Способ оптимизации процесса бурения

 

Использование: механическое бурение скважин. Сущность изобретения: измеряют энергию упругих колебаний, вызванных инструментом , в диапазоне частот 5-20 кГц. Дополнительно измеряют полную энергию, расходуемую на бурение, и определяют отношение энергии упругих колебаний к полной энергии. Регулируя режимные параметры, добиваются максимальной величины отношения. 2 ил.

СОЮЗ СО ВЕТС КИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 44/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) о

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. "...83 ЯЯ ур» ел ;) PQ(„«QJ» „О j t-", „Ë (21) 4893712/03 (22) 25.12.90 (46) 15.04.93. Бюл. AL 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки (72) А.Г.Архипов,. С.А.Авдеев, О.С.Андреев, В.Г,Гореликов и Б.Б.Шатров (56) Авторское свидетельство СССР

М 1661386, кл. Е 21 В 44/10, 1989. (54) СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА

БУРЕНИЯ

Изобретение относится к бурению и может быть использовано для регулирования процесса бурения и подбора породоразрушающего инструмента для определенных геологических условий.

Цель изобретения — повышение эффективности способа путем увеличения точности регулирования процесса бурения и подбора поророразрушающего инструмента для определенных геологических условий.

Физической основой предлагаемого способа явились результаты экспериментальных работ, проведенных авторами в производственных и стендовых условиях.

При экспериментальных работах изучались спектральный состав упругих колебаний, возникающих при бурении, и показатели эффективности процесса бурения (мощность, расходуемая на бурение, механическая скорость бурения и т,д.). Установлено, что высокочастотные упругие колебания частотой 5-20 кГц определяются динамическим взаимодействием резцов породоразрушающего инструмента с забоем, хрупким разрушением горной породы.

Я2«1809023 А1 (57) Использование: механическое бурение скважин, Сущность изобретения: измеряют энергию упругих колебаний, вызванных инструментом, в диапазоне частот 5-20 кГц.

Дополнительно измеряют полную энергию, расходуемую на бурение, и определяют отношение энергии упругих колебаний к полной энергии. Регулируя режимные параметры, добиваются максимальной величины отношения, 2 ил.

Энергия упругих колебаний в диапазоне .

5-20 кГц — WA представляет полезную часть .полной энергии, расходуемой на бурение 3

В4. В величину энергии В4 входят все затраты энергии при бурении, в том числе и.на процессы,.которые не сопровождаются возникновением упругих колебаний — трение.

Поэтому отношение энергии упругих коле- Я баний в диапазоне 5-20 кГц WA к полной энергии, расходуемой на бурение Ы4 — величина А — представляет, собой коэффициент эффективности использования энергии 00 при бурении, Достижение при бурении пу- О тем регулирования режимных параметров 0 максимального значения величины А обес- Qj печит наиболее эффективное использование энергии. Величина А представляет д собой критерий оптимальности процесса бурения. Критерий А можно также использовать при выборе оптимального типа породоразрушающего инструмента для бурения, Наиболее подходящим для разбуривания данной толщи горной породы будет породоразрушающий инструмент обеспечивающий в процессе бурения наибольшее из

1809023 всех других породоразрушающих инструментов значение величины А, Способ был опробован при бурении различных типов горных пород. Ниже приводятся результаты применения способа 6 при бурении серого гранита. Вначале для каждого типа породоразрушающего инструмента осуществлялся поиск оптимального режима бурения по критерию А- мах.

На фиг.1 показаны графики зависимо- "0 стей величины А от осевой нагрузки P npu . различных частотах вращения снаряда и при бурении однослойной алмазной коронкой типа А4ДП диаметром 59 мм, Величина .А имеет четкий максимум при режимных 15 параметрах: Р -1750даН, п-700 мин", 0 = 19 дм /мин. На фиг.2а показан график . зависимости величины А от осевой нагрузки

P при частоте вращения n - 1000 мин для импрегнированной алмазной коронки типа 20

И4ДП диаметром 59 мм. Выделяется четкий максимум величины А при Р 760 даН, Однако зависимость величины А от частоты вращения n npiIi оптимальном значении осевой нагрузки Р - 760 дай (фиг.26) показыва- 25 ет, что оптимальное значение частоты вращения достигнув ие бмло и требуетса дальнейшее увеличение частлы вращения.

Найденные по критерию А мах оптималь-: ные режимы бурения серого гранита для З0 однослойной и импрегниромнной алмазных коронок хорошо согласуютса с рекомендуемыми для этих кромок режимами.

На втором этапе реализации способа по критерию А-®мам определялсл наиболее 36 подходящий тип юарегимрованиой алюз-:

СК Ф нита. Сравнение коронок производилось в области оптимального ракюеа бурения дла импрегнированкых алмазным коронок пол- 40 ученного вначале испытаний, В табл.1 приведены сведения î конструктивных параметрах сравниваемых импрегнированных алмазных коройок.

В табл.2 приведены зарегистрирован- 46 ные в процессе бурения при Р - 750 даН, n - 700 мин и 0 - 19 дм /мин полной мощности, расходуемой на бурение йл, механической скорости V, энергии упругих колебаний в диапазоне 5-20 кГц WA и рас- 60 четное значение величины А.

Наибольшее значейие величины А пол- учено для коронки И4ГС, имеющей объемные алмазы АСПК крупностью 400-150 шт/карат, наименьшие значения А у коронки ИбДХ с природными объемными алмазами XXXV группы крупностью 600-400 шт/карат, т.е. для разбуривания серого гранита наиболее подходят импрегнированные алмазные коронки типа И4ГС с объемными алмазами крупностью 400-150 шт/карат, позволяющие наиболее эффективно использовать энергию в процессе бурения.

Из данных, приведенных в табл.2 видно, что хотя механическая скорость бурения имеет ту же тенденцию что и величина А, на основании только значений VM нельзя выбрать наиболее подходящий тип породоразрушающего инструмента. Коронка ИбДХ, имея большее чем коронка ИЖ значение механической скорости, в то же время за- трачивает на бурение почти в 2 раза большую мощность. Бурение коронкой И6ДХ крайне неэффективно. Поэтому только величина А позволяет наиболее объективно оценивать эффективность бурения каждым типом породоразрушающего инструмента.

Формула изобретения

Способ оптимизации процесса бурения, включающий измерение энергии WA упругих колебаний, вызванных породоразрушающим инструментом. в диапазоне частот 6-20 кГц, и регулирование режимных параметров, отл ичающийся тем,что, с целью повышения эффективности способа пугем увеличения точности регулирования процесса бурения и подбора породоразрувгващего инструмента для определенных геологическим условий, дополнительно измеряют полную зйергию 94, расходуемую кв бураею, опрз@елают величину отношения А ЪЧА/Np путем регулирования режимных авраме ров при конкретном типе пор©доразрушающего инструмента, достигают максимального значения величины А, меняют тип породоразрушающего. инструмента и снова достигают максимального значения величины А, выбирают породоразрувающий инструмент, при котором максимальное значение величины. А наибольшее. и с выбранным таким образом для данного геологического разреза породоразрушающим инструментом продолжают бурение, поддерживая путем регулирования режимных параметров максимальное значение величины А.

1809023

Таблица 1

Таблица2

1809023

Составитель А,Архипов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Е.Папп

Редактор

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

Заказ 1265 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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