Способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин Советский патент 1986 года по МПК E21B47/00 E21B49/00 E21B47/12 

i

Изобретение относится к области буровзрывных работ и предназначено для определения свойств горных пород на основе информации, получаемой непосредственно в процессе бурения скважин.

Целью изобретения является повышение точности определения.

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В процессе бурения скважины породоразрушающий инструмент пересекает породы, различные по структурнопрочностным свойствам. Изменение свойств пород приводит к изменению сопротивления, преодолеваемого породоразрушаннцим инструментом, что соответственно вызывает изменение амплитуды тока двигателя вращателя бурового става, Экспериментальным путем установлено соответствие между величиной амплитуды низкочастотной составляющей тока и значением крепости пород (табл. 1),

Таблица

1263832

Продолжение табл.1.

Для определения типа пород выде-. ляют низкочастотную составляющую тока двигателя вращателя и сравнивают С экспериментально установленным соотношением между величиной амплитуды

низкочастотной составлякмцей тока и значением крепости пород и по результатам сравнения определяют тип породы.

В процессе бурения трещиноватых пород при пересечении трещин породоразрушающим инструментом происходит его кратковременное заклинивание, что приводит к резкому увеличению

нагрузки на двигатель вращателя бурового става и соответственно к появлению бросков тока высокой частоты. Поэтому для оценки трещиноватости пород выделяют высокочастотную составляющую тока двигателя вращателя и регистрируют броски тока в пределах одного слоя. По отношению количества бросков тока к мощности слоя определяют трещиноватоеть горных ;

пород.

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе бурения при углублении буровой Штанги 1 в горную породу ток двигателя.вращателя бурового става с датчика тока 2 одновременно подается на вход фильтра 3 низких частот и вход фильтра 4 высоких частот.

3

Фильтром 3 низких частот выделяется низкочастотная составляющая тока, которая поступает на вход аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 5, С помощью АЦП 5 измеряют амплитуду низкочастотной составляющей и преобразуют ее в числовые значения. Затем значения измеренной амплитуды поступают в элементы сравнения 6, где сравниваются с ранее экспериментально установленными (см. табл. 1) В результате сравнения на первый вход ключа 7 поступает значение крепрсти пробуренной горной породы.

Одновременно с фильтром 4 высоких частот выделяется высокочастотная составляющая тока двигателя вращателя, которая поступает на вход порогового элемента 8, С помощью порогового элемента 8 фиксируются броски тока, которые затем регистрируются счетчиком импульсов 9. Информация о количестве бросков тока поступает на вход ключа 10.

По достижении буровой штангой 1 глубины 0,5 м и затем через каждые полметра сигнал с датчика 11 глубины поступает на вторые входы ключей 7,10 и на блок регистрации 12. В результате ключи 7,10 открываются и пропускают информацию на блок регистрации 12,

Таким образом, блоком регистрации 12 фиксируется глубина бурения через 0,5 м, значение крепости пород и количество бросков тока высокочастотной составляющей, приходящихся на каждые полметра глубины.

По зафиксированным данным определяется мощность однородных по крепости слоев и по отношению количест.ва бросков тока, приходящихся на слой, к мощности слоя определяется трещиноватость.

Пример, Способ был опробован при определении свойств горных пород в процессе бурения взрывной скважины глубиной 10 м на блоке № 1772,

Перед началом бурения датчик 11 глубины был настрое н таким образом.

638324

чтобы сигнал с датчика 11 поступал

через каждые 0,5 м глубины бурения. Кроме того, в элемент сравнения 6 были занесены экспериментально уста5 новленные соотнощения величин амплитуд низкочастотной составлякнцей тока к определенным значениям крепости (см, табл, 1),

После начала бурения буровая щтан10 га I начала углубляться в горный массив, при этом ток двигателя вращателя бурового става с датчика тока 2 одновременно поступал на входы фильтров низких 3 и высоких 4 частот,

15 С выхода фильтра 3 низких частот низкочастотная составляющая тока поступает на вход АЩТ 5. С помощью АЦП 5 амплитуда низкочастотной составляющей измеряется и преобразует20 ся в числовое значение, которое поступает в элемент сравнения 6, В результате сравнения на первый вход ключа 7 поступает значение типа породы,

25 Одновременно с фильтра 4 высоких частот высокочастотная составляющая тока поступает на вход порогового элемента 8, с помощью которого были выделены броски тока, зафиксирован30 ные затем счетчиком импульсов 9. Информация о количестве бросков тока поступает на первый вход ключа 10,

В момент достижения буровой штангой глубины 0,5 м сигнал с датчика глубины 11 поступил на вторые входы ключей 7,10 и на блок регистрации 12, Блоком регистрации 12 было зафиксировано значение глубины бурения, равное 0,5 м, значение крепости породы, равное 3, и количество бросков тока, равное 1, Кроме того, сигналом с выхода ключа 10 счетчик импульсов 9 был сброщен в О.

В процессе дальнейшего бурения 5 скважины до глубины 10 м описанные процессы повторялись через каждые 0,5 м. После окончания бурения был проведен анализ зафиксированных данных, результаты которого сведены в табл, 2,

Таблица 2

2,5

4,5

3,0

3,2 Мергель

О 1 О

61,3 Известняк

О 1

2 3 2 2 3 3

15

5,0 Мергель

7

Как видно из табл. 2, при бурении скважины до глубины м величина тока низкочастотиой составляющей находилась в пределах 84,086,0 А, что соответствует крепости 3, количество бросков тока высокочастотнрй составлякнцей 8, Трещиноватость, которая определяется отношением количества бросков к мощности слоя, составила 3,2 м. Исходя из значений крепости по табл. , был определен тип пород, в данном случае - мергель. При бурении скважины с 2,5 до 7 м глубины величина амплитуды низкочастотной срставлякицей находилась в пределах 97 - 99 А, что соответствует крепости 6. Количество бросков тока высокочастотной составляющей 6. Трещиноватость составила 1,33 м , тип пород -. известняк,

В процессе бурения скважины с 7 |до 10 м величина амплитуды низкочастотной составляющей находилась в пределах 85 - 86А, что соответствует

638328

крепости 3. Количество бросков тока было равно 15. Трещиноватость составила 5,0 м , тип пород - мергель.

Таким образом, были выделены-од5 нородные по крепости слои пород, определено значение крепости и трещиноватости. Кроме того, как видно из табл. 2, однородные по типу слои резко различаются по трещиноватос10 ти пород, что имеет существенное значение в процессе ведения буровзрывных работ.

Информация о свойствах пород, полученная данным способом, была непосfS редственно использована при.расчете параметров взрывной отбойки, таких как удельный расход ВВ, сетка скважин. Кроме того, при слоистом залегании горных пород, получив данным

0 способом информацию о мощности слоя пород, крепости и трещиновагости, можно применять рациойальную конструкцию заряда с переменной плотностью ВВ.