Способ управления процессом бурения взрывных скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B44/02 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к автома:г тизации процесса ращательного бурения вз ялвных скважин.

известен способ удравления про-- . цессом бурения, основанный наорегулировании параметров режима бурения в зависимости от меняквдихся условий проходки скважин Cl.

Однако этот способ не позволяет производить нахо;кдение оптимального режима с высокой точностью вследствие того,, что в устройство для осуществления оптимизации вводят извне постоянные коэффициенты (моторесурс, постоянную величину поддерживаемой мощности.и т.п.), которые не обеспечивают быстродействия вследствие попеременного поиска каждого из параметров режима бурения (частоты вращения долота, осевой нагрузки на долото и т.п.).

Известен способ для оптимизации буровых работ, в котором оптимальные значения параметров режима находят последовательно по отношениям скорости бурений к частоте вращения, оСрвой нагрузке, количеству промывочной жидкости 2.

Этот СПОСС56 не позволяет вести быстрый и точный поиск оптимальных значений параметра режима, так как с еро. помощью может осуществляться .поиск методом последовательных приближений значений этих параметров к их оптимсшЬным величинам, вследствие чего он не обеспечийает такхсе, в сложных условиях бурения, точности опти10мизации. ..

Известен также.способ определения режима работы долота в скважине по отнсчиению вращающего момента на долоте к механической скорости буре-... 15 ния 3. ,.

. Однако известный способ не позволяет определять режим бурения, так как связан с усреднением контролируемых параметров.

Целью изобретения является повышение быстродействия поиска и увеличенйе точ.ности нахождения оптимальных . значений параметров режима.

Указанная цель достигается тем,

25 что согласно способу определяют величину осевой нагрузки на долото по максимуму отношения текущего .значения углубления долота за один оборот его вращения к удельному значению крутя30щего момента на долоте, а оптимальное значение частоты вращения долота находят по обратной зависимости от осе вой нагрузки, причем эту зависимость вводят в систему управления и коррек тируют ее в процессе поиска оптималь ного режима по указанному максимуму зависимости от частоты вращения долота. На фиг.1 показаны графики изменения показателей бурения в функции ,. осевой нагрузки. Р; на фиг,2 - пример )воз1иожной функциональной схемы устро ства управления процессом бурения, основанного на предлагаемом способе. Показанные на фиг.1, в функции осевой нагрузки Р, зависимости углубления L-1 бурового долота, момента х-2 на долоте, удельного момента Р.-З на единицу осевой нагрузки, отношения h-4 углубления 1 долота к удельному моменту 3 получены при экспериментальном бурении станками 2СБШ-200 на,угольных разрезах. Харак тер рассмотренных зависимостей при бурении в других условиях остается тем же. Изображенные на фиг,1 зависимости показывают, что имеется значение осе вой нагрузки Р, при котором отношение h углубления долота за один оборот его вращения к удельному моменту .fL на этом долоте максимально. При этом наблюдается высокое значение са мого углубления h и низкое значение удельного момента а. Дальнейшее увеличение осевой нагрузки Р не приводит к значительному увеличению углуб ления h, но увеличивает удельный момент /t и расход энергии на бурение. Для разных условий бурения (разных пород, долот, режимов бурения) значе ние осевой нагрузки Р, при котором величина отношения 4 максимальное, различно. .Как показывают исследования, оптимальное по максимум отношение 4 значения осевой нагрузки Р оптимально также и по минимуму себесто имости бурения. Для различных частот W вращения бурового инструмента отношение 4 также имеет точки максимума, а оптимальные значения частоты W вращения зависят от свойств горных пород и долот. . Характер рассмотренных соотношени позволяет осуществлять способ управления процессом бурения путем поиска оптимальных величин параметров бу рения, для чего может использоваться система управления, показанная на фиг.2. Буровой станок 5 снабжен датчикам 6углубления бурового долота за один оборот вращения и удельного момента. 7на долоте. Выходы этих датчиков . подключены к вычислительному устройству 8. Выход вычислительного устрой ства 8 через экстремальный регулятор 9 подключен к функциональному преобразователю 10. Первый выход преобра- зователя 10 подключен ко входу регулятора 11 нагрузки, второй его выходк регулятору 12 частоты вращения, в функциональный преобразователь 10 . введена постоянная величина К, определяющая его настройку. Способ управления процессом бурения о.снован на непрерывном регулиро- вании параметров режима бурения в зависимости.от.меняющихся условий проходки скважин, при котором опти-. мальное значение осевой нагрузки Р определяют путем ее регулирования по максш1уму отношения текущего значе,ния углубления L долота за один оборот его вращения, вычисляемого датчи-ком б углубления, к удельному значению крутящего момента на долото, вычисляемому датчиком 7 удельного момента, причем это .отношение определяют с помощью вычислительного устройства 8. Регулирование осевой нагрузки Р может производиться вручную, либо с помощью экстремального регулятора 9. Оптимальное значение частоты w вращения долота находят по обратной пропорциональной зависимости от осевой нагрузки. Для этой цели может быть применен функциональный преобразователь 10, с .выходов которого снимаются сигналы ulyj. Up для регулирования частоты w вращения-и осевой нагрузки Р. Постоянная К функционального преобразователя 10, вводимая заранее, корректируется в процессе поиска оптимального значения частоты вращения также по .максимум отношения углубления бурового долота к- удельному моменту (tmax) . . , Применение изобретения обеспечивает безвибрационный режим бурения, ликвидирует работу с превышением момента вращения выше нормы. Экономический эффект от применения буровых станков, оборудованных устройствами, осушествля$ощими предлагаемый способ, составляет 12-15 тыс .руб. на один буровой станок в год. Формула изобретения Способ управления процессом бурения взрывных скважин, включающий непрерывный контроль и регулирование режимных параметров в процессе буреjjHH, отличающийся тем. что,с целью увеличения быстродействия и пов.ьшения точности определения оптимальных значений параметров процесса, бурения, определяют величину осевой нагрузки на долото по максимуму Отношения текущего значения углубления долрта за один оборот его вращения к удельному значению крутящего момента на долоте, а оптимальное знанение частоты вращения долота находят по обратной зависимостн от осевой нагрузки, причем эту зависимость вводят в систему управления и корректируют ее в процессе поиска оптимального режима бурения по указанному меск симуму в зависимости от частоты вращения долота. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 479866, кл. Е 21 В 44/00, 1969. 2.Куликовский Л.Ф. и Ушмаев В.И. Информационно-измерительные системы для управления процессом бурения.М., Недра, 1972, с,8-12. 3.Авторское свидетельство СССР 2798160/22-03, кл. F 21 В 44/00,

/

лхЯГ ,iffnfj,n,mf ii,

ISOISЙН

«9

5I

4Ч.

Iff.

ZJ- a