Способ управления процессом алмазного колонкового бурения

 

Назначение: автоматизация процесса управления бурением геологоразведочных Скважин. Сущность изобретения: в процессе бурения постоянно измеряют технологические режимы: механическую скорость бурения Уф, осевую нагрузку, частоту вращения бурового снаряда п, давление Р и расход Q промывочной жидкости. Аналитически определяют теоретический расход QT промывочной жидкости От - m(j Vm/n - k), при Р Рпред.. Q Qmin, где k, J, m - константы , определенные опытным путем. Задают фактический расход промывочной жидкости Q - От. Задают максимально допустимое значение давления промывочной жидкости Рпред. и минимально допустимое значение ее расхода Qmin. Сравнивают значения фактического давления промывочной жидкости Р с Рпред., при превышении значения Р снижают Q до нормализации Р. Одновременно сравнивают значение уменьшенного расхода промывочной жидкости с Qmin. При превышении Qmin значения уменьшенного расхода процесс бурения прекращают. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

1госпАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1) 4944588/03

2) 13.06.91

6) 30.08.93. Бюл. М 32, 6) О.И.Шерстюк и А.И..Григорьев (56) Авторское свидетельство СССР

f4 935603, кл. Е 21 B 44/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 497404, кл. Е 21 BC 45/ОО, 1974. (54) CflOC05 YflPAB EHf4ff ПРОЦЕССОМ

АЛМАЗНОГО КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ (67) Назначение; автоматизация процесса управления бурением геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: в процессе бурения постоянно измеряют технологические режимы: механическую скорость бурения Чь, осевую нагрузку, частоту вращения бурового снаряда и, давление P u

Изобретение относится к способам контроля и управления процессом бурения геоЛогораэведочных скважин, в частности к способам управления процессом алмазного колонкового бурения.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса бурения путем установления оптимальных расходов промывочной жидкости для поддержания рациональноготеплофизического режима работы алмазной коронки и режима очистки забоя скважины от бурового шлама.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что при способе управления процессом алмазного колонкового бурения, включающем измерение параметров процесса бурения (механической скорости бурения Чм, осевой нагрузки Р, частоты,„,!Ы,„, 1838599 АЗ (з1)ю Е 21 В 44/00 расход 0 промывочной жидкости. Аналитически определяют теоретический расход От промывочной жидкости От - т() Vm/n — k), . при P < Pnpep., 0 > Qmln, где k, J, е — константы, определенные опытным путем. Задают фактический расход промывочной х:идкости

Q - Qr. Задают максимально допустимое значение давления промывочной жидкости

Рпрф. и минимально допустимое значение ее расхода Qmln. Сравнивают значения фактического давления промывочной жидкости

P c Pnpea., при превышении значения P снижают 0 до нормализации Р. Одновременно сравнивают значение уменьшенного расхода промывочной жидкости с Qmln. При превышении Qmln значения уменьшенного расхода процесс бурения прекращают. 1 ил. вращения бурового снаряда и, расхода промывочной жидкости Q и затрат мощности на бурение N) задается максимальный эффективный расход промывочной жидкости и в случаэ, если при этом фактическое значение давления промывочной жидкости превысит допустимое, снижают расход жидкости до нормального значения давления, после чего при сохранении аварийной ситуации процесс бурения автоматически прекращается.

При зточ расход промывочной жидкости y ""..-танавливают в диапазоне допустимых значений, равных теоретическому, определенному аналитическим способом с учетом текущих значений величин механической скорости бурения и частоты вращения бурового снаряда при установившемся технологическом процессе, распознавае1838599 мом по величине осевой нагрузки и затратам мощности.

Эффективная работа алмазного породоразрушающего инструмента возможна в случае поддержания на неизменном уровне процесса алмазного разрушения и беспрепятственного удаления с забоя продуктов разрушения породы (шлама). Эти процессы тесно связаны с режимом промывки, который оказывает на процесс бурения сложное противоречивое воздействие. Так, по данным теоретических и экспериментальных исследований с увеличением расхода промывочной жидкости снижается износ алмазного породоразрушающего инструмента, но одновременно с этим в средне- и малоабразивных породах происходит заполирование алмазов, уменьшается их выступание из тела матрицы, что приводит к потере работоспособности коронки. Кроме этого, повышенный расход промывочной жидкости приводит к ряду негативных явлений при бурении трещиноватых пород: интенсификации самозаклинок керна, его повышенному износу, разрушению матри. цы обломками породы, гидравлическому подпору колонковой трубы. Снижение расхода промывочной жидкости уменьшает действие этих негативных явлений, но может привести к развитию процесса интенсивного теплофизического износа алмазов и матрицы, хотя при эаполировании коронок это может способствовать восстановлению их работоспособности. При такой . зависимости эффективность технологического процесса бурения от расхода промывочной жидкости очевидна. Очевидна необходимость управления технологическим процессом бурения с целью поддержания нормальных условий работы алмазной коронки, процесса кернообразования и устранения аномальных явлений- заполирования алмазов, теплофизического износа коронок, гидроподпоров и самозаклинок керна.

Управление по предлагаемому способу осуществляется в соответствии со следующей зависимостью, полученной опытным путем

Р< напрея

Gr - mg Vm/и — к),при

0>армии где Q -теоретический расход промывочной жидкости;

V> — механическая скорость бурения; и.— частота вращения бурового снаряда;

К j, m — константы, определенные опытным путем.

Выбором этих констант (коэффициентов) обеспечивается необходимый теплофизический режим работы алмазной коронки и режим очистки забоя скважины от выбуренного шлама, при этом реализуются наименьшие расходы промывочной жидкости, что позволяет снизить негативное влияние гидроподпора, а также уменьшить влияние промывки на сохранность керна.

Контроль за выполнение условий Р >

>Рпред. и Q < Оып имеет целью предотвра"О щение аварийно опасных ситуаций. В случае невыполнения одного из условий система принимает меры к восстановлению соответствия параметров в рабочей зоне путем снижения расхода промывочной жидко 5 сти с последующим возвратом к оптимальному расходу. В случае невозмож.ности ликвидации создавшейся ситуации при невыполнении одного из условий или невыполнении одновременно обоих усло20 вий процесс бурения автоматически прекращается с одновременным "уходом" от

"аварийного забоя" °

Были исследованы различные способы управления промывкой скважины при ал25 мазном колонковом бурении, однако в них не удалось обнаружить признаки и критерия регулирования промывкой по максимальному эффективному расходу промывочной жидкости, определенному аналитическим

ЗО способом с учетом допустимого давления промывочной жидкости в скважине, текущих значений величины механической скорости бурения и частоты вращения бурового снаряда при установившемся технологичеЗБ ском процессе, распознаваемому по величине осевой нагрузки и затратам мощности.

Описанное служит основанием для вывода, что предложенное техническое решение соответствует критерию "существенное

4О отличие". Достижение положительного эффекта стало возможным за счет того, что при реализации предложенного способа уменьшается число подклинов керна, кроме того, распознается неликвидируемый подклин, 45 при котором происходит остановка процесса бурения, уменьшается время неэффективного бурения, Также улучшаются условия работы алмазной коронки, следствием чего является повышение проходки на

Бо коронку, производится постоянный анализ наличия предаварийной ситуации с остановкой процесса бурения в случае невозможности ее устранения, что снижает психофизическую нагрузку на буровой пер55 сонал.

Все это доказывает возможность достижения положительного эффекта при осуществлении предложенного технического решения.

1838599

Техническая сущность и принцип действ я предложенного способа регулирования расхода промывочной жидкости поясняютс» блок-схемой на чертеже.

Блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа управления процесс м алмазного бурения имеет блоки 1-3— начало цикла управления, блок 4 — установк начального выхода фактических значен1лй параметров за предельные значения, 10 блок 5 — проверка условия "Бурение", блок

6 — вывод информационных сообщений о э ачениях P и.Q, блок 7 — расчет 0 теоретич ского, блоки 8 и 9 — проверка превышения т оретическим расходам предельных значе- 15 н й, блоки 10 и 11 — корректировка расхода. б пок 12 — установка фактического расхода, 6лок 13 — определение выхода фактического э ачения параметров за критические, блок

1 4 — конец цикла управления, блок 15 — 20 коррекция теоретического расхода, блок 16 — проверка выхода теоретического значения

С1т за пределы минимума, блок 17-установк расхода.

Предложенный способ управления 25 процессом алмазного бурения осуществляется следующим образом. Устанавливается начальный расход промывочной жидкости блоком 2, после временной задержки бло. ком 3 происходит анализ фактического со- 30 стояния процесса на предмет выхода эа предельные значения параметров. После этого блоком 5 анализирузтся этап процесса, в случае бурения происходит вывод информационного сообщения блоком 6 о 35 текущих параметрах режима бурения, анализ блоками 8 и 9 на выход этого значения эа пределы регулирования и установка блоками 10 и 11 расходов промывочной жидкости в случае выхода за ограничение, а 40 блоком 12 при нормальном процессе, После . этих операций цикл управления эамыкаетоя. Следующая ветвь блок-схемы начинаясь (noKoM 13, к которому передается управлеНие блоком 4 в случае выхода текущих зна- 45

Чений параметров за предельное значение.

Блок 13 производит оценку значений параметров и в случае их выхода за критические

Значения передает управление блоку 14 на окончание рейса. 8 блоке 15 производится 50 уменьшение теоретического значения расхода промывочной жидкости и затем проверяется блоком 16 на невыход этого параметра за минимальное значение, В спучае не выхода блока 17 устанавливает фак- 55 тический расход, равный теоретическому, и

Замыкает цикл управления. В случае выхода теоретического расхода за нижнее ограничение фактический расход остается прежним.

Данный способ управления процессом бурения позволяет оптимально (в смысле увеличения проходки на коронку и сохранения при этом механической скорости бурения) и оперативно устанавливать новые значения расхода промывочнОй жидкости е реальных условиях бурения геологоразведочных скважин, при смене горных пород учитывать состояние породоразрушающего инструмента, повысить эффективность разрушения пород на забое скважины, кОмтролировать появление предаварийных ситуаций, исключает влияние субъективного фактора на технологический процесс бурения скважины.

Использование данного способа обеспечивает повышение проходки на коронку, повышение механической скорости бурения, а также снижение психофизических нагрузок на буровой персонал, т,е. улучшение условий труда.

Формула изобретения

Способ управления процессом алмазного колонкового бурения, включающий измерение механической скорости бурения, осевой нагрузки, частоты вращения бурового снаряда, давления и расхода промывочной жидкости и затрат мощности на бурение. изменение расхода промывочной жидкости, осевой нагрузк i и частоты вращения бурового снаряда, о т п и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса бурения путем установления оптимальных расходов промывочной. жидкости дпя поддержания рационального теплофизического режима работы алмазной коронки и режима очистки забоя скважины от бурового шлама, снижение самозакпинивания керна и влияния гидроподпора, аналитически определяют теоретический расход промыво ной жидкости в соответствии с выражением

Р<Рпред

От = mg V ln — К при

0>0иин где QT — теоретический расход промывочной жидкости;

k, j, m — константы, определенные опытным путем;

V — механическая скорость бурения;

n — частота вращения бурового снаряда;

Р-фактическое зна ение давления промывочнОЙ жидкости;

Рпред, — максимально допустимое значение давления промывочной жидкости;

Q — фактическое значение расхода промывочной жидкости;

Q«< — минимально допустимое значение рэсхсда промывочной жидкости, 1838599

Составитель О.tllеpeтeк

Редактор Л,Волкова Техред M. Моргентал Корректор М.Куль

Заказ 2915 Тираж Подписное

ВНИИПИ Госудэрственного комитете по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Рзушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент . f. Ужгород. ул.Гагарина, 101 задают максимально допустимое значение дзвления промывочной жидкости и минимально допустимое значение расходе, устанавливают расход промывочной жидкости, подаваемой в скважину, равным теоретическому и срзвнивают значение фактического дэвления промывочной жидкости с максимально допустимым его значением, при этом при превышении значения фэктичеI ского давления промывочной жидкости максимально допустимого значения снижают расход промывочной жидкости до нормализации давления, значение уменьшенного

5 расхода сравнивзютс его минимальнодопустимым значением и, если значение минимзльно допустимого расхода превышает значение уменьшенного расхода, процесс бурения прекращают,