RU1838599C - Method to control process of diamond core drilling - Google Patents

Abstract

Назначение: автоматизаци  процесса управлени  бурением геологоразведочных Скважин. Сущность изобретени : в процессе бурени  посто нно измер ют технологические режимы: механическую скорость бурени  Уф, осевую нагрузку, частоту вращени  бурового снар да п, давление Р и расход Q промывочной жидкости. Аналитически определ ют 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 давлени  промывочной жидкости Рпред. и минимально допустимое значение ее расхода Qmin. Сравнивают значени  фактического давлени  промывочной жидкости Р с Рпред., при превышении значени  Р снижают Q до нормализации Р. Одновременно сравнивают значение уменьшенного расхода промывочной жидкости с Qmin. При превышении Qmin значени  уменьшенного расхода процесс бурени  прекращают. 1 ил.Purpose: automation of the process of managing the drilling of exploration wells. SUMMARY OF THE INVENTION: During the drilling process, the technological conditions are constantly measured: mechanical drilling speed UF, axial load, rotational speed of the drill bit n, pressure P and flow rate Q of flushing fluid. The theoretical flow rate QT of the washing liquid is determined analytically From - m (j Vm / n - k), at P Pred .. Q Qmin, where k, J, m are experimentally determined constants. Set the actual flow rate of the flushing fluid Q - From. The maximum permissible value of the flushing fluid pressure Ppred is set. and the minimum allowable value of its flow rate Qmin. The values of the actual pressure of the flushing fluid P are compared with Pred. If the P-value is exceeded, Q is reduced to normalize P. At the same time, the value of the reduced flushing fluid flow rate is compared with Qmin. When Qmin is exceeded, the reduced flow rates stop the drilling process. 1 ill.

Description

Изобретение относитс  к способам контрол  и управлени  процессом бурени  геологоразведочных скважин, в частности к способам управлени  процессом алмазного колонкового бурени .The invention relates to methods for monitoring and controlling the drilling of exploration wells, in particular to methods for controlling a diamond core drilling process.

Целью изобретени   вл етс  повышение эф- фективности процесса бурени  путем установлени  оптимальных расходов промывочной жидкости дл  поддержани  рационального теп- лофизического режима работы алмазной коронки и режима очистки забо  скважины от бурового шлама.The aim of the invention is to increase the efficiency of the drilling process by establishing optimal flushing fluid flow rates in order to maintain a rational thermophysical mode of operation of the diamond core and a mode of cleaning the bottom of the hole from drill cuttings.

Поставленна  цель достигаетс  благодар  тому, что при способе управлени  процессом алмазного колонкового бурени , включающем измерение параметров процесса бурени  (механической скорости бурени  Ум, осевой нагрузки Р, частотыThis goal is achieved due to the fact that with the method of controlling the diamond core drilling process, including measuring the parameters of the drilling process (mechanical drilling speed Um, axial load P, frequency

вращени  бурового снар да п, расхода промывочной жидкости Q и затрат мощности на бурение N) задаетс  максимальный эффективный расход промывочной жидкости и в случаэ, если при этом фактическое значение давлени  промывочной жидкости превысит допустимое, снижают расход жидкости до нормального значени  давлени , после чего при сохранении аварийной ситуации процесс бурени  автоматически прекращаетс . При этом расход промывочной жидкости с- танавлиааюг в диапазоне допустимых значений , равных теоретическому, определенному аналитическим способом с учетом текущих значений величин механической скорости бурени  и частоты вращени  бурового снар да при установившемс  технологическом процессе, распознавав00rotation of the drill bit n, the flow rate of the flushing fluid Q and the power consumption for drilling N) the maximum effective flow rate of the flushing fluid is set, and if the actual value of the flushing fluid pressure exceeds the permissible value, the fluid flow rate is reduced to the normal pressure value, and then, while maintaining in an emergency, the drilling process automatically stops. At the same time, the flow rate of flushing fluid is set in the range of acceptable values equal to the theoretical one determined by the analytical method, taking into account the current values of the mechanical drilling speed and the rotational speed of the drill bit during the established technological process, recognizing

со о ел юo o e yu

ЧH

СлЭSLE

мом по величине осевой нагрузки и затратам мощности.in terms of axial load and power consumption.

Эффективна  работа алмазного поро- доразрушзющего инструмента возможна в случае поддержани  на неизменном уровне процесса алмазного разрушени  и беспреп тственного удалени  с забо  продуктов разрушени  породы (шлама). Эти процессы тесно св заны с режимом промывки, который оказывает на процесс бурени  сложное противоречивое воздействие. Так, по данным теоретических и экспериментальных исследований с увеличением расхода промывочной жидкости снижаетс  износ алмазного породоразрушагащего инструмента , ко одновременно с этим в средне- и малоабразивных породах происходит запо- лирование алмазов, уменьшаетс  их вы ступа ние из тела матрицы, что приводит к потере работоспособности коронки. Кроме этого, повышенный расход промывочной жидкости приводит к р ду негативных  влений 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  влений, но может привести к развитию процесса интенсивного теплофизического износа алмазов и матрицы, хот  при заполировании коронок это может способствовать восстановлению их работоспособности. При такой зависимости эффективность технологического процесса бурени  от расхода промывочной жидкости очевидна. Очевидна необходимость управлени  технологическим процессом бурени  с целью поддержани  нормальных условий работы алмазной коронки, процесса кернообрэзовани  и устранени  аномальных  влений - заполирова- ни  алмазов, теплофизического износа коронок, гидроподпоров и самозаклинок керна.The effective operation of a diamond rock-cutting tool is possible if the process of diamond destruction is maintained at a constant level and the products of rock destruction (sludge) are removed from the slab unhindered. These processes are closely related to the flushing regime, which has a complex, conflicting effect on the drilling process. Thus, according to theoretical and experimental studies, with an increase in the flow rate of the flushing liquid, the wear of the diamond rock-cutting tool decreases, while at the same time in the medium and low abrasive rocks the diamonds are polished, their outflow from the matrix body is reduced, which leads to loss of crown performance . In addition, the increased flow rate of the flushing fluid leads to a number of negative phenomena when drilling fractured rocks; intensification of core core self-spells, its increased wear, matrix destruction by rock fragments, hydraulic support of the core pipe. Reducing the flow rate of flushing liquid ™ reduces the effect of these negative phenomena, but can lead to the development of the process of intense thermophysical wear of diamonds and the matrix, although when polishing crowns this can help restore their performance. With this dependence, the efficiency of the drilling process from the flow rate of the flushing fluid is obvious. There is an obvious need to control the drilling process in order to maintain normal working conditions of the diamond crown, the core formation process and eliminate abnormal phenomena - polishing diamonds, thermophysical wear of crowns, hydraulic supports and core self-wedges.

Управление по предлагаемому способу осуществл етс  в соответствии со следующей зависимостью, полученной опытным путемManagement of the proposed method is carried out in accordance with the following dependence obtained experimentally

Р РпредR rpred

От m(j Vm/n - k),npwFrom m (j Vm / n - k), npw

где От-теоретический расход промывочной жидкости;where is the theoretical flow rate of flushing fluid;

Vm - механическа  скорость бурени ;Vm is the mechanical drilling speed;

п -частота вращени  бурового снар да;n is the rotational speed of the drill;

k, j, m - константы, определенные опытным путем.k, j, m are constants determined experimentally.

Выбором этих констант (коэффициентов ) обеспечиваетс  необходимый теплофизический режим работы алмазной коронки и режим очистки забо  скважины от выбуренного шлама, при этом реализуютс  наименьшие расходы промывочной жидкости,The choice of these constants (coefficients) provides the necessary thermophysical mode of operation of the diamond crown and the mode of cleaning the bottom of the well from drill cuttings, while the lowest flow rate of flushing liquid is realized.

что позвол ет снизить негативное вли ние гидроподпора, а также уменьшить вли ние промывки на сохранность керна.which makes it possible to reduce the negative effect of hydraulic support, as well as to reduce the effect of flushing on core safety.

Контроль за выполнение условий Р Рпред. и О Qmin имеет целью предотвращение аварийно опасных ситуаций. В случае невыполнени  одного из условий система принимает меры к восстановлению соответстви  параметров в рабочей зоне путем снижени  расхода промывочной жидкости с последующим возвратом к оптимальному расходу. В случае невозможности ликвидации создавшейс  ситуации при невыполнении одного из условий или невыполнении одновременно обоих условий процесс бурени  автоматически прекращаетс  с одновременным уходом от аварийного забо .Monitoring the fulfillment of the conditions of R Pred. and About Qmin aims to prevent emergency situations. If one of the conditions is not met, the system takes measures to restore the parameters in the working area by reducing the flow rate of the flushing fluid and then returning to the optimal flow rate. If it is not possible to eliminate the situation if one of the conditions is not met or both conditions are not fulfilled simultaneously, the drilling process automatically stops while avoiding emergency collapse.

Были исследованы различные способы управлени  промывкой скважины при алмазном колонковом бурении, однако в них не удалось обнаружить признаки и критери  регулировани  промывкой по максимальному эффективному расходу промывочной жидкости, определенному аналитическимVarious methods of controlling flushing of a well during diamond core drilling were investigated, however, they failed to detect signs and criteria for controlling flushing by the maximum effective flow rate of flushing fluid, determined by analytical

способом с учетом допустимого давлени  промывочной жидкости в скважине, текущих значений величины механической скорости бурени  и частоты вращени  бурового снар да при установившемс  технологическом процессе, распознаваемому по величине осевой нагрузки и затратам мощности. Описанное служит основанием дл  вывода , что предложенное техническое решение соответствует критерию существенноеa method taking into account the permissible pressure of the flushing fluid in the well, the current values of the mechanical drilling speed and the rotational speed of the drill bit at a steady process recognized by the magnitude of the axial load and power consumption. The described is the basis for the conclusion that the proposed technical solution meets the criterion of substantial

отличие. Достижение положительного эффекта стало возможным за счет того, что при реализации предложенного способа уменьшаетс  число подклинов керна, кроме того, распознаетс  неликвидируемый подклин,difference. The achievement of a positive effect became possible due to the fact that when the proposed method is implemented, the number of core sub-wedges is reduced, in addition, an illiquid sub-wedge is recognized.

при котором происходит остановка процесса бурени , уменьшаетс  врем  неэффективного бурени . Также улучшаютс  услови  работы алмазной коронки, следствием чего  вл етс  повышение проходки наat which the drilling process stops, the time of inefficient drilling is reduced. The working conditions of the diamond crown are also improved, resulting in an increase in penetration by

коронку, производитс  посто нный анализ наличи  предаварийной ситуации с остановкой процесса бурени  в случае невоз- можности ее устранени , что снижает психофизическую нагрузку на буровой персонал .crown, a constant analysis of the presence of a pre-emergency situation is carried out with the drilling process stopped if it cannot be eliminated, which reduces the psychophysical load on the drilling personnel.

Все это доказывает возможность достижени  положительного эффекта при осуществлении предложенного технического решени .All this proves the possibility of achieving a positive effect in the implementation of the proposed technical solution.

Техническа  сущность и принцип дейст- ви  предложенного способа регулировани  расхода промывочной жидкости по сн ютс  блок-схемой на чертеже.The technical nature and principle of operation of the proposed method for controlling the flow rate of flushing fluid are illustrated in the flowchart in the drawing.

I Блок-схема устройства дл  реализации п эедлагаемого способа управлени  процессом алмазного бурени  имеет блоки 1-3 - нзчало цикла управлени , блок 4 - установка начального выхода фактических значений параметров за предельные значени , блок 5 - проверка услови  Бурение, блок 6| - вывод информационных сообщений о значени х Р и Q, блок 7 - расчет Q теоретического , блоки 8 и 9 - проверка превышени  теоретическим расходам предельных значений , блоки 10 и 11 - корректировка расхода, блок 12 - установка фактического расхода, блок 13 -определение выхода фактического значени  параметров за критические, блок 1J4 - конец цикла управлени , блок 15 - коррекци  теоретического расхода, блок 16 проверка выхода теоретического значени  ф- за пределы минимума, блок 17 -устэнов- ка расхода.I The block diagram of a device for implementing the fifth method for controlling a diamond drilling process has blocks 1-3 — the start of the control cycle, block 4 — setting the initial output of the actual parameter values beyond the limit values, block 5 — checking the drilling condition, block 6 | - output of information messages about the values of P and Q, block 7 - calculation of theoretical Q, blocks 8 and 9 - check that theoretical values are exceeded, the blocks 10 and 11 - flow rate correction, block 12 - actual flow rate setting, block 13 - output determination the actual value of the parameters beyond the critical ones, block 1J4 is the end of the control cycle, block 15 is the correction of the theoretical flow rate, block 16 is the output of the theoretical value of f-beyond the minimum, block 17 is the flow rate setting.

1 Предложенный способ управлени  процессом алмазного бурени  осуществл емс  следующим образом. Устанавливаетс  Начальный расход промывочной жидкости блоком 2, после временной задержки бло- к|ом 3 происходит анализ фактического состо ни  процесса на предмет выхода за предельные значени  параметров. После Этого блоком 5 анализирузтс  этап процес- cja, в случае бурени  происходит вывод информационного сообщени  блоком 6 о текущих параметрах режима бурени , анализ блоками 8 и 9 на выход этого значени  за пределы регулировани  и установка бло- 10 и 11 расходов промывочной жидкости в случае выхода за ограничение, а блоком 12 при нормальном процессе. После 3JTHX операций цикл управлени  замыкаетс . Следующа  ветвь блок-схемы начина сь блоком 13, к которому передаетс  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 Значени  передает управление блоку 14 на окончание рейса. В блоке 15 производитс  уменьшение теоретического значени  расхода промывочной жидкости и затем провер етс  блоком 16 на невыход этого параметра за минимальное значение, В случае не выхода блока 17 устанавливает фактический расход, равный теоретическому, и Замыкает цикл управлени . В случае выхода теоретического расхода за нижнее ограничение фактический расход остаетс  прежним .1 The proposed method for controlling the diamond drilling process is carried out as follows. The initial flow rate of flushing fluid is set by unit 2, after a time delay of unit 3, an analysis of the actual state of the process is carried out to determine whether the parameter limits are exceeded. After this, block 5 analyzes the process step, in the case of drilling, an information message is sent by block 6 about the current parameters of the drilling mode, blocks 8 and 9 analyze this value beyond the control limits and set the flow rate of 10 and 11 rinsing liquid in case of exit for limitation, and block 12 in a normal process. After 3JTHX operations, the control loop closes. The next branch of the flowchart begins with block 13, to which control of block 4 is transferred if the current parameter values exceed the limit value, block 13 estimates the parameter values and, if they exceed critical values, transfers control to block 14 at the end of the flight. In block 15, the theoretical value of the flow rate of the flushing fluid is reduced and then checked by block 16 to ensure that this parameter is not output for the minimum value. If block 17 does not exit, sets the actual flow equal to theoretical and closes the control cycle. If the theoretical flow rate goes beyond the lower limit, the actual flow rate remains the same.

Данный способ управлени  процессом бурени  позвол ет оптимально (в смысле увеличени  проходки на коронку и сохранени  при этом механической скорости буре- 5 ни ) и оперативно устанавливать новые значени  расхода промывочнс-й жидкости в реальных услови х бурени  геологоразведочных скважин, при смене горных пород учитывать состо ние породоразрушающего 0 инструмента, повысить эффективность разрушени  пород на забое скважины, контро- лировать по вление предаварийных ситуаций, исключает вли ние субъективного фактора на технологический процесс бу- 5 рени  скважины.This method of controlling the drilling process allows optimally (in the sense of increasing penetration to the crown and maintaining the mechanical drilling speed at the same time) and quickly set new values for the flow rate of drilling fluid under actual drilling conditions of exploration wells; when changing rocks, take into account the condition the use of a rock cutting tool 0, increase the efficiency of rock destruction at the bottom of the well, control the occurrence of pre-emergency situations, eliminates the influence of the subjective factor on the technological 5 well drilling process.

Использование данного способа обеспечивает повышение проходки на коронку, повышение механической скорости бурени , а также снижение психофизических на- 0 грузок на буровой персонал, т.е. улучшение условий труда.Using this method provides an increase in penetration on the crown, an increase in the mechanical speed of drilling, as well as a decrease in the psychophysical loads on the drilling personnel, i.e. improvement of working conditions.

Claims (1)

Формулаизобретени Claims Способ управлени  процессом алмазного колонкового бурени , включающий из- 5 мерение механической скорости бурени , осевой нагрузки, частоты вращени  бурового снар да, давлени  и расхода промывочной жидкости и затрат мощности на бурение, изменение расхода промывочной 0 жидкости, осевой нагрузк-1 и частоты вращени  бурового снар да, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности процесса бурени  путем установлени  оптимальных расходов промывочной жидкости 5 дл  поддержани  рационального теплофи- зического режима работы алмазной коронки и режима очистки забо  скважины от бурового шлама, снижение самозаклинивани  керна и вли ни  гидроподпора, анали- 0 тически определ ют теоретический расход промывочной жидкости в соответствии с выражениемA method for controlling a diamond core drilling process, including measuring the mechanical drilling speed, axial load, drill rotational speed, flushing fluid pressure and flow rate, and drilling power consumption, changing flushing fluid 0 flow rate, axial load-1 and drilling rotational speed shells, characterized in that, in order to increase the efficiency of the drilling process by establishing optimal flow rates of flushing fluid 5 to maintain a rational thermophysical mode of operation of the diamond crown and the mode of cleaning the bottom of the well from drill cuttings, reducing self-jamming of the core and the influence of hydraulic support, analytically determine the theoretical flow rate of the flushing fluid in accordance with the expression P PnpeAP PnpeA QT m(J -Vm/n-k, при QT m (J -Vm / n-k, for где QT - теоретический расход промывочнойwhere QT is the theoretical flushing rate жидкости;liquids k, j, m - константы, определенные опытным путем; 0 Vm - механическа  скорость бурени ;k, j, m - constants determined experimentally; 0 Vm - mechanical drilling speed; п - частота вращени  бурового снар да;p is the rotational speed of the drill; Р-фактическое значение давлени  промывочной жидкости;P-actual rinse pressure; Рпред. максимально допустимое значе- 5 ние давлени  промывочной жидкости;Rpred. the maximum permissible value of the washing fluid pressure; Q -фактическое значение расхода промывочной жидкости;Q is the actual value of the flow rate of the flushing fluid; QMHH - минимально допустимое сначе- ние расхода промывочной жидкости.QMHH is the minimum allowable flow rate for flushing fluid. задают максимально допустимое значение давлени  промывочной жидкости и минимально допустимое значение расхода, устанавливают расход промывочной жидкости, подаваемой в скважину, равным теоретическому и сравнивают значение фактического давлени  промывочной жидкости с максимально допустимым его значением, при этом при превышении значени  фактического давлени  промывочной жидкости максимально допустимого значени  снижают расход промывочной жидкости до нормализации давлени , значение уменьшенного расхода сравнивают с его минимально допустимым значением и, если значение минимально допустимого расхода превышает значение уменьшенного расхода, процесс бурени  прекращают.set the maximum permissible value of the pressure of the flushing fluid and the minimum permissible value of the flow rate, set the flow rate of the flushing fluid supplied to the well to be equal to the theoretical value and compare the value of the actual pressure of the flushing fluid with its maximum permissible value; the flow rate of the flushing fluid to normalize the pressure, the value of the reduced flow rate is compared with its minimum a valid value and if the value of the minimum allowable flow exceeds the value of the reduced flow, the drilling process is stopped.