Способ распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК E21B47/12 E21B45/00 E21B47/18 

крутящего момента М н давления Р промывочной жидкости датчиками 1-4, Блоком 5 задания порогов устанавливают нижние и верхние пределы значений

нагрузки С момента М

н.зал в. аоА

н. Зет А

М

в. ЗаА

кру- и нижние значения давления промывочной жидкости и механической скорости и. аоА н. зад- Пороговые элементы 6-11 осуществляют операцию сравнени текущих значений параметров с предельными и выдают сигналы С в, 7 С -г Cf з„ , РТ Рн.ЗаА. V

MB. Эс«А М,

г м. эяА Для исклюН. ЪаА

чения влияния флуктуации служит блок 14 задержки. С его выхода и с выходов элементов И 12, 13 и пороговых элементов 10 и 11 сигналы поступают на элементы 15-18 первого блока элементов И. Второй блок 19 элементов 11, подключенньй к выходам первого блока элементов И, выдает результирующий сигнал о встрече с пластом на сигнализатор 20 и реле 21 прекращения бурения в случае присутствия всех сигналов с датчиков и нахождении их значений н указанных пределах. 2 с.п. 5 ф-лы, 1 ил.

0

Изобретение относится к горной технике и может быть использовано при проведении поисков разведки угольных месторождений. Целью изобретения является повышение точности и надежности распознавания момента встречи пласта. Способ включает операцию измерения текущих значений осевой нагрузки C_т, механической скорости V_т, крутящего момента M_т и давления P_т промывочной жидкости датчиками 1-4. Блоком 5 задания порогов устанавливают нижние и верхние пределы значений осевой нагрузки C_н.зад, C_в.зад, крутящего момента M_н.зад, M_в.зад, и нижние значения давления промывочной жидкости и механической скорости P_н.зад и V_н.зад. Пороговые элементы 6-11 осуществляют операцию сравнения текущих значений параметров с предельными и выдают сигналы C_в.задΣ_тΣ_н.зад, M_в.зад*98M_т*98M_н.зад, P_тρ_н.зад, V_т*98V_н.зад. Для исключения влияния флуктуаций служит блок 14 задержки. С его выхода и с выходов элементов И 12, 13 и пороговых элементов 10 и 11 сигналы поступают на элементы 15-18 первого блока элементов И. Второй блок 19 элементов 11, подключенный к выходам первого блока элементов И, выдает результирующий сигнал о встрече с пластом на сигнализатор 20 и реле 21 прекращения бурения в случае присутствия всех сигналов с датчиков и нахождении их значений в указанных пределах. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной технике, к средствам и устройствам для сигнализации момента перехода породоразрушакщего инструмента из пород кровли в уголь в процессе бурения разведочных скважин и может быть использовано при проведении поисков и разведки угольных месторождений.

Цель изобретения - повышение точности и надежности распознавания момента встречи пласта.

На чертеже представлено устройство, реализугацее данньв1 способ.

Устройство содержит датчики 1-4 осевой нагрузки, -механической скорос

ти крутящего момента и давления промывочной жидкости, блок 5 задания порогов, пороговые элементы 6-11, первый 12 и второй 13 элементы И, элемент 14 задержки, первьй блок элементов И из четырех элементов ISIS, второй блок 19 элементов И, сигнализатор 20 и реле времени 21, при этом датчики 1-А и блок 5 задания порогов подключены к соответствукщим пороговым элементам 6-11, два из которых подключены к элементу задержки 14 непосредственно, а остальные через элементы И 12 и 13, причем выходы элементов И 12 и 13, элемента задержки 14 подключены к первому бло- ку элементов И 15-18, выходы которого соединены с входами второго блока. 19 элементов И, который подключен к сигнализатору 20 и реле времени 21.

Способ реализуется следующим об- разом.

Пусть пЬродоразруШаю|ций инструмент (буровая коронка) работает в породах кровли угольного пласта. Датчики 1-4

0

5

0

5

0

5

Q

(фиг. 1) осевой нагрузки С, скорости бурения V, крутящего момента М и давления промывочной жидкости Р в нагнетательной магистрали, установленные на поверхности, фиксируют контролируемые параметры и преобразуют их в электрические сигналы. Так как породы кровли угольных пластов обычно представлены песчаниками, алевролитами, аргиллитами, имеющими физико- механические свойства, которые определяют категорию по буримости, превосходящие аналогичные свойства угля, параметры режима бурения для каждого конкретного месторождения будут иметь одни и те же значения, т.е. С, V , М, РТ с небольшими отклонениями. Изменения в процессе бурения претерпевают, в основном, только крутящий момент с возрастанием глубины скважины, угла ее наклона, а также с изменением осевой нагрузки. Последняя, как правило, изменяется в том случае, когда в кровле какого-либо отдельного пласта располагаются породы значительно более ВЫСОК.ОЙ категории.

С глубиной также постепенно возрастает давление промывочной жидкости. Таким образом, если задать опре- деленньм уровень для каждого параметра, то при бурении Б кровле пластов угля осевая нагрузка и крутящий момент будут превьппать уровни, а значение механической скорости и давления промывочной жидкости будут располагаться ниже уровней, т.е. ,

-. ЬОА Р, Р5С.АВ момент перехода породоразрушаю- щего инструмента из кровли в угольный пласт, из среды твердой в среду

5

мягкую, происходят установленные мно голет 1им производственным опытом уг- леразнедочных организаций следующие средние изменения параметров режима бурения: С - осевая нагрузка уменьшается на 3-5 кН; М - момент уменьшается на 100-200 Р1м; V - механическая скорость возрастает (в 2 и более раз) до 4,0 - 15 м/ч; Р - давление промывочной жидкости возрастает в 1,5-2 раза более,

Уведичение давления промывочной жидкости обусловлено уменьшением пропускной способности промывочных кана лов коронок, особенно алмазных, в момент внедрения в уголь по причине резкого увеличения выбуренного керна в объеме при его разрушении (коэффициент объемного расширения угля при разрушении - 1,5). Следовательно, соотношения указанных параметров относительно их базовых уровней изменяются и будут выглядеть следующим образом: С.,;С,„д ; ,; V, 7

V V

InA

; р

За 4

Значения параметров С и М уменьшились относительно верхнего предела Р и V - увеличились. Выполнено уело- вие определения момента встречи . угольного пласта по характерному изменению четырех технологических параметров режима бурения. Возможно, что изменение одного из параметров будет недостаточным для преодоления порогового уровня, например, при бурении ребристыми коронками (типа М-5) давление промывочной жидкости может не увеличиваться, тогда вывод о встрече пласта будет следан на базе трех параметров,

В устройстве для реализации спосо .ба сигналы с датчиков 1-4 сравниваются с заданными уровнями в пороговых элементах 6-11, После прохождения блока задержки, где сигналы очищаются от случайных изменений параметров они поступают в блок элементов И, который при наличии необходимого коли- честна единиц сигналов на входе формирует на выходе команду в блок сигнализации. Раздается световой и звуковой сигнал, свидетельствующий о встрече угольного пласта, Пареллель- но команда подается на реле времени, которое через определенное количество секунд отключит привод подачи и вращения бурового снаряда.

616

Устройство работает следующим образом.

На основании опытно-технологических работ по изучению характера изменения параметров режима бурения АС, Ш, V, Л (средние значения) в переходной зоне порода - уголь, проведенных на данном месторождении с использованием комплесных приборов для измерения и регистрации параметров процесса бурения, например, ЮТС-613, и регистратором РУМБ-1 с детализированной записью величины крутящего момента в интервале О - 1000 Нм (относительно величин V, Р, С, М с определенным для конкретного месторождения допуском вычисляются нижние пороговые значения параметров V и Р„. ЗСХА также соответствующие им верхние пороговые значения и Mpjci/ - Учитывая среднюю величину изменения параметров С и М в момент перехода инструмента из породы в уголь, определяются нижние пороговые значения

Сн.зад f H.-.c,A АС С,; аН М - М,; dV V - V ; и , ,

При этом вьдерживаются граничные словия:

В Зад 1 ЛМ(Н « В. ЭОА 1 Си Cj « и.

мин f

M. зиА

2 MOKCi

и зад 1 МОКС н.ЗОЛ iMOKC

ДЛЯ исключения ложных сигналов в момент расхаживания инструмента при подклиниваниях и др, Пороговые значения устанавливаются на блоке 5, Цена деления параметра М на задающем блоке в интервале 0-1000 Нм не ниже 2 Им. параметра С - 500 Н, параметра V - 1 м/ч (такая единица измерения принята при измерении V на всех геолого-разведочных контрольно-измерительных приборах), параметра Р - 0,2 МПа,

Сигналы с датчиков 1-4 технологических параметров поступают на пороговые элементы 6-11, С выхода пороговых устройств через элементы И 12 и 13 проходят сигналы о нижних и верхних значениях с пороговых элементов 6, 7 и 8, 9 параметров С и М, С выходов элементов 12, 13, 10 и 11 сигналы поступают в блок 14 задержки и параллельно на входы элементов И (15-18), на другие входы которых подаются сигналы с вькода блока 14 задержки. Таким образом, с выхода элементов 15-18 снимаются сигналы параметров С, М, V, Р, характерные для момента входа породоразрушащего инструмента в уголь из пород кровли, очищенные от случайных флуктуации, т.е. четыре логические единицы, или меньше, если по какой-либо причине сигна о параметре не удовлетворит пороговые условия в период времени, опре- деленньв блоком задержки,

Исследованиями установлено, что параметры С, М, V, Р в момент перехода инструмента из пород кровли в уголь изменяются не одновременно, а в определенной последовательности, которая зависит от физико-механических свойств пород кровли и верхней части пласта, угла падения пород, в месте контакта, глубины скважины, соотношения диаметра скважины и диа- метра буровой колонны, способа создания осевой нагрузки, вида промывочной жидкости и ее параметров, вида породоразрушающего инструмента, а также количества, глубины и характе- ристик зон поглощения (или притока) промывочной жидкости и др. Зафиксированы размеры переходных зон, в которых изменяются все параметры С, М, V, Р (по времени и по приращению глубины скважины), Для скважин глубиной 0-700 М временная зона меняется в одних и тех же условиях от 4 до 17 с, что соответствует интервалу бурения 0,02 - 0,3 м.

С выхода элементов 15-18 сигналы поступают в блок 19 элементов И. При помощи блока 5 задания порогов контролируемых параметров изначально задается та или иная программа (в за- висимости от конкретных условий месторождения и сложности определения момента встречи пласта угля) для срабатывания устройства.

Устройство может работать по четы рем программам.

Программа I, Сигнал о встрече пласта угля формируется на основании характерных изменений параметра V, т.е. устройство работает как сигна- лизатор, основанный на изменении толко механической скорости бурения. В каналах сигналов С, М, Р искусственно формируются логические единицы.

Программа II. Сигнал о встрече угля формируется на основе характерных изменений параметров V и С в условиях, где достижения механической скорости вьше порогового уровня не

Q

п 5

О

5

л 5

5

достаточно для однозначной трактовки ситуации. В каналах сигналов М и Р искусственно формируются логические единицы.

Программа III. Сигнал о встрече угля формируется на основе характерных изменений трех параметров в условиях, более сложньк для целей решения поставленной задачи, чем I и II. Программа реализуется двояко: путем подачи сигналов V, С, М (искусственная логическая единица в канале Р), - путем подачи сигналов V, С, Р (искусственная логическая единица в канале М).

Программа IV. Она предусматривает наличие действительных логических единиц на входе в блок 19 во всех четьфех каналах и предназначена для условий, в которых изменяются в момент встречи пласта все параметры. Программа реализуется путем непрерывного измерения всех параметров V, С, М, Р и дальнейшей обработки сигналов по всем каналам. I

В зависимости от конкретных геолого-технических условий в программах II и III могут быть задействованы комбинации сигналов других каналов, изменение которых в данных условиях выше (ниже) порогового уровня в момент встречи угольного пласта более вероятно.

При наличии сигнала на выходе блока 19 блок сигнализации 20 подает световой и звуковой сигнал у рабочего места машиниста буровой установки. Параллельно выдается команда на реле времени 21, которое размыкает через определенное время свои контакты в цепи управления приводом подачи и вращения бурового станка для предупреждения разрушения верхней части угольного пласта при недостаточно четкой реакции машиниста буровой установки.

Формула изобретения

ностн распознавания момента встречи, дополнительно измеряют текущее значение крутящего момента ГЦ, задают нижние и верхние пороги значений измеряемых параметров РИ.-sa , VH. д,

Н.ЭСТД В.эад и. СХА в. ЗПА

сравнивают значения механической скорости и давления промывочной жидкости с нижними пределами, а крутящего момента и осевой нагрузки - с нижними и верхними пределами, фиксацию момента встречи угольного пласта производят по одновременному превышению сигналов дангтения промывочной жидкости РТ PU, . и механической скороеИ -эет А

ти V V нижних уровней и нахождение осевой нагрузки Cg Су5д,и крутящего момента ,„.7 зо(А заданных пределах.

2, Устройство для распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин, содержащее блок задания порогов, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих пороговых элементов, датчики механической скорости, осевой нагрузки и давления промывочной жидкости, выходы которых соединены с вторы10

9026110

ми входами соответствующих порого- вых элементов, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности и надежности распознавания момента встречи, в него введены блок сигнализации и реле времени,.первый и второй блоки элементов И, блок задержки, первый и второй элементы И, пороговый элемент крутящего момента и датчик крутящего момента, выход которого соединен с первыми входами пороговых элементов верхнего и нижнего значений крутящего момента, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока задания порогов, выходы пороговых элементов нижнего и верхнего значений крутящего момента и осевой нагрузки соединены с входами первого и второго элементов И соответственно, выходы которых и выходы пороговых элементов механической скорости и осевой нагрузки соединены непосредственно и через элемент задержки с соответствующими входами первого блока элементов И, выходы которого через второй- блок элементов И соединены с входом блока сигнализации и реле времени.

15

20

25