Способ распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горной технике и может быть использовано при проведении поисков разведки угольных месторождений. Целью изобретения является повышение точности и надежности распознавания момента встречи пласта. Способ включает операцию измерения текущих значений осевой нагрузки C<SB POS="POST">т</SB>, механической скорости V<SB POS="POST">т</SB>, крутящего момента M<SB POS="POST">т</SB> и давления P<SB POS="POST">т</SB> промывочной жидкости датчиками 1-4. Блоком 5 задания порогов устанавливают нижние и верхние пределы значений осевой нагрузки C<SB POS="POST">н.зад</SB>, C<SB POS="POST">в.зад</SB>, крутящего момента M<SB POS="POST">н.зад</SB>, M<SB POS="POST">в.зад</SB>, и нижние значения давления промывочной жидкости и механической скорости P<SB POS="POST">н.зад</SB> и V<SB POS="POST">н.зад</SB>. Пороговые элементы 6-11 осуществляют операцию сравнения текущих значений параметров с предельными и выдают сигналы C<SB POS="POST">в.зад</SB>Σ<SB POS="POST">т</SB>Σ<SB POS="POST">н.зад</SB>, M<SB POS="POST">в.зад</SB>*98M<SB POS="POST">т</SB>*98M<SB POS="POST">н.зад</SB>, P<SB POS="POST">т</SB>ρ<SB POS="POST">н.зад</SB>, V<SB POS="POST">т</SB>*98V<SB POS="POST">н.зад</SB>. Для исключения влияния флуктуаций служит блок 14 задержки. С его выхода и с выходов элементов И 12, 13 и пороговых элементов 10 и 11 сигналы поступают на элементы 15-18 первого блока элементов И. Второй блок 19 элементов 11, подключенный к выходам первого блока элементов И, выдает результирующий сигнал о встрече с пластом на сигнализатор 20 и реле 21 прекращения бурения в случае присутствия всех сигналов с датчиков и нахождении их значений в указанных пределах. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

союз советсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИК. 80„„1490261 (51)4 E 21 В 45/00 47/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с."О 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4283866/23-03 (22) 27.05.87 (46) 30.06.89, Бюл. У 24 (71) Трест "Дальвостуглеразведка" (.72) В,Н.Удовиченко и К.П.Медведев (53) 622.14.051.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 652319, кл. Е 21 В 45/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР

Ф 945427, кл. Е 21 С 35/24, 1980.

Справочник инженера по бурению геолого-разведочных скважин, Т, I, М.: Недра, 1984, с,144.

2 (54) СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ МОМЕНТА

ВСТРЕЧИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПРИ БУРЕНИИ

СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горной технике и может быть использовано при проведении поисков разведки угольных месторождений, Целью изобретения является повьппение точности и надежности распознавания момента встречи пласта. Способ включает операцию измерения текущих значений осевой нагрузки Ст, механической скорости V, 3 14902 крутящего момента M и давления Р;, промывочной жидкости датчиками 1-4.

Блоком 5 задания порогов устанавливают нижние и верхние пределы значений осевой нагрузки CH дцh Ci 5ah крутящего момента Мн», М „,, и нижние значения давления промывочной жидкости и механической скорости

Р„э„и Vð „h Пороговые элементы

6-11 осуществляют операцию сравнения текущих значений параметров с предельными и выдают сигналы С (4 )

Ст) Сн зад е Мg. эсад) Mr)Mн, ъадю

Рт) Рн зад ° V 1- ) V к. мд ДлЯ искл" 15

61

4 чения влияния флуктуаций служит блок

14 задержки. С его выхода и с выходов элементов И 12, 13 и пороговых элементов 10 и 11 сигналы поступают на элементы 15-18 первого блока элементов И. Второй блок 19 элементов 11, подключеннъй к выходам первого блока элементов И, выдает результирующий сигнал о встрече с пластом на сигнализатор 20 и реле 21 прекращения бурения в случае присутствия всех сигналов с датчиков и нахождении их значений в укаэанных пределах. 2 с. и. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной технике, к средствам и устройствам для сигнализации момента перехода породоразрушающего инструмента иэ пород кровли в уголь в процессе бурения разведочных скважин и может быть

25 использовано при проведении поисков и разведки угольных месторождений.

Э

Цель изобретения — повъппение точности и надежности распознавания момента встречи пласта. 30

На чертеже представлено устройство, реализующее даннъй способ.

Устройство содержит датчики 1-4 осевой нагрузки, механической скорости крутящего момента и давления про- 35 мывочной жидкости, блок 5 задания порогов, пороговые элементы 6-11, первый 12 и второй 13 элементы И, элемент 14 задержки, первый блок элементов И из четырех элементов 15- 40

18, второй блок 19 элементов И, сигнализатор 20 и реле времени 21, при этом датчики 1-4 и блок 5 задания порогов подключены к соответствующим пороговым элементам 6-11, два из ко- 45 торых подключены к элементу задержки 14 непосредственно, а остальные через элементы И 12 и 13, причем выходы элементов И 12 и 13, элемента задержки 14 подключены к первому бло- 50 ку элементов И 15-18, выходы которого соединены с входами второго блока, 19 элементов И, который подключен к сигнализатору 20 и реле времени 21.

Способ реализуется следующим образом.

Пусть породоразрушакщий инструмент (буровая коронка) работает в породах кровлй угольного пласта. Датчики 1-4 (фиг. 1) осевой нагрузки С, скорости бурения, крутящего момента М и давленич промывочной жидкости P в нагне- . тательной магистрали, установленные на поверхности, фиксируют контролируемые параметры и преобразуют их в электрические сигналы. Так как породы кровли угольнъпс пластов обычно представлены песчаниками, алевролитами, аргиллитами, имеющими фиэикомеханические свойства, которые определяют категорию по буримости, превосходящие аналогичные свойства угля, параметры режима бурения для каждого конкретного месторождения будут иметь одни и те же значения, т.е. С,, V

M„P „с небольшими отклонениями.

Изменения в процессе бурения претерпевают, в основном, только крутящий момент с возрастанием глубины скважины, угла ее наклона, а также с изменением осевой нагрузки. Последняя, как правило, изменяется в том случае, когда в кровле какого-либо отдельного пласта располагаются породы значительно более высокой категории.

С глубиной также постепенно возрастает давление промывочной жидкости. Таким образом, если задать определенный уровень для каждого параметра, то при бурении в кровле пластов угля осевая нагрузка и крутящий момент будут превышать уровни, а значение механической скорости и давления промывочной жидкости будут располагаться ниже уровней, т,е. С,)С „„, M)M,Р)Р

В момент перехода породоразрушающего инструмента из кровли в угольный пласт, из среды твердой в среду

5 !490261 6 мягкую, происходят установленные мно- Устройство работает следующим обголетним производственным опытом уг- раэом, леразведочных организаций следующие На основании опытно-технологичессредние изменения параметров режима ких работ по изучению характера и5 р иэбурения: С вЂ” осевая нагрузка умень- менения параметров режима бурения Л С, шается на 3-5 кН; М вЂ” момент умень- LlM, dV, йР (средние значения) в пешается на 100-200 ffM; V — механичес- реходной зоне порода — уголь, прокая скорость возрастает (в 2 и более веденных на данном месторождении с

P») до 4,0 — 15 м/ч; P — давление I0 использованием комплесных приборов промывочной жидкости возрастает в для измерения и регистрации парамет1,5-2 раза более. ров процесса бурения, например, Увеличение давления промывочной КУРС-613, и регистратором РУМБ-1 с жидкости обусловлено уменьшением про- детализированной записью величины пускной способности промывочных кана- !5 крутящего момента в интервале лов коронок, особенно алмазных, в 0 — 1000 Нм (относительно величин момент внедрения в уголь по причине V,, P .. С,, М, с определенным для резкого увеличения выбуренного керна конкретного месторождения допуском в объеме при его разрушении (коэффи- вычисляются нижние пороговые эначециент объемного расширения угля при 2 . ния параметров V u P

О Н, Зсед Н. Зоеде а разрушении — 1, 5) . Следовательно, также соответствующие им верхние посоотношения указанных параметров от- роговые значения С

В 3ад и М

В. Зад ° носительно их базовых уровней изме- Учитывая среднюю величину изменения няются и будут выглядеть следующим параметров С и M в момент перехода образом: С1 z C»4 М < М; Ч v 25 инструмента из породы в уголь, опрезаде P1 Р3а д ° деляются нижние пороговые значения

Сн д zr М .„ dС С1 С dM

Значения параметров С и М умень- — Г! 1 — M (, аЧ = V1 — Ч1; 4Р = Р -Р1 .

1 шились относительно верхнего предела, IIðи этом выдерживаются граничные

P u V — увеличились. Выполнено усло- 30 условия: вие определения момента встречи С, ) C и (М

S. 3аД 1 МИН Е В заД 1 МИН угольного пласта по характерному из- Сн С . M 7 M

Н. Зад " 1 макс е н. 3*4 1 максе менению четырех технологических па- V ) V P P

Н. 3а4 1 макс е н. 3o4 1 макс раметров режима бурения. Возможно, для исключения ложных сигналов в мочто изменение одного из параметров 35 мент расхаживания инструмента при будет недостаточным для преодоления подклиниваниях и др, Пороговые энапорогового уровня, например, при бу- чения устанавливаются на блоке 5. рении ребристыми коронками (типа Цена деления параметра М на задающем

M-5, давление промывочной жидкости блоке в интервале 0-1000 Нм не ниже может не увеличиваться, тогда вывод 4п 2 Нм. параметра С вЂ” 500 Н, параметра о встрече пласта будет следан на ба- V — 1 м/ч (такая единица измерения зе трех параметров. принята при измерении V на всех геоВ устройстве для реализации спосо- лого-разведочных контрольно-иэмери.ба сигналы с датчиков 1-4 сравнивают- тельных приборах), параметра Р ся с заданными уровнями в пороговых 45 0,2 МПа. элементах 6-11. После прохождения Сигналы с датчиков 1-4 технологиблока задержки, где сигналы очищают- ческих параметров поступают «а порося от случайных изменений параметров, говые элементы 6-11. С выхода порогоони поступают в блок элементов И, ко- вых устройств через элементы И 12 и торый при наличии необходимого коли- 50 13 проходят сигналы о нижних и верхчества единиц сигналов на входе фор- них значениях с пороговых элементов мирует на выходе команду в блок сиг- 6, 7 и 8, 9 параметров С и М. С вынализации. Раздается световой и зву- ходов элементов 12, 13, 1О и 11 сиг ковой сигнал, свидетельствующий о налы поступают в блок 14 задержки встрече угольного пласта, Пареллель" 55 и параллельно на входы элементов H но команда подается на реле времени, (15-18), на другие входы которых покоторое через определенное количест- даются сигналы с выхода блока 14 заво секунд отключит привод подачи и держки. Таким образом, с выхода элевращения бурового снаряда, ментов 15-18 снимаются сигналы пара1490261 метров С, М, Ч, Р, характерные для момента входа породораэрушащего инструмента в уголь иэ пород кровли, очищенные от случайных флуктуаций, т.е. четыре логические единицы, или меньше, если по какой-либо причине сигнал о параметре не удовлетворит пороговые условия в период времени, определенный блоком задержки.

1О

Исследованиями установлено, что параметры С, M, V, P в момент перехода инструмента из пород кровли в уголь изменяются не одновременно, а в определенной последовательности, которая зависит от физико-механических свойств пород кровли и верхней части пласта, угла падения пород, в месте контакта, глубины скважины, соотношения диаметра скважины и диаметра буровой колонны, способа создания осевой нагрузки, вида промывоч- . ной жидкости и ее параметров, вида породораэрушающего инструмента, а также количества, глубины и характеристик зон поглощения (или притока) промывочной жидкости и др. Зафиксированы размеры переходных зон, в которых изменяются все параметры С, N, V, P (по времени и по приращению глубины скважины) . Для скважин глубиной 0-700 м временная эона меняется в одних и тех же условиях от 4 до

17 с, что соответствует интервалу бурения 0,02 — 0,3 м.

С выхода элементов 15-18 сигналы поступают в блок 19 элементов И. При помощи блока 5 задания порогов контролируемых параметров изначально задается та или иная программа (в за- 40 висимости от конкретных условий месторождения и сложности определения момента встречи пласта угля) для срабатывания устройства.

Устройство может работать по четы- 45 рем программам.

Программа I. Сигнал о встрече пласта угля формируется на основании характерных изменений параметра V т.е. устройство работает как сигнализатор, основанный на изменении только механической скорости бурения, В каналах сигналов С, М, P искусственно формируются логические единицы.

Программа II. Сигнал о встрече угля формируется на основе характерных изменений параметров Ч и С в условиях, где достижения механической скорости выше порогового уровня недостаточно для однозначной трактовки ситуации. В каналах сигналов M u P искусственно формируются логические единицы.

Программа III. Сигнал о встрече угля формируется на основе характерных изменений трех параметров в условиях, более сложных для целей решения поставленной задачи, чем I u

II. Программа реализуется двояко: путем подачи сигналов Ч, С, M (искусственная логическая единица в канале

Р), — путем подачи сигналов V, С, Р (искусственная логическая единица в канале M) .

Программа IV. Она предусматривает наличие действительных логических единиц на входе в блок 19 во всех четырех каналах и предназначена для условий, в которых изменяются в момент встречи пласта все параметры.

Программа реализуется путем непрерывного измерения всех параметров V, С, М, P и дальнейшей обработки сигналов по всем каналам.

В зависимости от конкретных геолого-технических условий в программах

II u III могут бьггь задействованы комбинации сигналов других каналов, изменение которых в данных условиях выше (ниже) порогового уровня в момент встречи угольного пласта более вероятно.

При наличии сигнала на выходе блока 19 блок сигнализации 20 подает световой и звуковой сигнал у рабочего места машиниста буровой установки.

Параллельно выдается команда на реле времени 21, которое размыкает через определенное время свои контакты в цепи управления приводом подачи и вращения бурового станка для предупреждения разрушения верхней части угольного пласта при недостаточно четкой реакции машиниста буровой установки.

Формула из обретения

1. Способ распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин, основанный на измерении текущих значений механической скорости

V осевой нагрузки С т и давления

P промывочной жидкости, сравнении их с заданными значениями и фиксации момента встречи угольного пласта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надеж9

Составитель Л. Семина

Техред М.Ходанич Корректор H.Гирняк

Редактор M.Òoâòèí

Заказ 3677/34 Тираж 514 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 ности распознавания момента встречи, дополнительно измеряют текущее значение крутящего момента М, задают нижние и верхние пороги значений измеряемых параметров Р„, *, Ч „ „„д, Сц,ярд Ce.ýñ ä М q. зоа в. ем сравнивают значения механической скорости и давления промывочной жидкости с нижними пределами, а крутящего момента и осевой нагрузки — с нижними и верхними пределами, фиксацию момента встречи угольного пласта производят по одновременному превышению сигналов давления промывочной жидкости P > Р ц и механической скоросН ° с д ти Ч Ч „„„нижних уровней и нахождение осевой нагрузки С „„> Ст >

) С„ „ и крутящего момента М, „ у

) М Мд в заданных пределах.

2. Устройство для распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин, содержащее блок задания порогов, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих пороговых элементов, датчики механической скорости, осевой нагрузки и давления промывочной жидкости, выходы которых соединены с вторы—

90261 10 ми входами соответствующих пороговых элементов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности распознавания мо5 мента встречи, в него введены блок сигнализации и реле времени,,первый и второй блоки элементов И, блок задержки, первый и втор ой элеме нты И, пороговый элемент крутящего момента и датчик крутящего момента, выход которого соединен с первыми входами пороговых элементов верхнего и нижнего значений крутящеrо момента, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока задания порогов, выходы пороговых элементов нижнего и верхнего значений крутящего момента и осевой нагрузки соединены с входами первого и второго элементов И соответственно, выходы которых и выходы пороговых элементов механической скорости и осевой нагрузки соединены непосредственно и через элемент задержки с соответствукщими входами первого блока элементов И, выходы которого через второй блок элементов И соединены с входом блока сигнализации и реле времени.