пород, имеют значительные амплитуды в диапазоне частот 5 — 20 кГц, тогда как О" спектральный состав колебаний, возникаю- О щих при трении колонны бурильных труб и колонковой трубы о стенки скважины, тре- (,ц) нии керна о колонковую трубу, протекании промывочной жидкости, т.е. колебаний, несвязанных с разрушением горной породы, заключен в диапазоне 0,5-5 кГц, Из спектрограмм на фиг,1 видно, что в диапазоне частот 0,5 — 5,0 кГц спектрограммы в режиме холостого хода и режиме разрушения горных пород практически совпадают и подтверждают вывод, что в диапазоне 0,5-5,0 кГц сигналы упругих колебаний вызваны лишь вибрациями бурового оборудования.

1661386

На фиг.2а и б показаны зависимости

Энергии Ф/ низкочастотной части спектра

0,5 — 5,0 кГц, энергии W âûñîêo÷àñòîòíoé чаW .сти 5 — 20 кГц и их отношения В = от

И/ глубины скважины для рейса гидроударноалмазного и шарошечного бурения соответ твенно, а также графики изменения астоты вращения снаряда и и осевой на, грузки P. Расход промывочной жидкости, определяющей параметры работы гидроударной машины, в течение рейса не изменяется.

Значение энергии на графиках (фиг.2а, б) дано в условных единицах, равных площади ограниченной рафиком спектральной плотности в пределах диапазона.

Применение предлагаемого способа возможно при двух вариантах расположения датчика упругих колебаний в ближней зоне забоя скважины, В первом варианте датчик располагается в составе бурового снаряда над породораэрушающим инструментом. Передача информации на поверхность в процессе бурения осуществляется по специально организованному каналу связи. Во втором варианте датчик располагается в соседней, ранее пробуренной, скважине, глубина которой не меньше про ектной глубины бурящейся скважины, Передача информации на поверхность осуществляется по кабельной линии.

В обоих вариантах датчик размещается как можно ближе к забою бурящейся скважины с тем, чтобы уменьшить потери информации, связанные с искажением полезного сигнала в процессе его распространения от зоны контакта породоразрушающего инструмента с горной породой до датчика упругих колебаний. В первом варианте это достигается конструктивным решением, во втором варианте — методикой измерений: спуск датчика осуществляется синхронно с углубкой инструмента.

На поверхности располагается измерительный комплекс, который производит обработку поступающей с датчика информации и либо вырабатывает управляющие воздействия на регуляторы режимных параметров, либо осуществляет вывод результатов обработки информации в виде, удобном для принятия решения оператором.

Способ осуществляется следующим образом.

В начале бурения производится поиск оптимального сочетания режимных параметров, при котором отношение В энергии упругих колебаний в диапазонах частот 520 кГц и энергии колебаний в диапазоне частот 0,5-5,0 кГц достигает максимального значения. В дальнейшем процессе бурения

5 для компенсации снижения эффективности разрушения горных пород, вызванных процессами ухудшения режущих свойств (износом) породоразрушающего инструмента, подклинивания керна в колонковой трубе, 10 сменой свойств разбуриваемых горных пород, значение отношения поддерживается на максимально высоком уровне регулированием режимных параметров.

15 Пример, На фиг,2а и б приводятся результаты обработки спектрограмм в процессе бурения на двух скважинах. Наблюдение осуществляют из одной скважины.

Расстояние между устьями скважин состав20 ляет 15 м, В состав наземного обрабатывающего комплекса входят анализатор спектра СК4-56 и двухкоординатный самописец Н-307, Спектральный анализ поступающих с датчика сигналов производится

25 через интервал 1 — 2 м по разрезу. Разрез скважины представлен гнейсами, большей частью монолитными, плотностью

2,75 г/см . До глубины 130,6 м бурение осуществляют бескерновым способом, а с глу30 бины 130,7 м и до проектной глубины 210,5 м— гидроударно-алмазным способом, При бескерновом бурении используются трехшарошечное долото типа К диаметром 76 мм с твердосплавными зубцами и колонна бу35 рильных труб муфтозамкового соединения, диаметром 54 мм, при гидроударно-алмазном бурении — алмазная коронка типа

01АЗСВ диаметром 76 мм, твердосплавный расширитель, колонковая труба, гидроудар40 ник Г76В и аналогичная колонна бурильных руб

Несмотря на общее возрастание величин Ф/о,s-s и Р/э- о с проходкой в рейсе отношение В энергий высокочастотного

45 W gp и низкочастотного Wo,ь-ь спектров в

1 целом падает (фиг.2а), т,е. из-за ухудшения режущих свойств алмазной коронки к концу рейса на забое происходит перераспределение энергии между различными процес50 сами, все большая часть энергии расходуется непроизводительно (на трение инструмента о стенки скважины и т.д.), Вместе с тем на фоне постепенного

55 уменьшения укаэанного отношения на графиках присутствуют участки, где величина В отклоняется вверх или вниз от средней линии. Эти участки в большинстве своем совпадают с точками изменения режимных

1661386

10

25

45 параметров, что показывает их влияние на интенсивность разрушения горной породы. Осуществляя подбор сочетаний параметров, можно достичь оптимального распределения подводимой к породоразрушающему инструменту энергии между производительными процессами с разрушением горной породы и непроизводительным трением инструмента о стенки скважины, о столбик керна в колонковой трубе и т.д., оптимальному распределению энергии соответствует максимально возможное на данный момент значение величины B.

При бурении одним типом породоразрушающего инструмента изменение свойств разбуриваемой породы требует изменения технологии бурения. Это подтверждают результаты измерений, выполненных на глубинах 225 и 226 м (фиг.2а). В этих точках осевая нагрузка P u частота вращения и остаются неизменными, однако энергия значения B для них существенно отличается.

Анализ геологического разреза по керну скважины показал, что между указанными точками измерений происходит смена горной породы: до глубины 225,8 м расположены биотитовые гнейсы, ниже — кианитгранато-биотитовые гнейсы, Аналогичные закономерности выявлены и для шарашечного бурения.

На фиг,2б показаны зависимости от глубины бурения тех же величин W, 1Ч, I

В = и осевой нагрузки Р для рейса шаW1 рошечного бурения. Частота вращения снаряда в рейсе постоянная и равна 219 мин

Энергия низкочастотного диапазона спектра акустического поля М/од-ь при увеличеI нии проходки в рейсе в целом постепенно растет, а энергия высокочастотного диапазона Яь-ю падает (фиг.2б). Отношение В этих величин, характеризующее эффективность использования подведенной к породоразрушающему инструменту энергии, постепенно уменьшается из-за износа вооружения шарашечного долота по мере увеличения глубины проходки. Начиная с глубины 100 м, для того, чтобы увеличить постепенно падающую скорость проходки, повышается осевая нагрузка сначала до 1200 да Н (102 м), а затем — до 1400 да Н (104 м). Это приводит к увеличению интенсивности разрушения горной породы (подъем на графике

В), но вместе с тем увеличиваются вибрации колонны, что приводит к необходимости снизить осевую нагрузку до 1200 даН (106 м).

Возвращение к осевой нагрузке 1400 даН (108 м) не приводит к возрастанию интенсивности разрушения, в то же время возникшие напряжения в снаряде превышают предел прочности резьбового соединения колонны и через 3 мин после снятия последней спектрограммы происходит обрыв нижней части снаряда.

Таким образом, определение в процессе бурения величины отношения энергий высокочастотных акустических колебаний к энергии низкочастотных колебаний, а также характера ее изменения позволяет оперативно подбирать наиболее эффективный режим бурения.

На основании спектрального анализа акустического поля в ближней зоне забоя бурящейся скважины возможна оценка энергоемкости различных процессов, протекающих на забое, и определение оптимального сочетания режимных параметров, при котором наибольшая часть подведенной к породоразрушающему инструменту энергии расходуется производительно — на разрушение горной породы.

Формула изобретения

Способ регулирования режима бурения, основанный на измерении энергии упругих колебаний, вызванных породоразрушающим инструментом, и определении оптимальных режимных параметров, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности управления, энергию упругих колебаний измеряют в ближней зоне забоя, скважины в диапазоне частот 0,5 — 5 кГц — И/ и 5 — 20 кГц — W, определяют величину отношения В = W/W, путем регулирования режимных параметров поддерживают максимальное значение величины В:

1661386

i5 7, ко, 20

Р, ааН

223 225 227 22У 2#И,м

УГ N ЮО 104 10В Н,и

Редактор И.Шулла

Корректор А.Осауленко

Заказ 2106 Тираж 366 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

11QQ

1QQ

500

ЮО

1ГОО юоо

Puz Р

Составитель В.Шилов

Техред М.Моргентал