Способ управления процессом алмазного колонкового бурения

(5)ю Е 21 В 44/00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АТЕНТУ ОО 6 д 1)4944588/032) 13.06,916) 30.08.93. Бюл. М 32, 6) О.И.Шерстюк и А.И.,Григорьев (56) Авторское свидетельство СССР Ь 935603, кл. Е 21 В 44/00, 1979.Авторское свидетельство СССР М 497404, кл. Е 21 ВС 45/00, 1974.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АЛМАЗНОГО КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ (57) Назначение; автоматизация процесса управления бурением геологоразведочных скважин. Сущность изобретения: в процессе бурения постоянно измеряют технологические режимы: механическую скорость бурения Чр, осевую нагрузку, частоту вращения бурового снаряда и, давление Р и 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 расход О промывочной жидкости. Аналитически определяют теоретический расход От промывочной жидкости От - в 0 Ча/и - 1), . при РРпрд., ООюл, где К ), в - константы, определенные опытным путем. Задают фактический расход промывочной х:идкости О - От. Задают максимально допустимое значение давления промывочной жидкости Рпред. и минимально допустимое значение ее расхода Овь, Сравнивают значения фактического давления промывочной жидкости Р с Рпред., при превышении значения Р снижают О до нормализации Р. Одновременно сравнивают значение уменьшенного расхода промывочной жидкости с Опл, При превышении Ощ 1 П значения уменьшенного расхода процесс бурения прекращают. 1 ил,вращения бурового снаряда и, расхода промывочной жидкости 0 и затрат мощности на бурение й) задается максимальный эффективный расход промывочной жидкости и в случаз, 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".- 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, распознавае 1838599мом 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 матрицы 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 попредлагаемому способу осуществляетсл в соответствии со следующей зависимостью, полученной опытным путемРРпредСЬ - пф %/и - к),приО 0 миигде От-теоретический расход промывочнойжидкости;Ч - механическая скорость бурения;п.-частота вращения бурового снаряда; К , в - константы, определенные опытным путем,Выбором этих констант (коэффициентов) обеспечиваетсл необходимый теплофизический режим работы алмазной коронкии режим очистки забоя скважины от выбуренного шлама, при этом реализуются наименьшие расходы промывочной жидкости,что позволяет снизить негативное влияниегидроподпора, а также уменьшить влияниепромывки на сохранность керна.Контроль за выполнение условий РРпред и 0Ов 1 п имеет целью предотвра"0 щение аварийно опасных ситуаций. В случае невыполнения одного из условийсистема принимает меры к восстановлениюсоответствия параметров в рабочей зоне путем снижения расхода промывочной жидко 15 сти с последующим возвратом коптимальному расходу, В случае невозмож.ности ликвидации создавшейся ситуациипри невыполнении одного из условий илиневыполнении одновременно обоих усло 20 вий процесс бурения автоматически прекращается с одновременным "уходом" от"аварийного забоя".Были исследованы различные способыуправления промывкой скважины при ал 25 мазном колонковом бурении, однако в нихне удалось обнаружить признаки и критериярегулирования промывкой по максимальному эффективному расходу промывочнойжидкости, определенному аналитическимЗ 0 способом с учетом допустимого давленияпромывочной жидкости в скважине, текущих значений величины механической скорости бурения и частоты вращения буровогоснаряда при установившемся технологичеЗ 5 ском процессе, распознаваемому по величине осевой нагрузки и затратам мощности,Описанное служит основанием для вывода, что предложенное техническое решение соответствует критерию "существенное40 отличие". Достижение положительного эффекта стало возможным за счет того, что приреализации предложенного способа уменьшается число подклинов керна, кроме того,распознаетсл неликвидируемый подклин,45 при котором происходит остановка процесса бурения, уменьшается время неэффективного бурения, Также улучшаютсяусловия работы алмазной коронки, следствием чего являетсл повышение проходки на50 коронку, производится постоянный анализналичил предаварийной ситуации с остановкой процесса бурения в случае невозможности ее устранения, что снижаетпсихофизическую нагрузку на буровой пер 55 сонал,Все это доказывает возможность достижения положительного эффекта при осуществлении предложенного техническогорешения.Техническая сущность и принцип действя предложенного способа регулирования расхода промывочной жидкости поясняютс блок-схемой на чертеже.Блок-схема устройства для реализации п 1 эедлагаемого способа управления процессм алмазного бурения имеет блоки 1-3 - начало цикла управления, блок 4 - установкф начального выхода фактических значенюй параметров за предельные значения, 10 блок 5 - проверка условия "Бурение", блок 6 - вывод информационных сообщений о э ачениях Р и.О, блок 7 - расчет О теоретич ского, блоки 8 и 9 - проверка превышения т оретическим расходам предельных значе н й, блоки 10 и 11 - корректировка расхода. бпок 12 - установка фактического расхода, блок 13 - определение выхода фактического эачения параметров за критические, блок 14 - конец цикла управления, блок 15 - 20 коррекция теоретического расхода, блок 16 -проверка выхода теоретического значения С 1 т за пределы минимума, блок 17-установк расхода.Предложенный способ управления 25 процессом алмазного бурения осуществляегся следующим образом. Устанавливается начальный расход промывочной жидкости блоком 2, после временной задержки блоком 3 происходит анализ фактического со 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 за пределы регулирования и установка блоМами 10 и 11 расходов промывочной жидкости в случае выхода за ограничение, а 40 цлоком 12 при нормальном процессе, После . этих операций цикл управления эамыкаетоя. Следующая ветвь блок-схемы начинаясь блоком 13, к которому передается управлеНие блоком 4 в случае выхода текущих зна 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 случае не выхода блока 17 устанавливает фак 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 промывочнцй жидкости в реальных условиях бурения геологоразведочных скважин, при смене горных пород учитывать состояние породораэрушающего инструмента, повысить эффективность разрушения пород на забое скважины, контролировать 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 1 и частоты вращения бурового снаряда, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса бурения путем установления оптимальных расходов промывочной. жидкости для поддержания рационального теплофизического режима работы алмазной коронки и режима очистки забоя скважины от бурового шлама, снижение самозаклинивания керна и влияния гидроподпора, аналитически определяют теоретический расход промыво 1 ной жидкости в соответствии с выражениемРРпредОт = гпту Что(и - К приООиин где От - теоретический расход промывочной жидкости;Е, , п 1 - константы, определенные опытным путем;Чп - механическая скорость бурения; и - частота вращения бурового снаряда; Р-фактическое значение давления промывочной жидкости;Рпред, - максимально допустимое значение давления промывочной жидкости;О - фактическое значение расхода промывочной жидкости;Омлет - минимально допустимое значение рэсхсда промывочной жидкости,Тираж Подписноесудэрственного комитете по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж-ЗБ, Рэушскэя нэб., 4/б Производственно-издательский комбинат "Патент, г, Ужгород. Ул,Гагарина, 10 задают максимально допустимое значение давления промывочной жидкости и минимально допустимое значение рэсходэ, устанавливают расход промывочной жидкости, подаваемой в скважину, равным теоретическому и сравнивают значение фактического давления промывочной жидкости с максимально допустимым его значением, при этом при превышении значения фэктиче 1ского давления промывочной жидкости максимально допустимого значения снижают расход промывочной жидкости до нормализации давления, значение уменьшенного б расхода срэвнивэютс его минимальнодопустимым значением и, если значение минимально допустимого расхода превышает значение уменьшенного расхода, процесс бурения прекращают,