Способ оптимизации процесса бурения

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 52 51)5 Е 21 В 44/00 тролю и скважин чено для в, оптиодного ения момазного а поверроцес- времетого бур ки на по обеспечи ни ч прох мент и проходрахению ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Свердловский горный институт им. В.Куйбышева(56) Авторское свидетельство СССРМ 1779660, кл, Е 21 В 44/00, 1975.Патент США М 3660649, кл. 235-1931972(54) СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССАБУРЕНИЯ(57)Изобретение относится к алмазному буренИю скважин и позволяет повысить точИзобретение относится к кон управлению процессом бурения алмазными коронками и предназна опрецеления режимных параметро маль ых по минимуму стоимости метр проходки скважин и определ мент времени полной отработки ал инст умента с целью его подьема н хность и замены.Известен способ оптимизации са бу ения, включающий измерени ния и текущего значения одоразрушающий инструвающий минимум стоимометра скважины по 2ность управления процессом в условиях резко применяющихся свойств пород. Для этого задают моторесурс породоразрушающего инструмента (МПИ). В процессе бурения на каждой ступени регулирования измеряют время чистого бурения, угловую скорость вращения инструмента и осевое усилие на забой, По произведению этих параметров определяют отработанный на данной ступени регулирования МПИ. Производят накопление текущего МПИ. При равенстве текущего и заданного МПИ фиксируют момент полной обработки породоразрушающего инструмента. 1 ил. где о - стоимость проходки одного метра, лскважины, руб/ч; 4С - стоимость часа эксплуатации буровой установки, руб/ч; (Лтсп - время. затрачиваемое на спускоподьемные операции, отнесенное,: одномурейсу, ч;т - текущее время бурения в рейсе, ч; ССа - стоимость породораарушающего )инструмента, руб;11 - текущая проходка на породораэрушающкй инструмент в рейсе, м,При достижении ц = цпъ принимаетсярешение о замене породораэрушающегоинструмента.Известное устройство для реализацииданного способа, содержит комплектсредств, преобразующих входные величиныв пропорциональные уровни напряжений, 1795220включающий преобразователь-накопитель текущего времени бурения в рейсе, задатчик времени спуско-подъемных операций, задатчик стоимости часа эксплуатации буровой установки, задатчик стоимости породоразрушающего инструмента (долота, алмазной коронки) и накопитель-преобразователь текущей проходки на породоразрушающий инструмент, блок вычисления стоимости одного метра проходки, состоящий из сумматора общего времени рейса породоразрушающего инструмента, множительного звена, сумматора текущей стоимости эксплуатации буровой установки и породоразрушающего инструмента и дели- тельного звена, а также регистрирующий прибор.Однако известный способ не может обеспечить оперативное управление процессом бурения, так как в нем не измеряются и не регулируются осевое усилив на забой скважины и угловая скорость вращения породоразрушающего инструмента, что ведет к недоиспользованию моторесурса породоразрушающего инструмента и повышению стоимости проходки одного метра скважины.Наиболее близким к предлагаемому является способ оптимизации процесса бурения, включающий измерение угловой скорости вращения породоразрушающего инструмента, осевого усилия на забой скважины, механической скорости бурения и регулирование режимных параметров.Однако данный способ не дает возможности автоматического управления процессом бурения по минимуму стоимости проходки одного метра проходки скважины, а также оперативного контроля отработки породоразрушающего инструмента, что снижает точность и надежность управления процессом бурения в резко изменяющихся геологических условиях.. Цель изобретения - повышение точности и надежности управления процессом бурения скважины в условиях резко изменяющихся прочностных и структурныхсвойств пород.Поставленная цель достигается тем, что в способе оптимизации процесса бурения включающем измерение угловой скорости вращения породоразрушающего инструмента. осевого усилия на забой скважины, механической скорости бурения и регулирование режимных параметров, дополнительно, на каждой ступени регулирования измеряют время чистого бурения, определяют отработанный на данной ступени регулирования моторесурс породоразрушающего инструмента, производят его накопление и, 01=Я Ри й, (4) =1 40 45 50 55 осевого усилия на забой скважины, угловой 10 15 20 25 30 35 исходя из этого, определяют момент полной отработки породоразрушающего инструмента и подъема его на поверхность с целью замены.Благодаря этому появляется возможность регулировать осевое усилие и угловую скорость вращения породоразрушающего. инструмента таким образом, чтобы значение стоимости проходки одного метра скважины было минимальным.Система функционирует согласно алгоритмуц =(С = ЬР а)/Ч, (2) где Ь - Сл/О - коэффициент;Р - осевое усилие на забой скважины;в - угловая скорость вращения породораэрушающего инструмента;Ч - механическая скорость бурения; О - моторесурс породоразрушающего инструмента, рад/с Н ч.Моторесурс породоразрушающего инструмента определяется как произведение базовых значений Р и а на время полной отработки инструмента при неизменных геологических условияхО=Р 6 аь (3) Для каждого типа коронок и долот моторесурс является величиной постоянной,Для определения момента времени полной отработки породоразрушающего инструмента с целью его поднятия. на поверхность и замены производится оперативный контроль отработанного моторесур- са где - ступень управления.Благодаря измеренному моторесурсу, характерному для каждого типа коронок и долота, и оперативному контролю текущего остаточного моторесурса становится возможным с высокой степенью точности регулировать режимные параметры процесса бурения таким образом, чтобы стоимость проходки одного метра скважины была бы минимальной, так как зависимость о - 1(Р,в) (2) позволяет непосредственно воздействовать на осевое усилие на забой скважины и угловую скорость вращения породоразрушающего инструмента, а накопление произведений сигналов с датчиков скорости вращения породоразрушающего инструмента на время, установленное таймером прямопропорционально отработанному моторесурсу породоразрушающего инструмента, что позволяет с высокой степенью точности и надежности определить момент времени полного износа породоразрушающего инструмента и подъема его на поверхность.На чертеже представлена функциональная блок-схема устройства управления режимными параметрами вращательного бурения скважин. Устройство управления режимными параметрами вращательного бурения состоит из импульсного датчика механической скорости бурения 1 РЧ, импуяьсного датчика угловой скорости вращения породоразрушающего инструмента 20 в, дифференциально-трансформаторного датчика осевого усилия на забой скважины ЗОР, выходы которых соединены с собтветствующими входами многоцелевого прбграммируемого контроллера 4 ПК, в качесгве которого принят серийно-выпускаемый многоцелевой программируемый 2 коНтроллер "Ломиконт - 110", структурно включающий в себя два импульсно-цифровых преобразователя, аналого-цифровой преобразователь, два цифроаналоговых преобразователя, два таймера, два сумматора, блок 2 вычисления, блок индикации и пульт управленйя, включающий в себя задатчик стоимости породоразрушающего инструмента и задатчик моторесурса породоразрушающего Инструмента. Первый выход многоцеле вогб программируемого контролллера 4 ПК через усилитель сигнала рассогласования 5 БУ соединен с регулятором осевого усилия на забой скважины 6 ГК, а второй выход. многоцелевого программируемого контрол лера 4 ПК соединен с усилителем сигнала расСогласования 7 МУ, выход которого сое-. динЕн с регулятором угловой скорости вращенИя породоразрушающего инструмента 8 ТП - Д. 4Датчики скорости выполнены на базе выключателя поворотного, дискретного фотоэлектрического ПДФ - 5 (Башкирское ПО "Электроаппарат" ), Датчик осевого усилия на забой в качестве основного элемента со держитдифференциальный электромеханичесКий манометр ДМ - Э.Регулятор осевого усилия на забой скважины выполнен на базе гидравлического предохранительного клапана с пропорцио нальным управлением МК ПВП, который комплектуется блоком управления БУ - 1100, представляющим собой усилитель сигнала рассогласования, Второй усилитель - есть магнитный усилитель типа БДТА 5; регу лятор угловой скорости вращения - тиристорный преобразователь типа КТЭУ с двигателем марки ДП - 52; контроллер многоцелевой программируемый контроллер "Ломиконт" (ПО "Электроприбор",г Чебоксары)Предложенный способ с помощью описанного устройства осуществляется следу 5 ющим образом.С пульта управления многоцелевымпрограммируемым контроллером 4 ПК задаются числовые значения, соответствующиестоимости часа работы бурового станка, сто 10 имости используемого породоразрушающего инструмента и его моторесурса, За время,установленное первым таймером, многоцелевой программируемый контроллер считывает количество импульсов, поступающих с15 датчика механической скорости бурения10 Ч, и усредняет ее значение. Аналогичнымспособом считывается и усредняется значение угловой скорости вращения с датчика 20,0 При в = сопэс многоцелевой программируемый контроллер изменяет усилие назабой скважины таким образом, чтобы целевая функция (2) была бы минимальной; приэтом сигнал рассогласования с первого вы 5 хода многоцелевого программируемогоконтроллера 4 ПК через усилитель сигналарассогласования 5 БУ подается на регулятор осевого усилия на забой скважины б ГК,По достижению частного минимума соот 0 ветствующее ему значение осевого усилиязапоминается многоцелевым программируемым контроллером 4 ПК и оптимизацияведется по каналу: угловая скорость вращения - стоимость проходки одного метра5 скважины аналогичным образом. По достижении минимума о для данной породы значения осевого усилия на забой скважины иугловой скорости вращения породоразрушающего инструмента поддерживаются не 0 изменными; устанавливается порогсрабатывания многоцелевого программируемого контроллера 4 ПК равный 5 оот величины механической скорости бурения, приэтом 4 ПК производит периодический опрос5 текущего значения механической скоростибурения, Как только значение механическойскорости бурения изменится более чем на5% от установившегося т.е, изменятся геологические условия) многоцелевой про 0 граммируемый контроллер вновь начнетцикл поиска оптимальных по стоимости одного метра проходки скважины режимныхпараметров Р и иОдновременно с этим, каждое усред 5 ненное значение угловой скорости вращения сй умножается на текущее значениеосевого усилия на забой Р и на времяусреднения 11, при этом происходит накопление отработанного моторе1795220 сурса 01= Рм Ф, а наблокеиндификации отображаются текущие значения Р, в ч и остаточного моторесурса 0 О - 0- Оь При 0-01 блоком индификации подается звуковой и световой сигналы о необходимости замены породоразрушающего инструмента.П р и м е р. Зависимость механической скорости бурения от режимных параметров аппроксимируется функцией:Ч-ао+2 а 1 Р+2 аг в++2 азР в + а 4 Р + аб в", (5) где ао-а 5 - эмпирические коэффициенты, зависящие от системы "порода-коронка".При ао-30,955а 1=110 за 2- 0,580аз а 4- -1 10а 5 -1,32 1 0О = 1,2481 10сС = 17 руб/сменаСп 52 руб Формула изобретения Способ оптимизации процесса бурения, включающий измерение угловой скорости й вращения породооазрушающего .инструмента, осевого усилия Р на за 5 ой скважины, механической скорости бурения и ступенчатое регулирование режимных параметров, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности управления процессом бурения в условиях резко изменяющихся свойств пород, задают моторесурс алмазного породоразрушающего инструмента, а режимные параметры регуСогласно выражениям (2), (4) и (5), получим оптимальные значения режимных параметров осевого усилия на забой и угловой скорости вращения породоразрушающего 5 инструмента: Роро - 8604 Н, Иор=41,834обеспечивающая минимум стоимости проходки одного метра скважины оюп - 8,8300 руб/м; Изменяя незначительно значения режимных параметров от их оптимального 10 значения, получим большие значения стоимости проходки одного метра скважины.Расчеты приведены в таблице.Как видно из таблицы любое отклонение режимных параметров от оптимального 15 значения ведет к увеличению стоимостипроходки одного метра скважины.В то же время при ручном ступенчатомрегулировании угловой скорости вращения породоразрушающего инструмента на мак симум механической скорости получим следующие результаты: Р - 9498,6 Н; и " 470 об/мин, р - 11,12 руб/м.Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить точность и на дежность управления процессом бурения вусловиях резкоизменяющихся прочностных и структурных свойств пород. лируются по критерию минимума себестоимости бурения одного метра, при этом на каждой ступени регулирования измеряют время ц чистого бурения, определяют отработанный на данной ступени моторесурс Сц - Р 1 вА, производят его накопление и в случае равенства текущего и заданного значений моторесурса алмазного породоразрушающего инструмента определяют момент его полной отработки и подьема его на поверхность с целью замены.1795220 Составитель Н.СитниковТехред М.Моргентал Коррек Редакт трушев роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 419 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5