Способ определения коэффициента разрушения при бурении Советский патент 1992 года по МПК E21B10/00 

Изобретение относится к способам оценки эффективности процесса бурения и может быть применено в системах управления процессом бурения, а также при проектировании породоразрушающего бурового инструмента для оценки его конструкции.

Известен способ определения коэффициента разрушения как отношения удельной силы резания т к твердости Р горной породы

0)

Способ применим при бурении мягких горных пород, когда алмазы работают как резцы. В этом случае можно определить величины г и Р. При известной площади контакта резца SKp и числе резцов буровой коронки m разрушающая сила определяется по формуле

г S

кр

(2)

Этот способ не может быть применим при бурении твердых горных пород, когда процесс бурения представляет собой не процесс резания, а последовательность отдельных разрушений (взрывов) под алмазами, производящими деформации разрушения. Число таких алмазов та много меньше числа торцовых алмазов, размещенных по окружности бурового инструмента

та« т

При бурении твердых горных пород разрушающее усилие определяется по формуле

ч

00

I

о

РбшГПа8 СТск

(3)

где та - число активных алмазов, производящих разрушение;

S - площадь разрушаемой горной породы по контактной поверхности алмаза;

7ск - сопротивление горной породы скалыванию.

Однако вычислить значение разрушающего усилия по формуле (3) практически невозможно, так как невозможно определить величины ma, S и (7Ск, а следовательно, невозможно точно определить коэффициент разрушения горной породы.

Наиболее близким аналогом является способ определения разрушающего усилия Рб как разности между тангенциальным усилием FT и силой трения Ртр

Рб Рт-Ртр

Тогда коэффициент разрушения можно определить как разность между коэффициентом сопротивления бурению ft п и коэффициентом трения ft на забое скважины по формуле

ft б-Рб/Р п- /«л -ft

Сущность способа заключается в том, что измеряют забойную мощность N3 и определяют коэффициент сопротивления бурению по формуле

/ n N3/F2jrrn,

где г - средний радиус бурового инструмента;

п - частота вращения бурового инструмента.

Затем определяют коэффициент трения на забое скважины по известной зависимости

fit fl ± А,М

Если погрешности измерения равны А/ , то измеренное значение коэф- 5 фициента разрушения будет

10

Цб (МП ± А//п) - (JM ± А/)

- (fin -ft) ±2 Aft

(8)

Так как значения /г п и // при бурении соизмеримы, то значение /г б в этом случае становится соизмеримо с погрешностью измерения ± 2 Л/ . Чтобы получить точное

15 значение ft б, необходимо проводить серию измерений и определять точное среднее значение. Трудоемкость определения коэффициента разрушения горной породы известным способом и низкая точность

20 разовых измерений являются поводом для его совершенствования.

Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента разрушения за счет получения дополнительной

25 информации, заключающейся в том, что после измерения осевой нагрузки измеряют величину углубки бурового инструмента за один его-оборот.

Сущность способа заключается в том,

30 что измеряют не непосредственно разрушающее усилие Рб, а реакцию на его воздействие, а именно объем W разрушения горной породы за один оборот

IA/ с k А Рб 2 тгг

W 5з Ьоб -д- -л

Ауд луд

(9)

Изобретение относится к способам оценки эффективности процесса бурения и может быть применено в системах управления 2 процессом бурения, а также при проектировании породоразрушающего бурового инструмента для оценки его конструкции и позволяет повысить точность определения коэффициента разрушения за счет получения дополнительной информации. Это достигается тем, что после измерения осевой нагрузки измеряют величину углубки бурового инструмента за один его оборот, а коэффициент разрушения определяют из выражения ,2 105 Ьоб/F, где5,2 105- коэффициент пропорциональности, даН/м; Ь0б - величина углубки бурового инструмента за один оборот, м; F - осевая нагрузка на буровой инструмент, даН.

„ SjoicVn Р 2лг SK Рп 60

где ST площадь торца бурового инструмента;

а к - эквивалентная твердость торца алмазного бурового инструмента;

SK - элементарная площадь разрушения торца матрицы алмазного бурового инструмента;

VM- скорость износа алмазного бурового инструмента.

Недостаток этого способа определения коэффициента разрушения - низкая достоверность единичного измерения. Это объясняется тем, что измеренные значения ц п и ft имеют погрешности измерения ± Л,ы п и ±Л/ соответственно. Тогда измеренные значения можно записать в виде

ftn п ± ,

40

45

где А - работа, затрачиваемая на разрушение объема W горной породы;

8з - площадь забоя скважины;

Ьоб - углубка бурового инструмента за один оборот;

Ауд - удельная работа разрушения горной породы.

Из выражения (9) следует, что при постоянных значениях 5з, г, Ауд величина углубки бурового инструмента за один оборот пропорциональна усилию разрушения Рб.

50

Ре

(Ю)

Тогда выражение (5) для определения коэффициента разрушения примет вид

55

ft ho6/F

(11)

По экспериментальным данным был определен коэффициент пропорциональности К.

,2 -105даН/м.

Таким образом, коэффициент разрушения при бурении представляет собой нормированную по осевой нагрузке углубку бурового инструмента за один оборот.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Измеряют механическую скорость бурения и частоту вращения бурового инструмента. Углубку за один оборот инструмента определяют как результат деления механической скорости бурения на частоту враще- ния бурового инструмента. Затем определяют величину коэффициента разрушения по формуле

,2 105-ho6/F

Годовой экономический эффект от использования предлагаемого способа составит примерно 0,12 руб/м.

Формула изобретения

10

15

20

Способ определения коэффициента разрушения при бурении, включающий измерение осевой нагрузки на буровой инструмент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента разрушения за счет получения дополнительной информации, после из- мерения осевой нагрузки измеряют величину углубки бурового инструмента за один его оборот, а коэффициент разрушения определяют из выражения

,2 105-ho6/F,

где5,2 105-коэффициентпропорциональности, даН/нм;

Ьоб - величина углубки бурового инструмента за один оборот, м;

F - осевая нагрузка на буровой инструмент, даН.