Способ регулирования процесса вращательного бурения
СО)ОЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 Е 21 " 44/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3815236/22-03 (22) 20.11,84 (46) 23.08.86. Бюл, У 31 (71) Алма-Атинское отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института по комплексной электрификании промьппленных объектов им. Ф.Б.Якубовского (72) А.А.Тукенов, B.R.ÌHõíåíêî и И.Т.Туганбаев (53) 622.243(088.8) (56) Чефранов К.А. Автоматизация процесса бурения. М.: Гостоптехиздат, 1962, с, 23-28, Авторское свидетельство СССР
HI 947405, кл. E 21 В 45/00, 1974, (54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ, основанный на контроле мощности, затраченной на бурение, и изменении осе"сл, @()
2 9 6 6 Ю )2 Pl l8 )З ЗО Зй ЗФЯЗЗЗЗОЗ2 ЗФ 3,и)ч
Юквюмчааае аюрж в фроим, ю/»
Фаа.!
26 йб
2Ч
Е 22
«20
3 18
k )(. ф
)9
Ф )2
". 0
6 и
Ц
2 вой нагрузки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения производительности вращательного бурения и увеличения срока службы долота, измеряют механическую ск< рость бурения, определяют полезную моп)ность, затраченную на собственно бурение, задают положительную величину разности между произведением механической скорости бурения па частную производную полезной моп(ности по механической скорости бурения и полезной мощностью и поддерживают путем изменения осевой нагрузки эту разность постоянной, причем в случае невозможности соблюдения равенства между указанными величинами, осевую нагрузку увеличивают до достижения максимальной возможной механической скорости бурения.
l2524R0
Мощность, затрачиваемая на бурение, складывается из мощности механизма подачи N, и мощности вращателя N„
Уравнение динамики механизма подачи
G=F (f; S; ы )+m„,(S) S, (2) осевая нагрузка (усилие подачи), развиваемая механизмом подачи; сопротивление породы движению в статическом режиме, которую можно принять как функцию физико-механических свойств буримой породы f механической скорости бурения S и частоты вращения
I инструмента Н масса механизма подачи с инструментом с учетом присоединенных масс (штанги, буровые трубы, порода и где G
F„,(f;S с ) m (S) Изобретение относится к технике и технологии бурения горных пород и может быть использовано для оптимизации режимов бурения.
Цель изобретения — поньппение производительности вращательного бурения и увеличение срока службы долота, На фиг. 1 изображены зависимости мощности бурения N„ от механической скорости бурения S ; ;на фиг. 2в (п л зависимости выражения S — п - -N от механической скорости бурения S на фиг. 3 — основные виды зависимостей полезной мощности бурения N
=N, -N от механической скорости бурения S ; на фиг. 4 — зависимости времени бурения Т и расхода энергии на бурение А от коэффициента срочности С.
В качестве исходной предпосылки для,оптимизации процесса вращательного бурения по предлагаемому способу принято, что чем меньше энергии затрачивается на бурение заданного отрезка скважины (шпура) эа заданное время (с заданной интенсивностью), тем меньше совер|пается бесполезной работы (трение о породу, измельчение уже разрушенной породы и т.д. и тем ниже износ инструмента и энергоемкость бурения °
t т.д.) или масса бурового стана;
S — путь (глубина) бурения;
S — ускорение.
5 Физико-механические свойства породы по мере бурения не остаются неизменными из-за перемежаемости пород и являются функцией от текущего значения глубины (пути) бурения S, Сле"
10 дователъно, сопротивление породы движения в статическом режиме можно рассматривать и как функцию
F F„(S; S; oC ). (Э)
15 В уравнении (21 масса бурового става m„(S) в общем случае является величиной переменной и в первую оче--. редь занисит от глубины (пути) бурения S. Но очевидно, при тех изме20 пениях глубины бурения, которые происходят в процессе оптимального регулирования в связи с изменением свойств породы, изменение массы m незначительное и можно сделать допу25 щение, что масса бурового става в процессе оптимального регулирования остается Hpèýìåííoé.
С учетом этого допущения и выражения (3) уравнение динамики (2)
gp можно записать как
G=F (S; S;c< )+m S . (4) умножив уравнение (41 на скорость
S, найдем уравнение баланса мощностей для привода механизма подачи
N =G S =F (S; S;y)i5 +m„S S (5)
Уравнение равновесия моментов на вращателе можно записать как
40 М=М (f; (;,; а )+m (S) ñ, (6) где f — физико-механические свойства породы;
G, — статическая составляющая осевой нагрузки, равная по величине сопротИвлению породы в статическом режиме;
m (S) — момент инерции механизма
6 вращения с инструментом с учетом присоединенных масс породы.
Аналогично массе m пршшмаем, что и процессе оптимального регу,лирования момент инерции ш остаетЬ ся неизменным, Учитывая, что f есть функция от пройденного пути (глубины) бурения
S, а (, =G(S; Я ;д )+шь, "выражение (6) можно записать как — (S $ -э )+m, „1" (7) умножив уравнение (7) на частоту вращения д, найдем уравнение баланса мощностей для привода вращателя ны, содержащие каются и тогда жет быть запис ах„ d
: S dt
N =М (S; S; A )4 -тт„g,g (8) 1252480 преобразований
4 убеждаемся, чтс члемассу, взаимно сокраураннение,121 моано как
ЛМ
=О. (13) а$
Следовательно, мощность бурения с учетом выражений (1), (5) и (8) будет
1О
15 ст
+M „(S; $ ;4 с сс (9) и затрата энергии на бурение за время Т составляет т 1
А= Ndt= ((Г„($; $; < ) S +m, +М ($; S ; ),g +m g „э" ) dt (10) Математическая формулировка задачи оптимального регулирования про- 40 цесса вращательного бурения будет:
"Найти такую функцию S(t), которая доставляла бы минимум функционалу (11)".
Функционал (11) зависит от стар- 45 шей производной гинейно и поэтому является вырожденным. Функция S(t), доставляющая зкстремум функционалу (11), должна удовлетворять уравнению Эйлера-Пуассона. 50
N---",:
dt 9
d — 11 =0
dt (12) а((эН аИ где N = --: ".1. = —.--,; N " = --т 55 д$, S з AS уравнения (12), и тн лощих сокращений и
Найдя чле»ы после соотнет<.
Из двух регулируемых параметров бурения — осевой нагрузки G и часто- 2б ты вращения инструмента д наиболее сильно влияет на энергоемкость и скорость бурения величина осевой нагрузки Г.
В данном способе регулирова(эия 25 принято, что регулирование процесса бурения производится за счет изменения осевой нагрузки при неизменной частоте вращения инструмента, рациональная величина которой выбирается для конкретных условий бурения, т.е. H =О.
Тогда функцию (1 э) можно записать т
А= f Ndt= ((F„,(s; $ ) $ +mÄ S $ + 35
+M„gS; S ), 1 dt, (11) где F и М, не являются функцией ото
Индекс "ст" при N указывает, что частные производные надо брать именно по статической мощности (без учета членов, содержащих m) и тогда уравнение (13) равно уравнению (12).
Иэ уравнения (131 следует, что оптимальное регулирование должно производиться без учета динамики бурения и что для оптимального регулиронания процесса бурения нет нелбходимости в знании функции N=N(f). Это объясняется тем, что для оптимального регулирования процесса бурения
I нужно знать зависимость N=N(f;S ), которая может быть представлена как
N=M(S; S ) . Чтобы выявить функцию
N=N(S S ) надо знать закон распределения физико-механических свойств буримых пород f по пути (глубине) бурения S. Но в уравнение (13) входит Нст только частная производная т я взятая при постоянном значении пере» менной $, а зто эквиналентно частной
В проинзодной зависимости N=N(S; S ), взятой при постоянном значении
S(f). Следовательно, для оптимального регулирования нет необходимости в знании функции N=N(f) или N=N(S).
Так как в уравнение (13) н явном виде не входит независимая переменная t, то можно сразу записать пегвый интеграл .Эйлера а 1 1 ст
S — —,"- -N =С. (14) ст
Лля пояснения уравнения (14) и выяснения физического смысла постоянной интегрирования С рассмотрим зависимости статической мощности, бурения М,т от механической скорости буI рения S (фиг. 1), построенные по данным таблицы, полученным для шарошечного бурения трех категорий пород при частоте вращения инструмента 100 об/мин, На фиг. l кривая соответствует данным, полученным при бурении II категории породы, кривая 2 — III категории и кривая
3 — ТЧ категории. Мощность бурения определена по данным таблицы по формуле
К =еV, » т
1 2 f 24
l5 где f — знергаемкастт бурения, кБт ч/м;
Ъ вЂ” механическая скорость бурения, м/ч.
На фиг, 1 сплошными линиями показаньт участки кривых, построенные па данным таблицы, а пунктирными лштиями — экстрапалиронаштые участки.
Кривые 1-3 (фиг. 1) при $ =0 начинаются не с нуля, а с некоторых значений, равных мощности холостого хода N „ так как мощность холостого хода не затрачивается на собственно бурение и может быть определена да бурения, то ннедем понятие п<злеэтт<эи могшасти бурения
80 а р< ние, Следанатеттт тта, и стаянная интегpHpof?;I??HI? L тз уравнении f14! имеет фини геский смысл каэффиттиетт. та срочности — чем балыпе С, тем ви- нте скорость бурения.
Г учетом аписаннага уравнение (l4) можно записать как (1!с< 1 3 N<»«
S < С <т» <зВ п<п (18) Предстанттм уравнение (! Я) и следующем ниде: (19) дБ S итти — — + --, (20) c< S S S 1» =N <<Ол ст у. 20 (16) (17) iV =N (S ). Па стэттг. ? приведены зависимости дN, S --", - -N, в функции ат механик<т» <тескотт скорасттт буретттттт Я, пастраетгттьте графааналитическим путем по соответствующим кривым 1-3 (фиг, 1) и с учетам уравнений (16) и (17). Дття регулттранания процесса буре-ния по урант<ению ?14) необходима »5 определить постаят<нутз интегриравапия C которая графтптески изображается ттрямат1 лннт?ей, параллельной o< .и 40 абсцисс ( Так, напримс р, на кривых 1-3 (Лиг, 2) звездочками отмечены точки, саа зетстнующие механической скорости буре- 50 ния для пастоятшай интегpifpnffaпия Г=20, ?1ем вы?не будет выбрана па<.таяттттая тттттегриранаттитт С, тетт тзттттте будет ск<эр<зстт бурения каждой породы и средняя скорость бурения скважины (шпура) I< пелам, Рднако большим постоянным интегрирования соатветстну ют и балт.тпие .затраты энергии на буЕсли принять, что началам оси ардттттат,;. Isf кривых 1 — 3 будет т<зчка пересечетшя кривой с: осью ординат, то тогда к!зтттзтте 1-3 ьтсзжтто расск»ат25 ринать как <т ункттии Первое слагаемое праной части ур<тнттеттття т 201 тт! едст<тнлттет собой уд лштуто энерго ".If<î<. òü бурештя fl мамс ттт нреьтетттт, катчта ттраттзнат?тттся и.змерение частной праизнодной. Второе сттагаемсе имеет также размерность энергоемкости. Отсюда можно сделать следу?1птттй ньцзод а фиэттческой сущности регулирования процесса нращателт,наго бурения по уравнению (20): увеличение механической скорости бурения путем изменения осенай нагруэхlf производится да теx пор, пока часгттая производная полезной мощности бурения па механичес.кай скорости бурения IU?Il o7 на:пеште приращения полезной мантттасп и бурения к приращештю механической скорости бурения не npe f.. исит вели шну удельной энергоемкостии бурения, достигнутую до начала измерения праиэнстднай или приращения, на некоторую величину, апределяе. туго атнапгением з аданногo коэффициснта срочности и механической скорости бурения, достигнутой да начала измерения производной. Коэффициент срочности — настоянную интегрирования С н уравнении (20 огтределттт<зт заранее, исходя пз анита предтпдущих бурений I?off иэ предлагаемого чередования пород и ттх физика-механических своиств и с учетам необходимой срочности бурения, которая может диктоваться прои?знодстненной обстаповкай (?тат?ример, сроками или необходимостью, не нзирая на снижение экономичности бурения, абеспечи гь сырьем или фронтом рабат после7 12 дующее по технологической цепочке оборудование) или соображениями экономического характера (например, высокая стоимость сменного инструмента или энергии). При заданном коэффициенте срочности регулирование по уравнению (201 обеспечивает бурение с минимальными затратами энергии и, следовательно, минимальным износом инструмента. Другое объяснение физической сущности регулирования процесса вращательного бурения по уравнению (2Р) может быть сформулирована следующим образом, бурение каждой категории (каждого вида) породы должно производиться с такой скоростью, при которой обеспечиваются минимальные для заданной срочности затраты энергии на бурение и дальнейшее увеличение механической скорости бурения привело бы к неоправданным с точки зрения экономичности бурения или производственной обстановки повьппенным затратам энергии и износу инструменг а. Для определения возможного с практической точки зрения диапаэона величин коэффициента срочности С рассмотрим основные видьг зависимостей полезной мощности бурения N N„„ от механической скорости бурения S В соответствии с приведенным определением, под полезной мощностью бурения будем понг<мать статическую мощность бурения за вычетом мощности холостого хода и поэтому зависимости полезной мощности бурения от механической скорости бурения, полученггые при бурении разных пород одной и той же буровой установкой с одним и тем же инструментом, должньг начинаться на координатной плоскости с точки пересечения коордиггатньтх < осей, т,е, N „„=0 II1EEI S =0, Зависимости N =Х (Б ) могут быть как прямолинейными, так и криволинейными. Для прямолинейных зависимостей типа кривой 1 (фиг. 3) всегда 30 3 NJ г4„ <3S $ Следовательно, равенств< (181 для таких зависимостей вьптолнястся только при С=О 35 с. 1 < ол ол л1 р (21) ая гОЛ При прямолинейных зависимс стях энергоелгкость бурения остается неизменной и поэтому в практической точки зрения в породах с такими зависимостями механическую скорость бурения необходимо увеличивать до огр анич еггия по мощности ил гг ма гсс имальной скорости. Такое регy 45 52 ЯО Я г Ле К вЂ” коэффиг1иент npnEI 25 зависимости встречаются при бурении крайне редко), 50 =KS по На фиг. 3 обозначено: кривая 1 прямолинейная зависимость полезной мощности бурения от механической скорости бурения, когда затраты полезной мощности увеличиваются пропорционально механической скорости бурения и эта зависимость может быть выражена как Так как неравенство 1??1 для грямолинсегнъгх зависимостей Elt «< <полггл ется, то увеличение скор«-"« óðåния при регулировании по,, ."1 бyge < происходить или до ограгги«<«.< л по мощности или по механи«сск,й ск рости бурения, ) ) ) l л т p) t tie> ltf)f! Йтlь)х 31 в и с т t (ni 1!! it 1! jiii))«Tr . . Tf 1 (ф(«, 3) lt!> (1 8 ) fi! Iп< t()! t((ТГЯ т«3(т>K0 Ttj>)< (; () > т,li! Кае т )! б< Й точке )ср)(в)>)х, г > > 73(7 (О t >t ;<«(ти 7(3) т cl 1 Г !И те I)P»JT>I<)Т11Г IРТГЛ (! >()ИТ(ПО 3 >> ) Г>>1 .I Т«TI )<О Г. (3 ЯТ>т)< ltt <0<. T!Л (Т< ТИТ(а 1 )т ", f î i;>„. T )>ет .>Т?ЛГ>«е пот(о?1(ТРИ!,I(oe тп; i(!!TI (0!>tt» j>)fr(I(. НТ >, СРОЧНОСТИ С ?Т Г 3 р ">т,т (т«г Г т)>Р т т)р«1(Гxn»„итт Г. М: : .()(. Т>! >1>О.I ".!Ot; 110(Т>.ТЯ 40 (>:,,:.тс) lt требуется. >т,>2! ОГр;>ЯР .1, Рiipeт)РЛРТПтг 1!0«ф" тп(»1>т;1 (.p 1 > >1 itP0)11 ВО 1>1 Г СЯ В 3 >1ВИСИГ(ОСТИ ОТ .: . икр< тнмх ус. н(.вий бурения, а имен45 (! >: При буре>(и)1 !7ород г з ".Виг ил(ocтями тпlта к(31)г>ОИ, t"Г;П1иттс »KvK) с:0— РОСт) РУРЕ)ТИЯ 1(Р)7(С«06Ра )НО УВЕЛИЧИ1)ат J )<ПЛОТЬ ЛО Т)«..I )ÎГО TСПОЛЬR < >Т)а HffR П(ЛЕЗНОй МОщ)ТГ Стн бурЕНИя 1л » л л тл <> к>. или до максимальной гкорости бурения лт (E CTIH Р IН!>Н)(. НЕ НЯCTVII((ЕТ ОГРа ни )»)и)е HO мощности) . При бур»и(717 i:c род с з(3»ticJTttncтями .)(па кривой 3 (r/т)т 3 ) l;C 1)r7?11> 3 От> 1)тттт> "><< (i! 1(i » с, )в >i :it 2" . г т(>)(ти Г, ПР) :п>Г: > н Р т .«Kt) <1(гп C cp >!It)R iicitn .I> <« 13» Р< 1> Г(i fit 1 >. ?СС> 1<1 >тР:) р,>0+"; v и, .7p ;т I> ii r (3 Г)t!) )П) н,-е < нец у(>Г лит!<-«tt!,:,Г>ро т;3 б... j)E нил, ГЕО l. т:i )Гт e ):. > 1» :t 1 j<;:.F>r>Ty 1 р" 1 1 (л и с г > т > 7 > i lit i) -if : r f ; > ((» > 1» "» ())а".j> (t)>et!)(ttl ПО))c)!)!) It i .II (..>E.дов>а ТC (HJ !!0 i;t> 3>1" i(tl! r;()! (Г,>(П. Т(р)1)3(>)Х )пт» 2 !t 3 1)>;(1);i;. г<:R в»et;i;7 !)<>:и шс 1Iт;", (ii 1;>K Р > t> Г ",;1 1!Тт! 1 т><1)>(Г РДн(>й Гтc Р<>)тьl <)F>e< .ПГ>(>1 (I> к >к 1 ;т )(о бОЛЕЕ ПО:tttne ИСПОЛI )r>ROT)it 1(«
270()П(РГ (lt буровг)й устанО))ки ItpH F> )t и! . 1 (Hl I I I o j Р Д < Р < . Гl,- 6 ) K j > ) 7 73 t >!7) () f e 1 . ) 3! >Т . fil 3 ) t)T! i "!3?fi à T Ff;. и > 1<п;Э >() ПТ> О;1 2 (()I 1, ) ifт Г»7 > Т Ртl >. (РР<>т!Ь>) ПРТ> , PC I .>t .l П ? PО, ((. ", > II Г:И:.!РГ Т): !H THTT, 7 1<пиl Рl! 3 (!т !11 °,> ПР, 3;> !, C 1(T > -тп" !" ><ОТ)т(()? >Р П > T >! 1 t (f170 кт)иво)й< 4 (<3>и(. 3 3 равенсттто ((()) тт(>()то:(I Rc òcR пр)т С О ) т3K ка>е 23 х)?<>бой тni;i Р 1<1)>иt)!>) т)ИН; < Т < Я »CJ)H F) фор <ут(((3 ?)) !I pl(Нят?. ОЗ<»т)>И()ИЕН Ср«т? НОГти С F>t)TIJ.— )т)» НУЛЯ, Т ° Е, ПО ((»POT)et)CT)3>> (?2), С l<13(o)3()T»льно,;(т)л «177 tfF:r)льн<>Гn бу j>eп ИЯ ЛЯ>61 )Х )3)fr(073 T!npn> ((<7 i i1 J))(C)3 МОГ Т Л МИ Т)!17<1 )(Pl! I>t IХ 1 — it 7 I;! O ЗффИIТИЕ НТ () i t??1«(Т)< ДРЛ)::Р i) J)t>IF) f(p, > T J>C?3 C ) < i П I() Ti ТИ 6-.. j>C fi)Tit П РЕ JIITOJI 11 а! 0 )В>(Г (T It(pe)(Ð>3 а! >щи г ГЯ II(7potlt>) с различ )(!!i!it за?и(<»? ocòëtt)3, то вмбор коэф(jt)П! i((?tТ11 Ст>ЭОЧIIОСT!Т 1<РОИ:)ВОДЯT ПО ?K" 3 а (1 ной МРтОДИ? E > Г!Ри)(има R в Р(lс tl(Т ТOSlf>KC> )IOPOJ7(>f С ЗПВИС)<)(ОСТЯМИ 2 13 3 т 3)c KRK TotlbKo в такzfx ITt ро,?(>x увелич(нис скоро< ти бурения .".0.> Рт Ттрн:> »òlt е )(еопрат>дан)ТГ)му рас-» ) e Р 1- ) fir ). e Т t Я . Т (f r;1 R C (, Р К n— г«ро) о мо:)опта да(и,п(й.)»e ут.сличение j) 0 t! < i",! i о с т ) 1 11 » с 0 п р 0 т) От((i ". (> T c il (т . О l т> к 0 C)V;)< 3Р ° ст)ltг7 "" т>т лит?»1<И(>I c:it );)c c бурт )тття, 3 и(> i 01! ГтрОКО;+„>1" It!le vt! c! »7 )(РВ Т)О P, i ;l c > «)i!1си21с>с7 Rifi) тiff?а I I< I(Po Hi K;,1 11 < . М )КП(ОСТТ>!<) 7 (i3 t;! !:-> E(И (а!)Ы! )i! C Е«Р<)ГТ)>)>),> > Так . r1-; )>с (.Гна т,!бра н е (, . (3) и»ри с>Т027 в tr(ipi>R )х r т)1>пс:(.7<)стл((и т(TT<>1 и i» В НГ." (>О (! < > j И(. В .;:)I!><ПIЯГ TCR И ) 30,:е, i;!,) т< Г((>ПГ> > в RT)<х Ttop«J);>х лот!)3;?i r) ) !i > ir >т> «ТJ)! t J> c R ИЗ 2(» Н()IHi ("т>(ЛИ)((i (i (i" О т (> т! Рт, )T(3 Г P 3 т((Т,>7<) ОГ Р 1! Н(т)ЕНТ(Я Tet(OI! ЯаВИСИ.(О< тЬ>0 р(>"! C;".t ГК«рог 7;) бу— )1 ->3(т,. ())
Hl f R 1I «P r)» >;i ()1(!>I l;> Е Т С Я Pe1ttiii л Го Ф O Гес I it < м.ll Ги i;i:IT ° НОЙ F>vp(>)!n) о Г)Г>РП <,.Та(3>1н (; Г. Пт РС)НЬ(??Е <Е Нае ГУПИт ПО МО)т)(ОСтн) . ТаКОЕ PEIlpH F> y p(. ) (! ti(TIi) ро)7 с Я ати()а 4 ((j иг. 3) оГегпеI)i > j) <), 1 ) i >,i>i 1) C ДЛЯ Д.)T>t)01 C> КОРР(. Ь)(> (< ограни ение Г У Л H j) C) 13 R t 1 H Å в !3<7)(F - т»> > >< л() > <3 >, (lе е 11- 01)Г. ))ГО(меость,,"" буре К TIo 1)езус?>т;31 ам Ifð»J(f»ä >)(н(. F)vpe ний 1tH>1 73 !ависиtlocTH оТ ! ) а П Г t!! f " .P П О Л -l I r ) i? )2 Г Г О:1 О Г 0)) 1 3 Т) Г Д К И ра(.;pcде3)Г (13 3 tiop«31 на !Iv!и F)vр(>пил ° ()) t j>r1ÄeË J)CtT ДЛ)1 К 1>ГДО)7 ПO>РОД(>) Э Cl!3) 1 СI) мость полезной мощности бурения от с.),«рогти Гурепил и нpe;(no-!агат му(В 7 Oil r)EI)7V> К>1:3!ДОЙ 170РОД(>) > дчя п«род, эн<>p(îeìKocòü бурения еотормх возрастает с ростом скорос- тн був»НИЛ, т. Е. f!>fe)ci)3HX ЗПВИСИМОСтн ТИГ а 1<РИ?т)Х 2 И 3 (ЛИГ. 3), ТРафоанаеlи (и ? Р сеим и> Tel c!òpÎя1 п«име 11 1252 1 1щи.".lс Л 1»11<»..1<1(.- 1 Л ..1 « = .1 (8 ) !! аппб 1 «1 Н11си)гости 8 - -, - —. =-С в функ<1<; п ЦИИ O I S адавлясь рядом значений коэффициента срочности С и используя приведенные зависимости, спределяют время бурения Т и расход энергии А на бурение в целопг для клждого из значений коэффициента срочности С и по 1О! 2 полученным данным строят зависимости Т=Т(С) и A=A(C). Результаты такого построения по данным фиг. 1 и ? приведены нл фиг. 4, Вниду отсутствия в таблице данных 15 и толщине или времени бурения каждой категории пород и для возможности построения зависимостей Т=Т(С) и A=A(C) по длггньгм фиг, 1 и 2 принимаем, что производится бурение на глу- . 20 бине 30 м и на пути бурения располагаются ггороды II, III u IV категорий, каждая толщиной 10 м. ъ «< сз " пол Зная, что S --. - - - .« — коэффиД Я пол 25 циент срочности С, задаются рядом значений С и определяют для каждого значения С и для ка; дой категории с пород (каждой кривой на фиг, 1 и ?): механическую скорость бурения и вре- з0 мя бурения каждой категории породы (а), статическую мопьность бурения, полезную мощность бурения И пол <.с NÄÄI затраты энергии нз собственно бурение A=N t (о), по сс и О пал суммарное время бурения T=t +t +t г з (здесь t5,,; Г ; t, — время бурения соответственно пород категорий II У III и IV, суммарные затраты энергии на бурение всех трех категорий 40 пород (т.е. Иа глубину 30 м) А=А5 + +А +А и строят зависимости Т=Т(С) и А=А(С) для бурения на глубину бурения 30 м. Однако для однотипного бурового О< ОРУДОВ аигlя n P aC O1.аг«1П!C 1 п Г1 О, »1ОТ»П ных горно-геологи! c!».: ус попггггх нет необходимости опредеггятl, уг<лзанньгм способом гсозффиц»ент с р<:liс c ги С перед каядьпл буре1!Ие«1 —:гое I аточНО ОДИН Раэ ОПРЕДЕ 1ИТЬ Дон«С<.т» Ый диапазон и выбирлтг С зл/1 1.";1 гг ) «г!л— Исходя из того, что именно в кон45 кретнОА производственной обстановке вагжнеp. — производительность или себестоимость бурения, Ilo построенElhi;1 зависимостям Т(С)=Т » А=А(С) определяют такой ксэффициент срочност» С, при котором обеспечиваются соответственно или заданное время бурения Т, или злдаггные злтратьг энергии Л, Из эависгг«1< стс.й Т=Т(С) и А=А(С) (фиг, 4) можно сделать вывод, что для бурения пород, указанных в таблице, приеM егп ll! дилпазон Koaôôèöèс:нтл С лежит 15,пред<-ллх 8-26, т,» E aê при меньгпих зна ген»ях ре 1ко уве<51гчивается Время бурения, »ри больпгих — рост затрлт энергии не соггровождлется заметньгм уме»нпгс»»ем времени бурения. Для пояснения указанного произведем сравнение вреггени бурения Т и злтрат энергии нл бурение А для ко..ффициентов С=8, С=?6 со случаем бурения с макс15млльной мощностью. При этом принимлем, что млксимлльнля мощность бурения Ч ... рлвна 34 кВт, à толпгинл каждой клпегории ггород равна 10 м. ".)етодика определеггия Т и А для, „„-3 KBT аналогигнл указанной методггке зл исклгпчеггием того, что дл:l 1<лг;дой категории пород (ка дой кривой нл фиг, 1 и 2) Внл гале по «1 — 1 I кВт определяют ссстве1<..тпующую скорость бурения 8 (фиг, 1), O <1 Ч атем определяют C=h --.—, - — -N 18 < « опл« (фиг. ?) и т.д. 11з фнг. 4 и 1 получим для С=Я, Т=2,73 ч, Л=?3,8 НВт ч; для С=26, Т=2,1 ч, А=-38,2 кВт ч; для -1-1,83 ч А-49,6 к, г ч По срлвггению со cTIvvaP!5 бурс II»A с полнОй мощнОстью устлнопкгг нсгз«звисимо от категории породы бурс".Нге с рсгулировлн»ем ПО предлаглемс M clio собу позволит пр» С=Я суп,ес Вегнго (П<1«ГТИ ВДВОЕ) СОКРат»тЬ ЗатРатм Э11ЕР гии и, следовлтелг,но, »знос н»струггенгл, но Время бурения E!c!Oðacòaет В полтора рлзл; пр» С--26 у«геньгп»ть злтрлты энергии нл 297 пр» углеличегипг Hpc> el!II буреггия лигпь ll;l 1 Выбор наилучшего,для коггкретгнпх условий бурения коэффициента срочности С может быть сделан исходя из конкретной производственнсй с»тулции (загрузка оборудования, трлнспорТЛ> СРОКИ СЕЗОННОСТb И Т « Д»)5 C ТО IГГМОСТИ ЭНЕРГИИ ИНСТРУМЕНТЛ «аисгРТИaa IIIH, ззрпгглты» моп»с сти бъ.ро15ого Обоpудовaния, 1З I? ."I? 480 35 скорости, ч< н11е С в заf lIpfT определении коэффициента срочfI<>cTfT С «О внимание принимаются только породы с злвисимостями типа 2 и 3 (фиг. 3), тлк как для пород с завигимостями типа 1 и 4 бурение должно REcTècü, как показано выше, с максимлльной мопц<остью или максимальной скоростью, что и Обеспечивается при любом положительном значении С. Последовательность действий при осуществлении регулирования процесс.л вращательного бурения по предлагаемому спогобу заключается в следующеM. ПО уклзлиной методике определяют 1<О- <1<фицие1<т срочности с и задают его знлчение в устройство управления буровой устлнояк11 (бурового стлнкл), 1<лпример, в лвтомлтический регулятор или т3 управляющее вь<числительное устp > г Tлнлвливлют технически целесообрлзну, для конкретной буровой уста- 25 нонки (стл<<кл) частоту вращения бурового инструмента. Посл, операции забуриплния увеличивают зл (учет увеличе1<ий оссг ой илгрузки скорость бурения S и в процес< е увеличения скорости бурения с помощью датчика скорости, например, тахогенсратора, сочленен1гого с Tlplff«IJ!oM подачи, измеряют мехлническую скорость бурения, а с помаш1.1<1 длт«<икл мощности, например, изи".01<ге <я рлгходл топлива или счетчика <лгктроэнергии — полпу1 мощность буР < 1<И и ° С п<1м<эп.;-ю устройства управления ffлпример, автоматического регулятоРа 40 или У11рл<злякщегf! . 1ощности бурения Мещиnr т<1 ХОЧ< Ст< ГП ХОДа, ИЗВЕСтНОй 14 заранее для каждой конкретной буровой угтановки (стлнка)", произведение частной производной полезной мощности бурения по механической скорости бурения нл мехлничес <ел кую скорость бурения S †â€, — или в приращениях S -- - -, разность лЯ дИ„, S ---." -"- -N или S -- ""- -N д «оЛ аБ и«« В момент равенства указанной разности заданному коэффициенту срочности С устройство управления выдает сигнлл (команду) на прекращение увеличения осевой нагрузки, в результате чего прекращается рост механической скорости бурения. Прекращение увеличения осевой нагрузки возможно и в случае наступления ограничения по мощности или по скорости подачи буровой установки (станка). Значения полезной мощности N„,„ механической скорости бурения S u усилия подачи С, соответствующие моменту времени прекращения увеличения скорости, запоминаются устройством управления и бурение продол«<ается с этим значением осевой нагрузки. В дальнейшем, в случае изменения физико-механических свойств породы fia пути бурения, что определяется, например, по изменению мощности бу-, рения и (или) механической скорости бурения и (или) их отношению, дается команда а изменение осевой нагрузки, и цикл регулирования повторяется, причем в случае, если вы3N ислеш<ая разность S — - -N или N б S --IIII< - -1 окажется меньше заданлЯ «оп ного значения С, то подается команда на увеличение механической скорости бурения, если же разность окажется больше С, то подается команда на уменьшение механической 1252 80 15 Параметры rrpoПре,(елы изменения параметров песса П,об/мин е V кВт ч!м мlч -35 +12 1,9 1,7 8,5 100 l 7 l?,0 100 +42 +14 -36 1,85 14,0 100 +36 120 -21 10 1 08 14,0 100 415 l7,5 l,0 120 -18 18,0 l,Î 15 0,9 22,0 100 +23 0,R 27,0 120 -23 23,0 0,95 8О 30,0 0,88 100 +17 З5,0 0,8l 1?0 -33 З,о 2,3 8О 1О 4,5 2,1 100 1,8 +22 — 14 120 -25 +15 5,0 2,2 15 6,7 1,9 100 +36 9,1 1,8 120 -81 +15 5,5 2,3 20 100 2,0 120 +31 — 10 l,8 10 5 Режим Гчрения 1?0 8О 120 1,6 1,9 1,55 2,1 1,7 1,15 ll,0 8,0 17,0 9,0 19,0 11,0 -6 +12 +зо -32 Категория пород 12 52480, 0n 5 я — пОП ЗО 28 2б м/ч М щд = laic Niz 0 О. ) р .г И (? 2 Ь 1 аЬс 2Ч 22 га 18 16 19 12 6 2 Ч б 8 10 12 1Ч 16 7В 20 22 292828 3032 3936 Ме,тническай скорость Ъурениа, м) ч Qua. 2 цеканическая скорасть бурения Фиг.3 1252480 Т, /.8 3,6 з, 1 Ъ :ъ) < 2 О. 2, <„90 g 32 Ф26 с г, w 2P ф 16 < 12 в 2, 1, О, О ко 29 2б Фиг. 9 79 1о ИОЩрициент срочиогщц Составитель В,Шипов Техрсд М. Ходанич Корректор А.Зимокосов Редактор А.Сабо Заказ 4600/34 Тираж 548 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
