Способ управления процессом алмазного колонкового бурения Советский патент 1993 года по МПК E21B44/00 

Изобретение относится к способам контроля и управления процессом бурения геологоразведочных скважин, в частности к способам управления процессом алмазного колонкового бурения.

Целью изобретения является повышение эф- фективности процесса бурения путем установления оптимальных расходов промывочной жидкости для поддержания рационального теп- лофизического режима работы алмазной коронки и режима очистки забоя скважины от бурового шлама.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что при способе управления процессом алмазного колонкового бурения, включающем измерение параметров процесса бурения (механической скорости бурения Ум, осевой нагрузки Р, частоты

вращения бурового снаряда п, расхода промывочной жидкости Q и затрат мощности на бурение N) задается максимальный эффективный расход промывочной жидкости и в случаэ, если при этом фактическое значение давления промывочной жидкости превысит допустимое, снижают расход жидкости до нормального значения давления, после чего при сохранении аварийной ситуации процесс бурения автоматически прекращается. При этом расход промывочной жидкости с- танавлиааюг в диапазоне допустимых значений, равных теоретическому, определенному аналитическим способом с учетом текущих значений величин механической скорости бурения и частоты вращения бурового снаряда при установившемся технологическом процессе, распознавав00

со о ел ю

Ч

СлЭ

мом по величине осевой нагрузки и затратам мощности.

Эффективная работа алмазного поро- доразрушзющего инструмента возможна в случае поддержания на неизменном уровне процесса алмазного разрушения и беспрепятственного удаления с забоя продуктов разрушения породы (шлама). Эти процессы тесно связаны с режимом промывки, который оказывает на процесс бурения сложное противоречивое воздействие. Так, по данным теоретических и экспериментальных исследований с увеличением расхода промывочной жидкости снижается износ алмазного породоразрушагащего инструмента, ко одновременно с этим в средне- и малоабразивных породах происходит запо- лирование алмазов, уменьшается их вы ступа ние из тела матрицы, что приводит к потере работоспособности коронки. Кроме этого, повышенный расход промывочной жидкости приводит к ряду негативных явлений при бурении трещиноватых пород; интенсификации самозаклинок керна, его повышенному износу, разрушению матрицы обломками породы, гидравлическому подпору колонковой трубы. Снижение расхода промывочной жидкое™ уменьшает действие этих негативных явлений, но может привести к развитию процесса интенсивного теплофизического износа алмазов и матрицы, хотя при заполировании коронок это может способствовать восстановлению их работоспособности. При такой зависимости эффективность технологического процесса бурения от расхода промывочной жидкости очевидна. Очевидна необходимость управления технологическим процессом бурения с целью поддержания нормальных условий работы алмазной коронки, процесса кернообрэзования и устранения аномальных явлений - заполирова- ния алмазов, теплофизического износа коронок, гидроподпоров и самозаклинок керна.

Управление по предлагаемому способу осуществляется в соответствии со следующей зависимостью, полученной опытным путем

Р Рпред

От m(j Vm/n - k),npw

где От-теоретический расход промывочной жидкости;

Vm - механическая скорость бурения;

п -частота вращения бурового снаряда;

k, j, m - константы, определенные опытным путем.

Выбором этих констант (коэффициентов) обеспечивается необходимый теплофизический режим работы алмазной коронки и режим очистки забоя скважины от выбуренного шлама, при этом реализуются наименьшие расходы промывочной жидкости,

что позволяет снизить негативное влияние гидроподпора, а также уменьшить влияние промывки на сохранность керна.

Контроль за выполнение условий Р Рпред. и О Qmin имеет целью предотвращение аварийно опасных ситуаций. В случае невыполнения одного из условий система принимает меры к восстановлению соответствия параметров в рабочей зоне путем снижения расхода промывочной жидкости с последующим возвратом к оптимальному расходу. В случае невозможности ликвидации создавшейся ситуации при невыполнении одного из условий или невыполнении одновременно обоих условий процесс бурения автоматически прекращается с одновременным уходом от аварийного забоя.

Были исследованы различные способы управления промывкой скважины при алмазном колонковом бурении, однако в них не удалось обнаружить признаки и критерия регулирования промывкой по максимальному эффективному расходу промывочной жидкости, определенному аналитическим

способом с учетом допустимого давления промывочной жидкости в скважине, текущих значений величины механической скорости бурения и частоты вращения бурового снаряда при установившемся технологическом процессе, распознаваемому по величине осевой нагрузки и затратам мощности. Описанное служит основанием для вывода, что предложенное техническое решение соответствует критерию существенное

отличие. Достижение положительного эффекта стало возможным за счет того, что при реализации предложенного способа уменьшается число подклинов керна, кроме того, распознается неликвидируемый подклин,

при котором происходит остановка процесса бурения, уменьшается время неэффективного бурения. Также улучшаются условия работы алмазной коронки, следствием чего является повышение проходки на

коронку, производится постоянный анализ наличия предаварийной ситуации с остановкой процесса бурения в случае невоз- можности ее устранения, что снижает психофизическую нагрузку на буровой персонал.

Все это доказывает возможность достижения положительного эффекта при осуществлении предложенного технического решения.

Техническая сущность и принцип дейст- вия предложенного способа регулирования расхода промывочной жидкости поясняются блок-схемой на чертеже.

I Блок-схема устройства для реализации п эедлагаемого способа управления процессом алмазного бурения имеет блоки 1-3 - нзчало цикла управления, блок 4 - установка начального выхода фактических значений параметров за предельные значения, блок 5 - проверка условия Бурение, блок 6| - вывод информационных сообщений о значениях Р и Q, блок 7 - расчет Q теоретического, блоки 8 и 9 - проверка превышения теоретическим расходам предельных значений, блоки 10 и 11 - корректировка расхода, блок 12 - установка фактического расхода, блок 13 -определение выхода фактического значения параметров за критические, блок 1J4 - конец цикла управления, блок 15 - коррекция теоретического расхода, блок 16 проверка выхода теоретического значения ф- за пределы минимума, блок 17 -устэнов- ка расхода.

1 Предложенный способ управления процессом алмазного бурения осуществляемся следующим образом. Устанавливается Начальный расход промывочной жидкости блоком 2, после временной задержки бло- к|ом 3 происходит анализ фактического состояния процесса на предмет выхода за предельные значения параметров. После Этого блоком 5 анализирузтся этап процес- cja, в случае бурения происходит вывод информационного сообщения блоком 6 о текущих параметрах режима бурения, анализ блоками 8 и 9 на выход этого значения за пределы регулирования и установка бло- 10 и 11 расходов промывочной жидкости в случае выхода за ограничение, а блоком 12 при нормальном процессе. После 3JTHX операций цикл управления замыкается. Следующая ветвь блок-схемы начинаясь блоком 13, к которому передается управление блоком 4 в случае выхода текущих значений параметров за предельное значение, блок 13 производит оценку значений параметров и в случае их выхода за критические Значения передает управление блоку 14 на окончание рейса. В блоке 15 производится уменьшение теоретического значения расхода промывочной жидкости и затем проверяется блоком 16 на невыход этого параметра за минимальное значение, В случае не выхода блока 17 устанавливает фактический расход, равный теоретическому, и Замыкает цикл управления. В случае выхода теоретического расхода за нижнее ограничение фактический расход остается прежним.

Данный способ управления процессом бурения позволяет оптимально (в смысле увеличения проходки на коронку и сохранения при этом механической скорости буре- 5 ния) и оперативно устанавливать новые значения расхода промывочнс-й жидкости в реальных условиях бурения геологоразведочных скважин, при смене горных пород учитывать состояние породоразрушающего 0 инструмента, повысить эффективность разрушения пород на забое скважины, контро- лировать появление предаварийных ситуаций, исключает влияние субъективного фактора на технологический процесс бу- 5 рения скважины.

Использование данного способа обеспечивает повышение проходки на коронку, повышение механической скорости бурения, а также снижение психофизических на- 0 грузок на буровой персонал, т.е. улучшение условий труда.

Формулаизобретения

Способ управления процессом алмазного колонкового бурения, включающий из- 5 мерение механической скорости бурения, осевой нагрузки, частоты вращения бурового снаряда, давления и расхода промывочной жидкости и затрат мощности на бурение, изменение расхода промывочной 0 жидкости, осевой нагрузк-1 и частоты вращения бурового снаряда, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса бурения путем установления оптимальных расходов промывочной жидкости 5 для поддержания рационального теплофи- зического режима работы алмазной коронки и режима очистки забоя скважины от бурового шлама, снижение самозаклинивания керна и влияния гидроподпора, анали- 0 тически определяют теоретический расход промывочной жидкости в соответствии с выражением

P PnpeA

QT m(J -Vm/n-k, при

где QT - теоретический расход промывочной

жидкости;

k, j, m - константы, определенные опытным путем; 0 Vm - механическая скорость бурения;

п - частота вращения бурового снаряда;

Р-фактическое значение давления промывочной жидкости;

Рпред. максимально допустимое значе- 5 ние давления промывочной жидкости;

Q -фактическое значение расхода промывочной жидкости;

QMHH - минимально допустимое сначе- ние расхода промывочной жидкости.

задают максимально допустимое значение давления промывочной жидкости и минимально допустимое значение расхода, устанавливают расход промывочной жидкости, подаваемой в скважину, равным теоретическому и сравнивают значение фактического давления промывочной жидкости с максимально допустимым его значением, при этом при превышении значения фактического давления промывочной жидкости максимально допустимого значения снижают расход промывочной жидкости до нормализации давления, значение уменьшенного расхода сравнивают с его минимально допустимым значением и, если значение минимально допустимого расхода превышает значение уменьшенного расхода, процесс бурения прекращают.

Назначение: автоматизация процесса управления бурением геологоразведочных Скважин. Сущность изобретения: в процессе бурения постоянно измеряют технологические режимы: механическую скорость бурения Уф, осевую нагрузку, частоту вращения бурового снаряда п, давление Р и расход Q промывочной жидкости. Аналитически определяют теоретический расход QT промывочной жидкости От - m(j Vm/n - k), при Р Рпред.. Q Qmin, где k, J, m - константы, определенные опытным путем. Задают фактический расход промывочной жидкости Q - От. Задают максимально допустимое значение давления промывочной жидкости Рпред. и минимально допустимое значение ее расхода Qmin. Сравнивают значения фактического давления промывочной жидкости Р с Рпред., при превышении значения Р снижают Q до нормализации Р. Одновременно сравнивают значение уменьшенного расхода промывочной жидкости с Qmin. При превышении Qmin значения уменьшенного расхода процесс бурения прекращают. 1 ил.