Способ оптимизации ударного бурения

(57) Изо брет ение мизации ударного тения - повышени цесса бурения, Д и тносится курения, Цел изобреи проэффективно этого изме н ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к способуоптимизации ударного бурения,Цель изобретения - повышение эфФективности процесса бурения,На Фиг, 1 и 2 показана диаграмма изменения волн сжатия. в результате :изменения мощности подачи бурильноймашины; на Фиг, 3-6 - диаграммы из-.менения спектров волн сжатия в результате изменения мощности подачи бурильной машины; на Фиг. 7 - блок-схемаустройства регулирования на основепредлагаемого способа, основанная наспектральном анализе волн сжатия;на Фиг. 8 - пример типичной формы начального участка волны сжатия,ЯО 1595349 волны сжатия (ВС), образующиеся вбуровой штанге при ее взаимодействиис ударным устройством. При этом измеряют параметры ВС, распространяющихся как к буровой коронке, так и вобратном направлении. Задают эталонные значения параметров ВС, а управляющие воздействия Формируют на основе результатов сравненя параметровизмеренных ГС с их эталонными значениями. В качестве параметров, характеризуюцих ВС, могут быть использованы.скорости их затухания, спектральные характеристики, различныехарактеристики точки и площади подхарактерными участками кривых на временных графиках, Измерение параметровВС может 1 роизводиться как в одной,так и в нескольких точках буровойштанги, 6 з,п, Ф-лы, 10 ил,на Фиг, 9 - блок-схема устройства автоматического регулирования, основанная на анализе Формы волны сжатия; Фиг, 10 - блок-схема вспомогательного оборудования устройства регулирования, основанного на анализе Формы волны сжатия бурильщиком.Специфическим для ударного бурения является то, что при каждом ударе по буровой штанге в последней образуется импульс сжатия, который распространяется вдоль буровой анги до ее конца, Часть импульса сжатия отражаетсзад и распространяется в направли к буровой коронке. Совокупностимпульсов сжатия и отоажения образует волну сжатия,Сущность изобретения в том, чтоизмеряют волну сжатия, образованнуюв буровой штанге, и регулируют управляемые переменные процесса буренияна основе разницы между Формой измеренной волны сжатия (или интенсивностью различных ее участков) и нор Омальной .формой (или нормальными величинами волны сжатия), полученнымиэкспериментальноВолну сжатия можно измерить несколькими различными способами, например электрическим, магнитным, оптическим. Волну сжатия можно измеритьв нескольких точках буровой штанги,например в двух. Измерение, выполненное в более чем в одной точке, имеет то преимущество, что волну сжатия можно тем самым поделить на составляющие, различающиеся направлениями перемещения: одна составляющаяраспространяется к горной породе, 25другая отражается от горной породы,При этом появляется возможность получить значительно больше информации опроцессе бурения, чем при измеренииволны сжатия в одной точке, Измерение, выполненное в нескольких точках,особенно целесообразно в случае короткой буровой штанги,В качестве информативных параметров регистрируемых волн сжатия, покоторым осуществляется регулирование, могут использоваться: интенсивность исходной и отраженной составляющей волны, ее полная энергия, скорость затухания, скорость нарастания 40или затухания ударного импульса ит,д,В контуре регулирования может бытьиспользован микропроцессор. А саморегулирование направлено на миними- д 5зацию отклонений между измереннымиинформативными параметрами волн сжатия и их эталонными значениями.Для иллюстрации изобретения нижеприведены три различных варианта реа-; 50лизации предлагаемого способа.Первый вариант реализации основан на использовании скорости затухания волны сжатия. Как уже было сказано, каждый удар по буровой штанге обусловливает в ней появление импульса сжатия, который образует посте 1пенно затухающую волну сжатия, поочередно отраженную от обоих концов штанги. Скорость затухания лучше всего можно наблюдать при изучении огибающей волны сжатия, Волна сжатиязатухает с большей скоростью, еслиувеличить мощность удара и ход штанги в горную породу, На Фиг. 1 и 2показано как изменяется огибающаяволна сжатия в результате изменениямощности подачи бурильной машины:на Фиг, 1 - когда мощность подачи высокая, а на фиг, 2 - малая,Скорость затухания может быть определена, например, в течение временного периода, когда амплитуда импульсов отражения падает ниже заданного опорного уровня. При этом опорный уровень может быть или фиксирован-.ным или составлять определенный процент от амплитуды первого импульса,Другой вариант реализации основанна измерении спектров волн сжатия.На Фиг, 3-6 показаны спектры сжатия,соответствующие, следующим величинам .давлений подачи: 90, 80, 60 и 40 бар.Видно, что условия с избыточным значением подачи обусловливают образование характерного пика в спектре начастоте удара машины, точка которого обозначена отметкой 1 Т (фиг, 3).Условия с недостаточным значениемподачи обусловливают появление соответствующего пика на резонансной частоте буровой штанги, точка которогообозначена отметкой ВТ (Фиг. 5). Если мощность подачи является приемлемой, то спектр будет относительно ровным (Фиг, 4),Для регулирования бурильной машинынет необходимости измерять полныйее спектр, Наиболее интересными участками последнего являются частота удара бурильной машины и резонансная частота или частоты буровой штанги. Регулирование мощности подачи можетбыть основано на указанных частотных составляющих. Однако очевидно,что частоты гармоник резонансных частот буровой штанги или частота ударамогут быть использованы дополнительно,Если в качестве характерных признаков процесса бурения использоватьхарактерные частоты, то спектральныйанализ, предназначенный для их выделения, можно реализовать посредствомряда полосовых Филь. гров. Блок-схема такого устройства (Фиг. 7) содержит детектор 1 волны сжатия, пред 5 159534940 45 50 усилитель 2, усилитель 3, полосовые фильтры 4-7, устройство 8 регулирования. Полосовые фильтры настроены так что фильтр 4 пропускает частоту ударов, фильтры 5 и 6 - резонансные частоты буровой штанги, причем,каждьв". из них пропускает свою частоту, филь тры 6 и 7 пропускают характерные частоты волны сжатия.В общем случае количество фильтров не ограничено. Выходы фильтров соединены с входами устройства 8 регулирования, на которое дополнительно можно подать информацию о других измеряемых параметрах процесса бурения, таких как рабочая частота бурения и т.д. Множество этих дополнительных входов обозначено стрелкой И. Выходы блока регулирования обозначены стрелкой М.Для построения третьего примера рассмотрим возможныеметоды описания волны сжатия. Типичный вид первоначального участка такой волны, образуемой в буровой штанге в результате хода ударного поршня, показан на фиг, 8, где участок А соответствует составляющей волны, распространяющейся к горной породе, а. участок В в . составляющей волны, распространяющейся от горной породы. Форму волны можно характеризовать или множеством ординат ее характерных точек, йли величинами площадей межцу характерными участками волны и нулевым уровнем. Примерами характерных точек могут служить максимальные и минимальные значения Р 1 - Р, в качестве характерных площадей - площади А, - А (Фиг. 8), Величины, соответствующие характерным точкам (площадям) или соотношениям между ними, могут быть использованы в качестве регулируемых параметров процесса бурения. Устройство автоматического регу: лирования (фиг.9), работа которого основана на анализе формы волны сжатия, содержит детектор 1.1 волны сжатия, предусилитель 12, усилитель 13, фильтр 14 шумового сигнала, аналогоцифровой преобразователь 15, управляю- щий процессор 16, Стрелкой Б обозначены дополнительные входы процессо= . ,ра, аналогичные входам устройства ., управления на фиг, 7, а стрелкой М- выход для регулирующих данных, Мо -гжет быть предусмотрено несколько каналов для волны сжатия (на фиг. 9показан один из них),Если необходимо, то анализ и интерпретацию формы волны сжатия можнотакже оставить для бурильщика, В этомслучае должно быть предусмотрено соответствующее устройство отображения."ройство 21 отображения, магазин22 вспомогательных фигур, Устройство 21 отображения синхронизируется сигналом свыхода усилителя 19.Из магазина 22 вспомогательных Фигур бурильщик выбирает эталонную Фигуру согласно требованиям каких-ли 20 бо конкретных условий, сравнивая фор-.му импульса, полученного из устройства отображения с эталонной фигурой, Регулируя управляемые переменные, бурильщик регулирует высвечивае 25 .мую на устройстве отображения Фигуру таким образом, чтобы она точнеесоответствовала эталонной фигуре,Соответствующая эталонная фигура выбирается, например, в зависимости отбурильно 1". ь 1 ашннь:, горной.породь и т.д.Изобретенье также может быть нспол: -зовано в случае, когда измерение выполняют из нескольких точек, а ноэ-току необходимо предварительно обра 35ботать сигналы для получения соответствующей Формы волны на экране устройства отображения, На Фиг.,10 показана лишь одна точка измерения, хотяих может бьггь больше. Формула изобретения 1. Способ оптимизации ударного бурения с помощью бурового оборудования, включающего ударное устройство и буровую штангу с буровой коронкой, основанный на измерении параметров, характеризующих процесс бурения, обработке результатов измерений и формировании управляющих воздействий для одиночных управляющих параметров бурового оборудования или их комбинаций, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности ведения процесса бурения, измеряют волны сжатия, образующиеся в буровой штанге при ее взаимодействии с ударным устройством, при этом измеряют параметры волн сжатия, распространяющихся как,к буровой коронке, так и в обратномнаправлении, задают зталонные значения параметров волн сжатия,а управляющие воздействия формируют на основерезультатов сравнения параметров измеренных волн сжатия с их эталоннымизначениями,2, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что измерение параметров волн сжатия производят по крайней мере в двух точках буровой штанги.3, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что управляющее воздействие формируют на основе результатов сравнения измеряемых скоростейзатухания волн сжатия,4, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что управляющие всз.-, 2 О действия формируют на.основе результатов сравнения измеряемых спектровволн сжатия,5. Способ по п 4, о т л и ч а ющ и й с я тем, что управляющие воздействия формируют на основе резуль"татов сравнения частоты ударов впроцессе бурения и резонансной. частоты буровой штанги по измеренным спектрам волн сжатия,6. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что управляющие воздействия формируют в характерных точках на волне сжатия,7, Способ по пп. 1 и 4, о т л ич аю щ и й с я тем, что управляющие воздействия формируют в.площадях характерных участков спектра волнсжатия1595349 Составитель В.ЛогиноН,Лазаренко Техред М,Дидык ректор Н.Ревск еда аж 48 каз 2841 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор Гагарина, 10 Государственного комитета113035, Москва,Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС35, Раущская наб., д. 4/5