Способ управления процессом бурения взрывных скважин

 

ОПИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1ц 960425

ИЗОБРЕТЕНИЯ.К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное и авт. свид-ву— (22) Заявлено 010480 (2 () 2902%29/22-03

tЗ1} М. Кл. с присоединением заявки ¹â€”

Е 21 В 44/ОО

Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий. (23) Приоритет—

Опубликовано 230982. Бюллетень М 35 (ЗЗ) УДК 622. 2 3. 082 (088.8) Дата опубликования описания 230982

1 " у., A.A.ÆóêoþñêHé, M.È.Êóëà÷eê и Н.И.Кошкина и (72) Авторы иэобретейия

° азад

Научно-исследовательский и проектно-конструкт институт по добыче полезных ископаемых открытым способом

МинистерсТва угольной промышленнбсти СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БУРЕНИЯ

ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к автома тизации йроцесса вращательного бурения взрывных скважин.

Известен способ улравления процессом бурения, основанный на регулировании параметров режима бурения в зависимости.от меняющихся условий проходки скважин 51 ).

Одйако этот способ не позволяет

:производить нахождение 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 по-. переменного поиска каждого иэ пара- эц метров 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 бурения к частоте вращения, оСовой нагрузке, количеству промывочной жидкости (2).

Этот спосбб не. позволяет вести быстрый и точный поиск оптимальных значений параметра режима, так как с еГо. помощью может осуществляться .по- иск методом последовательных приближений значений этих параметров к их оптимальным величинам, вследствие чего он не обеспечизает также, в сложных условиях бурения, точности оптимизации.

Известен также. способ определения режима работы долота в скважине по отношению вращающего момента на долоте к механической скорости буре-... ния (3 ).

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

Целью изобретения является повышение быстродействия поиска и увеличение гочности нахождения оптимальных значений параметров режима.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определяют величину осевой нагрузки на долото по максимуму отношения текущего значения углубления долота за один оборот его вращения к удельному значению крутящего момента на долоте, а оптимальное .

960425 значение частоты вращения долота находят по обратной зависимости от осевой нагрузки, причем эту зависимость вводят в систему управления и корректируют ее в процессе поиска оптимального режима по укаэанному максимуму в 5 зависимости от частоты вращения долота.

На фиг.1 показаны графики изменения показателей бурения в функции осевой нагрузки Р, на фиг.2 — пример 30

)возможной функциональной схемы устройства управления процессом бурения, основанного на предлагаемом способе.

Показанные на фиг.1, в функции осевой нагруЗки Р, зависимости углубления L-1 бурового долота, моментар -2 на долоте, удельного момента р. — 3 на единицу осевой нагрузки, отношения h-4 углубления 1 долота к удельному моменту 3 получены при экспериментальном бурении станками

2CBU-200 на,угольных разрезах. Характер рассматренных зависимостей при бурении в других условиях остается тем же.

Изображенные на фиг.1 зависимости показывают, что имеется значение осевой нагрузки Р, при котором отношение h углубления долота за один оборот его вращения к удельному моменту ф на этом долоте максимально. При этом наблюдается высокое значение самого углубления h и низкое значение удельного момента,и. Дальнейшее увеличение осевой нагрузки Р не приводит к значительному увеличению углуб-Ç5 ления h, но увеличивает удельный мо- . мент р и расход энергии на бурение.

Для разных условий бурения (разных пород, долот, режимов. бурения) значение осевой нагрузки Р, при котором 40 величина отношения 4 максимальное, различно..Как показывают исследования, оптимальное по максимум отношение 4 значения осевой нагрузки Р оптимально также и по минимуму себесто- 45 имости бурения. Для различных частот

w вращения бурового инструмента отношение 4 также имеет точки максимума, а оптимальные значения частоты и вращения зависят от свойств гарных пород и долот.

Характер рассмотренных соотношений позволяет осуществлять способ управления процессом бурения путем поиска оптимальных величин параметров бурения, для чего может использоваться система управления,.показанная на фиг.2.

Буровой станок 5 снабжен датчиками

6 углубления бурового долота за один оборот вращения и удельного момента

7 на долоте. Выходы этих датчиков подключены к вычислительному устройству 8. Выход вычислительного устройства 8 через экстремальный регулятор

9 подключен к функциональному Йреобразователю 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 основан на непрерывном регулиро вании параметров режима бурения в зависимости от меняющихся условий проходки скважин, при котором оптимальное значение осевой нагрузки Рр определяют путем ее регулирования по максимуму отношения текущего значе,ния углубления долота за один обо рот его вращения, вычисляемого датчиком 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 L<, 0 „ для регулирования частоты и вращенйя и осевой нагрузки

Р. Постоянная К функционального преобразователя 10, вводимая заранее, корректируется в процессе поиска оптимального значения частоты вращения также по максимуму отношения углубления бурового долота к удельному моменту (1щ„,дх}.

Применение изобретения обеспечивает безвибрационный режим бурения, ликвидирует работу с превышением момента вращения выше нормы. Экономический эффект от применения буровых станков, оборудованных устройствами, осуществляющими 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 бурения, отличающийся тем. что, с целью увеличения быстродействия и повышения точности определения оптимальных значений параметров процесса. бурения, определяют величину осевой нагрузки на долото по максимуму отношения текущего значения углубления долота эа один оборот его вращения к удельному значению крутящего момента на долоre, а оптимальное

960425 значение частоты вращения долота находят по обратной зависимости от осевой нагрузки, причем эту зависимость вводят в систему управления и корректируют ее в процессе поиска оптималь« ного режима бурения по указанному максимуму и зависимости от частоты вращения долота.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторсное свидетельство СССР

9 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 Р 2798160/22-03, кл. F 21 В 44/00, 1979.

Фиа8

Составитель И; Карбачинская

Редактор Г.Волкова Техред N. Надь Корректор A.Ãðèöåíêî

Заказ 7224/40 Тираж б23 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиа ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4