Способ регулирования режима

/О 5)5 Е 21 И ПИСА ьскийиипов,к геологораздназначено для рения скважин, на основании колебаний, выим инструменИз спектрограм диапазоне частот 0 мы в режиме холос рушения горных совпадают и подтве апазоне 0,5-5,0 кГц баний вызваны лиш оборудования. м на фиг,1 видно, что в 5-5,0 кГц спектрограмтого хода и режиме разпород практически рждают вывод, что в дисигналы упругих колеь вибрациями бурового ГОСУДАР СТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССРМ 1162951, кл. Е 21 В 44/09, 1983.Авторское свидетельство СССРМ 863842, кл. Е 21 В 44/00, 1979. Изобретение относится ведочным работам и пре управления процессом бу которое осуществляется измерения энергии упругих званных породоразрушающ том. 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.(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, )аботой долота, в диапазонах 0,5- 5 кГц - И/, 5 - 20 кГц - ч 1/, Затем определяют величину отношения В = И/ЧЧ, В процессе 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- СЬ щих при трении колонны бурильных труб и а колонковой трубы о стенки скважины, тре- (,ц) нии керна о колонковую трубу, протекании СО промывочной жидкости, т.е. колебаний, несвязанных с разрушением горной породы, заключен в диапазоне 0,5-5 кГц, 1661386На фиг,2 а и б показаны зависимости Экергии В/ низкочастотной части спектра 0,5 - 5,0 кГц, энергии И высокочастотной чаЯ сти 5 - 20 кГц и их отношения В = оту 1 глубины скважины для рейса гидроударноалмазного и шарошечного бурения соответ твенно, а также графики изменения астоты вращения снаряда и и осевой на,грузки Р. Расход промывочной жидкости, определяющей параметры работы гидро- ударной машикы, в течение рейса не изменяется.Значение энергии на графиках (фиг.2 а, 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 производи 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 5- 20 кГц и энергии колебаний в диапазоне частот 0,5-5,0 кГц достигает максимального значения. В дальнейшем процессе бурения 5 для компенсации снижения эффективностиразрушения горных пород, вызванных процессами ухудшения режущих свойств (износом) породоразрушающего инструмента, подклинивания керка в колонковой трубе, 10 сменой свойств разбуриваемых горных пород, значение отношения поддерживается на максимально высоком уровне регулированием режимных параметров.15 П р и м е р, На фиг,2 а и б приводятсярезультаты обработки спектрограмм в процессе бурения на двух скважинах. Наблюдение осуществляют из одкой скважины.Расстояние между устьями скважин состав ляет 15 м, В состав наземного обрабатывающего комплекса входят анализатор спектра СК 4-56 и двухкоордикатный самописец Н, Спектральный анализ поступающих с датчика сигналов производится 25 через интервал 1-2 м по разрезу. Разрезскважины представлен гкейсами, большей частью монолитными, плотностью 2,75 г/см . До глубины 130,6 м бурение осуществляют бескерковым способом, а с глу 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 бу рильных труб муфтозамкового соединения,диаметром 54 мм, при гидроударно-алмазном бурении - алмазная коронка типа 01 АЗСВ диаметром 76 мм, твердосплавный расширитель, колонковая труба, гидроудар ник Г 76 В и аналогичная колонна бурильныхтруб.Несмотря на Общее возрастание величин Яо,5-5 и Ю 5-2 о с проходкой в рейсе отношение В энергий высокочастотного 45 105-2 о и низкочастотного В(0,5 - 5 спектров в1целом падает (фиг.2 а), т,е, из-за ухудшения режущих свойств алмазной коронки к концу рейса ка забое происходит перераспределение энергии между различными процес сами, все большая часть энергиирасходуется непроизводительно (на трение инструмента о стенки скважины и т.д.),Вместе с тем на фоне постепенного 55 уменьшения укаэанного отношения ка графиках присутствуют участки, где величина В отклоняется вверх или вниз от средней линии. Эти участки в большинстве своем совпадают с точками изменения режимных5 10 15 20 25 30 40 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 В.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.2 а), В этих точках осевая нагрузка Р и частота вращения и остаются неизменными, однако энергия значения В 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,2 б показаны зависимости от глубины бурения тех же величин Ю, Ю,ЮВ = и осевой нагрузки Р для рейса шащ 1рошечного бурения. Частота вращения снаряда в рейсе постоянная и равна 219 мин Энергия низкочастотного диапазона спектра акустического поля ЮО,5-5 при увеличе 1нии проходки в рейсе в целом постепенно растет, а энергия высокочастотного диапазона Я 5-2 о падает (фиг.2 б). 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 даН (102 м), а затем - до 1400 даН(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 инструментуэнергии расходуется производительно - иаразрушение горной породы. Формула изобретенияСпособ регулирования режима буреиия, основанный на измерении энергии упругих колебаний, вызванных породоразрушающим инструментом, и определенииоптимальных режимных параметров, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности управления, энергию упругих колебаний измеряют в ближней зоне забоя,скважины в диапазоне частот 0,5 - 5 кГц - Юи 5 - 20 кГц - И, определяют величину отношения В = ЮЯ, путем регулирования режимных параметров поддерживаютмаксимальное значение величины В:1661386 5 Р,даН 3 О 5 ГГ ГУ Л 1 И,м ЮО й 7 дактор И.Шулла ор А.Осауле Заказ 2126 Тираж 366 ВНИИПИ Государственного комитета по и 113235, Москва, Ж, ственн ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 12 Прои 1100 УОО 100 500 Ю Ю гао РиР оставитель В,Шило ехред М. Моргентал Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССская наб 4/5