RU2539089C1 - Method and system of automated determination and recording of hardness of mine rock of working face during well drilling - Google Patents
Method and system of automated determination and recording of hardness of mine rock of working face during well drilling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539089C1 RU2539089C1 RU2013145655/03A RU2013145655A RU2539089C1 RU 2539089 C1 RU2539089 C1 RU 2539089C1 RU 2013145655/03 A RU2013145655/03 A RU 2013145655/03A RU 2013145655 A RU2013145655 A RU 2013145655A RU 2539089 C1 RU2539089 C1 RU 2539089C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hardness
- rock
- load
- drilling
- bit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам определения прочности и твердости горных пород путем приложения к ним механических усилий и может быть использовано в горном деле, бурении.The invention relates to methods for determining the strength and hardness of rocks by applying mechanical forces to them and can be used in mining, drilling.
Известен способ определения упругих характеристик горной породы по данным измерений в скважине (пат. РФ №2449122, МПК E21B 49/00, оп. 27.04.2012. Бюл. №12), техническим результатом которого является определение упругих характеристик горной породы по данным замера в скважине радиального смещения стенок наклонной или горизонтальной скважины после вскрытия скважиной заданного интервала пласта. В заданном интервале определяют радиальные смещения боковой и верхней стенок наклонной скважины по результатам измерения радиусов в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Далее по результатам измерения рассчитывают среднее квадративное отклонение и доверительные интервалы смещения стенок скважины. Затем составляют две системы уравнений для боковой и верхней стенок, скважины связывающие соответствующие смещения стенок скважины с упругими характеристиками горной породы, с геостатическим давлением и с гидростатическим давлением бурового раствора и углом искривления скважины. Системы решают методом последовательного приближения относительно модуля деформации и фактического коэффициента бокового распора горных пород.A known method of determining the elastic characteristics of the rock according to measurements in the well (US Pat. RF No. 2449122, IPC E21B 49/00, op. 27.04.2012. Bull. No. 12), the technical result of which is to determine the elastic characteristics of the rock according to the measurement in a well of radial displacement of the walls of an inclined or horizontal well after opening a given interval of a formation by a well. In a given interval, the radial displacements of the lateral and upper walls of the deviated well are determined by measuring the radii in two mutually perpendicular directions. Next, the mean square deviation and confidence intervals for the displacement of the walls of the well are calculated from the measurement results. Then, two systems of equations for the side and upper walls are compiled, the wells connecting the corresponding displacements of the walls of the well with the elastic characteristics of the rock, with the geostatic pressure and with the hydrostatic pressure of the drilling fluid and the angle of curvature of the well. The systems are solved by the method of successive approximation with respect to the deformation modulus and the actual coefficient of lateral thrust of rocks.
Недостатком способа является невозможность определения твердости горной породы непосредственно в процессе бурения, поскольку бурение и измерения, на основе которых осуществляется определение упругих свойств горной породы в прототипе, разнесены во времени.The disadvantage of this method is the inability to determine the hardness of the rock directly during the drilling process, since drilling and measurements, based on which the elastic properties of the rock in the prototype are determined, are spaced in time.
Известны способ определения прочности горных пород и устройство для его реализации (пат. РФ №2204121, МПК G01N 3/40, оп. 27.12.2001 г.), включающий воздействие на горную породу и разрушение ее вращающимся под нагрузкой индентором, в процессе разрушения одновременно измеряют мощность акустических колебаний в призабойной зоне и скорость относительного перемещения индентора и горной породы и определяют показатель прочности горной породы. Недостатком как способа, так и устройства его реализующего является то, что они относятся к лабораторным средствам и применять их в процессе бурения невозможно. Кроме того, к недостатку способа и устройства следует отнести и то, что с их помощью определяется только показатель прочности, а не ее значение.A known method for determining the strength of rocks and a device for its implementation (US Pat. RF No. 2204121, IPC
Наиболее близким способом является способ определения прочности горной породы, включающий различные виды механического воздействия на горную породу, разрушение горной породы, определение показателей прочности с использованием величины прикладываемой нагрузки, площади контактной поверхности индентора или площади лунки разрушения в горной породе (Любимов Н.И., Носенко Л.И. Справочник по физико-механическим параметрам горных пород рудных районов. М.: Недра, 1978 г.).The closest method is to determine the strength of the rock, including various types of mechanical impact on the rock, the destruction of the rock, the determination of strength using the value of the applied load, the area of the contact surface of the indenter or the area of the hole of destruction in the rock (Lyubimov N.I., Nosenko L.I. Handbook of physicomechanical parameters of rocks in ore regions (Moscow: Nedra, 1978).
Недостатком известного способа определения прочности горной породы является отличие формы применяемых инденторов и скорости приложения нагрузки на горную породу от формы породоразрушающего инструмента и скорости приложения усилий при воздействии инструмента на горную породу. Это обуславливает резкое отличие механизма разрушения горных пород при испытаниях от реализуемого в производственных условиях. Как следствие, прочность горной породы, определенная по данным способам, не отражает реальной прочности горной породы.A disadvantage of the known method for determining rock strength is the difference in the shape of the indenters used and the rate of application of the load on the rock from the shape of the rock cutting tool and the rate of application of force when the tool is exposed to the rock. This leads to a sharp difference between the mechanism of destruction of rocks during testing from that implemented in production conditions. As a result, the strength of the rock, determined by these methods, does not reflect the real strength of the rock.
Известна система: буровая - совокупность датчиков (первичных измерительных преобразователей (ПИП) технологических параметров бурения - станция геолого-технологических исследований (ГТИ), осуществляющая сбор, обработку, регистрацию и хранение информации. При этом в функции станции ГТИ входит выдача рекомендаций по совершенствованию бурового процесса на основании полученных данных (Э.Е. Лукьянов. Геолого-технологические и геофизические исследования в процессе бурения. - Новосибирск: Издательство Дом «Историческое наследие Сибири», 2009, 752 с.).The well-known system: drilling - a set of sensors (primary measuring transducers (PIP) of technological parameters of drilling - a station for geological and technological research (GTI), collecting, processing, recording and storing information. At the same time, the GTI station includes the issuance of recommendations for improving the drilling process based on the data obtained (EE Lukyanov. Geological, technological and geophysical research in the process of drilling. - Novosibirsk: Publishing House House “Historical Heritage of Siberia”, 2009, 752 from.).
Недостатком системы является то, что в ней отсутствует модуль (блок), с помощью которого можно осуществить измерения в дифференциальной форме: нагрузку на долото G, механической скорости бурения или времени продолжительности бурения определенного интервала глубины T.The disadvantage of the system is that it does not have a module (unit) with which it is possible to carry out measurements in a differential form: the load on the bit G, the mechanical drilling speed or the duration of drilling for a certain depth interval T.
Задача изобретения - определение и регистрация твердости горной породы забоя и на основании полученной геологической информации оптимизировать дальнейший процесс бурения скважины.The objective of the invention is the determination and registration of the hardness of the rock bottom and based on the obtained geological information to optimize the further process of drilling the well.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения твердости горной породы забоя в процессе бурения скважины, включающем воздействие на горную породу и ее разрушение вращающимся и находящимся под нагрузкой индентором, определение показателей твердости с использованием величины прикладываемой нагрузки и площади контактной поверхности индентора, согласно предлагаемому изобретению измерения осуществляют непосредственно в процессе бурения в дифференциальной форме: механическую скорость бурения ϑ или время продолжительности бурения определенного интервала глубины T, изменением нагрузки на долото, выравнивают значения скоростей или времен, измеряют в момент равенства скоростей или времен значение нагрузки на долото и определяют твердость горной породы забоя по алгоритмуThis object is achieved by the fact that in the method for determining the hardness of the rock bottom while drilling, including the impact on the rock and its destruction by the rotating and under load indenter, the determination of hardness using the value of the applied load and the contact surface area of the indenter, according to the invention measurements are carried out directly in the process of drilling in differential form: mechanical drilling speed ϑ or time continuously drilling a certain interval of depth T, by changing the load on the bit, equalize the values of speeds or times, measure the value of the load on the bit at the moment of equal speeds or times and determine the hardness of the rock face using the algorithm
, ,
где - твердость горной породы неизвестная (определяемая), соответствующая последующей точке измерения по глубине скважины или времени;Where - rock hardness unknown (determined), corresponding to the subsequent measurement point by the depth of the well or time;
- твердость горной породы известная (уставка), соответствующая предыдущей точке измерения по глубине скважины или времени или выбранная, например, по результатам эксперимента; - known rock hardness (set point), corresponding to the previous measurement point by the depth of the well or time, or selected, for example, according to the results of the experiment;
Gi - нагрузка на долото, соответствующая твердости горной породы и измеренная на последующей точке измерения;G i - the load on the bit corresponding to the hardness of the rock and measured at the next measurement point;
Gi-1 - нагрузка на долото, соответствующая твердости горной породы измеренная на предыдущей точке измерения, т.е. соответствующая уставке.G i-1 - the load on the bit corresponding to the hardness of the rock measured at the previous measurement point, i.e. appropriate setting.
Кроме того, для контроля твердости горной породы, нарушаемого по причине изменяющихся забойных условий, равенства алгоритма, в него вводится индикаторный член в или а сам алгоритм примет видIn addition, to control the hardness of the rock, violated due to changing downhole conditions, the equality of the algorithm, an indicator term is introduced into it or and the algorithm itself will take the form
или or
где ϑi - механическая скорость бурения в последующей точке измерения по глубине;where ϑ i is the mechanical drilling speed at the subsequent measurement point in depth;
ϑi-1 - механическая скорость бурения в предыдущей точке измерения по глубине;ϑ i-1 - mechanical drilling speed at the previous measurement point in depth;
Ti - время продолжительности последующего интервала бурения;T i is the duration of the subsequent drilling interval;
Ti-1 - время продолжительности предыдущего интервала бурения.T i-1 - the duration of the previous drilling interval.
Кроме того, восстановление нарушаемого равенства алгоритма осуществляют путем изменения нагрузки на долото - числителя алгоритма до момента равенства единице отношения скоростей или времен, т.е. индикаторного члена алгоритма, причем в момент равенства отношения единице измеряют значение нагрузки на долото - числителя алгоритма.In addition, the restoration of violated equality of the algorithm is carried out by changing the load on the bit - numerator of the algorithm until the ratio of speeds or times is equal to unity, i.e. indicator member of the algorithm, moreover, at the moment of equal relations to one, the value of the load on the bit - the numerator of the algorithm is measured.
Система автоматизированного определения и регистрации твердости горной породы забоя в процессе бурения скважины, включающая датчики нагрузки на долото, перемещения талевого блока, лебедку и станцию ГТИ с программным обеспечением, осуществляющая сбор, обработку и регистрацию информации, отличается тем, что в систему вводят модуль-диспетчер, осуществляющий консолидацию в точках измерения через шаг дискретизации по глубине или времени, указанных устройств на решение задачи по определению и регистрации твердости горной породы забоя, причем в остальное время эти устройства работают в штатном режиме.The system for the automated determination and registration of hardness of bottom rock during well drilling, including the load sensors for the bit, the movement of the tackle block, the winch and the GTI station with software that collects, processes and records information, differs in that a dispatch module is introduced into the system performing consolidation at measurement points through a step of sampling in depth or time of the indicated devices to solve the problem of determining and recording the hardness of a face rock, when it during the rest of the devices are operating normally.
Алгоритм взаимосвязи расхода промывочной жидкости Q, твердости горной породы забоя Pш.з., технологических параметров, разрушающих эту породу, - нагрузку на долото G и число его оборотов n, имеет видAlgorithm for the relationship of the flow rate of the washing fluid Q, the hardness of the rock bottom P n , technological parameters that destroy this rock, - the load on the bit G and the number of revolutions n, has the form
где ;Where ;
VIз - объем разрушенной породы за единичный акт взаимодействия зубка долота с горной породой забоя;V Iz - the volume of the destroyed rock for a single act of interaction of the tooth of the bit with the rock of the face;
Sk0 - площадь поверхности зубка долота, контактирующего с породой забоя;Sk 0 - surface area of the tooth of the bit in contact with the rock bottom;
γп - удельный вес разрушаемой породы;γ p - specific gravity of the rock being destroyed;
γз.п. - удельный вес промывочной жидкости в затрубном пространстве;γ s.p. - the specific gravity of the flushing fluid in the annulus;
γж - удельный вес промывочной жидкости, закачиваемой в скважину.γ W - the specific gravity of the flushing fluid pumped into the well.
Будем считать, что A, G, n постоянны по крайней мере на протяжении одного рейса. Тогда (1) можно записать для соседних точек измерения:We assume that A, G, n are constant for at least one trip. Then (1) can be written for neighboring measurement points:
Возьмем отношение формул (2а) и (2б) и получимWe take the ratio of formulas (2a) and (2b) and get
где - твердость горной породы на глубине Hi, т.е. на последующей точке измерения;Where - rock hardness at a depth of H i , i.e. at the next measuring point;
- твердость горной породы на глубине Hi-1, т.е на предыдущей точке измерения. - rock hardness at a depth of H i-1 , i.e. at the previous measurement point.
При этом ΔH=Hi-Hi-1 - шаг дискретизации по глубине, изменяющийся от 0,1 до 1 м и который задается, например, программно в зависимости от скважинных условий.Moreover, ΔH = H i -H i-1 is the sampling step in depth, varying from 0.1 to 1 m and which is set, for example, programmatically depending on the well conditions.
Из (3) имеемFrom (3) we have
Полученные выражения (3), (4) только подтверждают вывод, что нагрузка на долото зависит только от твердости разрушаемой горной породы забоя (А.А. Погарский. Автоматизация процесса бурения глубоких скважин. - М:. Недра, 1972, 216 с.). Поскольку твердость горной породы по мере углубления забоя постоянно изменяется, то выражение (4) лучше представить в виде неравенства, т.е.The obtained expressions (3), (4) only confirm the conclusion that the load on the bit depends only on the hardness of the rock being destroyed by the face (A.A. Pogarsky. Automation of the deep hole drilling process. - M :. Nedra, 1972, 216 pp.) . Since the hardness of the rock is constantly changing as the face deepens, expression (4) is better represented as inequality, i.e.
Полученное выражение (5) удобно для применения в лабораторных условиях. Применение же его в процессе бурения, когда изменяющаяся, но подлежащая определению твердость горной породы забоя находится на большом расстоянии от устья (месте определения и регистрации), практически невозможно, т.к. в неравенстве нет члена фиксирующего момент равенства левой и правой частей формулы (5).The resulting expression (5) is convenient for use in laboratory conditions. Its use in the drilling process, when the changing but hard to determine hardness of the face rock is at a great distance from the mouth (the place of determination and registration), is almost impossible, because in the inequality there is no member of the moment-fixing equality of the left and right sides of formula (5).
Механическая скорость бурения ϑ или время продолжительности бурения определенного интервала глубины T весьма чувствительны к изменениям условий на забое, особенно к изменениям твердости горной породы, причем их реакция практически мгновенна. Поэтому введем в формулу (5) индикатор равенства в виде отношения скоростей (времени) (отношение - это ничто иное как дифференциальность относительно единицы), т.е. или получимThe mechanical drilling speed ϑ or the duration of the drilling of a certain interval of depth T is very sensitive to changes in the conditions at the bottom, especially to changes in the hardness of the rock, and their reaction is almost instantaneous. Therefore, we introduce the equality indicator in formula (5) in the form of a ratio of speeds (time) (a relation is nothing more than differential with respect to unity), i.e. or we get
, ,
где ϑi и ϑi-1 - соответственно механическая скорость бурения на глубине Hi и Hi-1;where ϑ i and ϑ i-1 - respectively, the mechanical drilling speed at a depth of H i and H i-1 ;
Ti и Ti-1 - соответственно время бурения интервалов проходки на глубине Hi и Hi-1.T i and T i-1 - respectively, the drilling time of the drilling intervals at a depth of H i and H i-1 .
Действительно, при увеличении (уменьшении) твердости горной породы, при прочих равных условиях, скорость проходки ϑi (числитель) будет уменьшаться (увеличиваться) относительно фиксированного (предыдущего) значения скорости в знаменателе ϑi-1 (соответственно увеличиваться (уменьшаться) время Ti относительно Ti-1). Изменением нагрузки на долото Gi в числителе в сторону увеличения (уменьшения) скорости ϑi и уменьшения (увеличения) времени Ti добиваемся условия ϑi=ϑi-1, Ti=Ti-1 или , . Это равенство скоростей есть момент превращения неравенств (6а и 6б) в равенства, т.е. когда создается условие вычисления неизвестной величины твердости горной породы по выражениям (4) или (6а) и (6б), преобразуемым в равенства. Последовательность процедур по определению твердости горной породы по полученным алгоритмам (6а) и (6б) подобна взвешиванию некоего продукта на стрелочных весах. В нашем случае роль стрелки играет отношение или , колеблющееся относительно единицы. Неизвестная и подлежащая определению твердость горной породы находится на одной условной чаше весов (забой), на другой условной чаше (устье) находится известная величина твердости (мера или уставка) и соответствующее ей известное усилие Gi-1 (знаменатель выражений), а также измеряемая величина разновесного усилия Gi (числитель). Изменением разновесного усилия Gi добиваемся равенства ϑi=ϑi-1 или Ti=Ti-1, т.е. когда , . Момент равенства этих отношений единице соответствует превращению неравенств (6а) или (6б) в равенства, по которым теперь можно вычислять неизвестную твердость горной породы забоя. На этом процесс взвешивания заканчивается. Значение меры (уставка) и соответствующее этой мере значение усилия Gi-1 выбирается из различных соображений. Во-первых, величину меры и соответствующее усилие можно получить экспериментально по методу Шрейнера и использовать ее для определения твердости породы забоя и непрерывной регистрации на всем протяжении как по глубине скважины, так и по времени, т.е. в виде градиентной кривой. Во-вторых, в качестве меры может использоваться каждое последующее определенное значение твердости породы и соответствующее ей усилие. Тогда каждое последующее вычисленное значение твердости породы и измеренное усилие (нагрузка на долото) становится предыдущей мерой (уставкой) для очередного процесса измерения и вычисления. Такая последовательность обновления меры (уставки) эквивалентна дифференциальному методу измерений. В этом случае должны четко выделяться границы раздела между слоями пород с незначительным отличием твердостей, а также реагировать на приближающуюся зону АВПД. Таким образом, регистрацию твердости горной породы можно осуществлять в двух форматах:Indeed, with an increase (decrease) in rock hardness, ceteris paribus, the penetration rate ϑ i (numerator) will decrease (increase) relative to a fixed (previous) speed in the denominator ϑ i-1 (increase (decrease) time T i relative to T i-1 ). By changing the load on the bit G i in the numerator in the direction of increasing (decreasing) the speed ϑ i and decreasing (increasing) the time T i, we obtain the condition ϑ i = ϑ i-1 , T i = T i-1 or , . This equality of speeds is the moment of transformation of inequalities (6a and 6b) into equalities, i.e. when a condition is created for calculating an unknown rock hardness value by expressions (4) or (6a) and (6b), which are transformed into equalities. The sequence of procedures for determining rock hardness according to the obtained algorithms (6a) and (6b) is similar to weighing a certain product on an arrow scale. In our case, the role of the arrow is played by the relation or fluctuating relative to unity. Unknown and to be determined rock hardness located on one conventional bowl (bottom), on another conventional bowl (mouth) is a known value of hardness (measure or setting) and the corresponding known force G i-1 (denominator of expressions), as well as the measured value of the equilibrium stress G i (numerator). By changing the equilibrium force G i, we obtain the equality ϑ i = ϑ i-1 or T i = T i-1 , i.e. when , . The moment of equality of these relations to unity corresponds to the transformation of inequalities (6a) or (6b) into equalities, from which it is now possible to calculate the unknown hardness of the face rock. This completes the weighing process. Measure value (set point) and the corresponding value of the force G i-1 is selected from various considerations. Firstly, the size of the measure and the corresponding effort can be obtained experimentally by the Schreiner method and used to determine the hardness of the face rock and to continuously record all along both the depth of the well and time, i.e. in the form of a gradient curve. Secondly, each subsequent determined value of the hardness of the rock and the corresponding force can be used as a measure. Then each subsequent calculated value of the hardness of the rock and the measured force (load on the bit) becomes the previous measure (setting) for the next process of measurement and calculation. Such a sequence of updating the measure (setting) is equivalent to the differential measurement method. In this case, the interface between the rock layers with a slight difference in hardness should be clearly distinguished, and also respond to the approaching zone of the airspace pressure drop. Thus, rock hardness can be recorded in two formats:
- непрерывном - относительно выбранной (заданной) меры;- continuous - relative to the selected (predetermined) measure;
- дифференциальном, когда каждое последущее вычисленное значение твердости становится предыдущей мерой для очередного процесса измерения и вычисления.- differential, when each subsequent calculated hardness value becomes the previous measure for the next measurement and calculation process.
Описанное выше по сути раскрывает последовательность процедур и необходимые средства по реализации этих процедур при определении твердости горной породы забоя. На фиг.1 приведена система вычисления и регистрации твердости горной породы, на которой:The above described essentially discloses the sequence of procedures and the necessary means to implement these procedures in determining the hardness of the rock face. Figure 1 shows a system for calculating and recording the hardness of a rock, on which:
1 - датчик нагрузки на долото;1 - bit load sensor;
2 - датчик перемещения талевого блока, позволяющий определять текущую глубину скважины, мгновенную скорость и механическую скорость за шаг дискретизации по глубине;2 - displacement sensor of the traveling block, which allows to determine the current depth of the well, instantaneous speed and mechanical speed for the sampling step in depth;
3 - лебедка;3 - winch;
4 - модуль-диспетчер;4 - dispatcher module;
5 - программное обеспечение сбора информации;5 - information collection software;
6 - ручной ввод информации;6 - manual input of information;
7 - программное обеспечение обработки информации;7 - information processing software;
8 - программа визуализации и регистрации информации;8 - program for visualization and registration of information;
9 - хронометр, осуществляющий измерение календарного времени и дискретизацию информации по времени, причем шаги дискретизации по глубине и времени должны синхронизироваться;9 - a chronometer that measures calendar time and discretizes information by time, and the sampling steps in depth and time must be synchronized;
10 - регистратор (принтер);10 - registrar (printer);
11 - станция геолого-технологических исследований (ГТИ).11 - station for geological and technological research (GTI).
Вновь вводимый модуль 4 по существу выполняет диспетчерские функции по консолидации устройств и средств в необходимое время на реализацию предлагаемого алгоритма определения и регистрации твердости горной породы забоя и существующих в современных системах контроля и управления процессами бурения (Э.Е. Лукьянов. Геолого-технологические и геофизические исследования в процессе бурения. - Новосибирск: Издательство Дом «Историческое наследие Сибири», 2009, 752 с.). Приведенная на фиг.1 система работает следующим образом. С помощью ручного ввода информации 6 на необходимой глубине или в необходимое время в программу 5 вводится величина твердости горной породы, например определенной предварительно, т.е. мера (уставка) и соответствующая ей величина нагрузки на долото Gi-1, а также с датчика 2 значение текущей механической скорости ϑi-1 или время Ti-1 с хронометра 9. При этом процесс бурения осуществляется в штатном режиме. При приближении к точке измерения, определяемой шагом дискретизации по глубине или времени, задаваемым программой 5, эта же программа в этот момент фиксирует значения нагрузки Gi с датчика 1, механической скорости ϑi с датчика 2 или время Ti с хронометра 9. Полученные данные программа 5 передает в модуль 4, где определяется отношение или . Если эти отношения не равны единице, то модуль 4 вырабатывает сигнал на запуск в работу лебедки 3, которая начнет работать в сторону выравнивания скоростей или времени, устремляя отношения к единице. Как только это отношение будет равно единице, модуль 4 снимет сигнал, заставляющий работать лебедку. Одновременно сигнал поступит с модуля 4 в программу 5, по которому она примет значения нагрузки Gi с датчика. Теперь все необходимые данные для вычисления твердости горной породы, т.е. , Gi, Gi-1, поступят с программы 5 в программу 7, которая вычислит значение твердости по алгоритмуThe newly introduced module 4 essentially performs dispatching functions to consolidate devices and means at the necessary time for the implementation of the proposed algorithm for determining and recording the hardness of the rock face and existing in modern systems for monitoring and control of drilling processes (E.E. Lukyanov. Geological, technological and geophysical research in the process of drilling. - Novosibirsk: Publishing House "Historical Heritage of Siberia", 2009, 752 pp.). Shown in figure 1, the system operates as follows. By manually entering information 6 at the required depth or at the right time, the hardness of the rock, for example, determined previously, i.e. measure (setting) and the corresponding value of the load on the bit G i-1 , as well as from
. .
Далее полученное значение твердости из программы 7 поступает в программу 8, под управлением которой принтер 10 регистрирует полученный результат.Next, the obtained hardness value from
Последующие шаги измерения, вычисления и регистрации будут повторяться на протяжении необходимой глубины скважины или необходимого времени.The subsequent steps of measurement, calculation and registration will be repeated throughout the required depth of the well or the necessary time.
Необходимо отметить, что полученные на первом шаге дискретизации по глубине или времени значения твердости горной породы забоя и соответствующая ей нагрузка на долото необходимо использовать как меру (уставку) для последующих шагов измерения и вычисления твердости горной породы забоя. Первый шаг дискретизации по сути является адаптивным, поскольку полученные на этом шаге результаты твердости горной породы соответствуют забойным условиям конкретной скважины. Кроме того, поскольку определение твердости горной породы осуществляют в реальных скважинных условиях, в которых свойства пород определяются не только твердостью, но и ее фильтрационными (пористостью, проницаемостью) свойствами, то полученный результат больше соответствует буримости горной породы, а сам процесс определения этих свойств - научному эксперименту. Более того, полученный результат твердости горной породы используется для перехода процесса бурения в адаптивный режим, т.е. результат используется как элемент обратной связи в промежутках между процессами измерения и определения твердости горной породы.It should be noted that the hardness values of the bottom rock obtained at the first step of sampling in depth or time and the corresponding load on the bit must be used as a measure (setting) for the subsequent steps of measuring and calculating the hardness of the bottom rock. The first sampling step is essentially adaptive, since the results of rock hardness obtained at this step correspond to the bottomhole conditions of a particular well. In addition, since the determination of rock hardness is carried out in real well conditions, in which the rock properties are determined not only by hardness, but also by its filtration (porosity, permeability) properties, the result obtained is more consistent with rock drillability, and the process of determining these properties is scientific experiment. Moreover, the result of rock hardness is used to switch the drilling process to adaptive mode, i.e. the result is used as a feedback element in the intervals between the processes of measuring and determining the hardness of the rock.
Claims (4)
,
где
Gi - нагрузка на долото, соответствующая твердости горной породы и измеренная на последующей точке измерения;
Gi-1 - нагрузка на долото, соответствующая твердости горной породы измеренная на предыдущей точке измерения.1. A method for automatically determining and recording the hardness of a face rock during a well drilling process, including impacting the rock and its destruction by a rotating and under load indenter, determining hardness indicators using the magnitude of the applied load and the indenter contact surface area, characterized in that the measurements they are carried out directly in the process of drilling in a differential form: mechanical speed or time of drilling duration of a certain inte shaft depth, measured WOB, aligned times or velocities are measured at the moment of equality of speeds or time load value on bit and determining rock hardness algorithm
,
Where
G i - the load on the bit corresponding to the hardness of the rock and measured at the next measurement point;
G i-1 - the load on the bit corresponding to the hardness of the rock measured at the previous measurement point.
в
или ,
где ϑi - механическая скорость бурения в последующей точке измерения по глубине;
ϑi-1 - механическая скорость бурения в предыдущей точке измерения по глубине;
Ti - время продолжительности последующего интервала бурения;
Ti-1- время продолжительности предыдущего интервала бурения.2. The method according to claim 1, characterized in that to control the hardness of the rock, violated due to changing downhole conditions, the equality of the algorithm, an indicator term is introduced into it in the form
at
or ,
where ϑ i is the mechanical drilling speed at the subsequent measurement point in depth;
ϑ i-1 - mechanical drilling speed at the previous measurement point in depth;
T i is the duration of the subsequent drilling interval;
T i-1 - the duration of the previous drilling interval.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013145655/03A RU2539089C1 (en) | 2013-10-11 | 2013-10-11 | Method and system of automated determination and recording of hardness of mine rock of working face during well drilling |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013145655/03A RU2539089C1 (en) | 2013-10-11 | 2013-10-11 | Method and system of automated determination and recording of hardness of mine rock of working face during well drilling |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2539089C1 true RU2539089C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288281
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013145655/03A RU2539089C1 (en) | 2013-10-11 | 2013-10-11 | Method and system of automated determination and recording of hardness of mine rock of working face during well drilling |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2539089C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2716631C1 (en) * | 2019-10-02 | 2020-03-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method for determination of rock strength and device for its implementation |
CN118517256A (en) * | 2024-05-13 | 2024-08-20 | 山东九商定向钻探有限公司 | Intelligent control system of directional drilling equipment |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1330306A1 (en) * | 1985-03-11 | 1987-08-15 | Чечено-Ингушский государственный педагогический институт | Method of controlling differential pressure while drilling |
US5704436A (en) * | 1996-03-25 | 1998-01-06 | Dresser Industries, Inc. | Method of regulating drilling conditions applied to a well bit |
US20020112888A1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-08-22 | Christian Leuchtenberg | Drilling system and method |
RU2465452C1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method of control over well boring parameters and configuration of drilling string bottom for implementation of proposed method |
-
2013
- 2013-10-11 RU RU2013145655/03A patent/RU2539089C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1330306A1 (en) * | 1985-03-11 | 1987-08-15 | Чечено-Ингушский государственный педагогический институт | Method of controlling differential pressure while drilling |
US5704436A (en) * | 1996-03-25 | 1998-01-06 | Dresser Industries, Inc. | Method of regulating drilling conditions applied to a well bit |
US20020112888A1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-08-22 | Christian Leuchtenberg | Drilling system and method |
RU2465452C1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method of control over well boring parameters and configuration of drilling string bottom for implementation of proposed method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЛЮБИМОВ Н.И. и др., Справочник по физико-механическим параметрам горных пород рудных районов, Москва, Недра, 1978. ЛУКЬЯНОВ Э.Е., Геолого-технологические и геофизические исследования в процессе бурения, Новосибирск, Издательство Дом "Историческое наследие Сибири", 2009. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2716631C1 (en) * | 2019-10-02 | 2020-03-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method for determination of rock strength and device for its implementation |
CN118517256A (en) * | 2024-05-13 | 2024-08-20 | 山东九商定向钻探有限公司 | Intelligent control system of directional drilling equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10408054B2 (en) | Method for estimating stress magnitude | |
US10519769B2 (en) | Apparatus and method using measurements taken while drilling to generate and map mechanical boundaries and mechanical rock properties along a borehole | |
Diederichs | The 2003 Canadian Geotechnical Colloquium: Mechanistic interpretation and practical application of damage and spalling prediction criteria for deep tunnelling | |
Kahraman et al. | Review of ground characterization by using instrumented drills for underground mining and construction | |
CN103649781A (en) | Azimuthal brittleness logging systems and methods | |
US20200256187A1 (en) | Systems and methods for classifying mechanical quality of a subterranean formation using measurements obtained during drilling | |
CN105004662B (en) | A kind of method and device for testing rock mass discontinuity contact stiffness | |
Baryshnikov et al. | Practical experience of geomechanical monitoring in underground mineral mining | |
CN113137226A (en) | Portable rock-soil body mechanics parameter drilling test system and device | |
CN102644457A (en) | Method for calculating distance between adjacent wells whiling drilling | |
CN106909759A (en) | A kind of shale formation PDC drill bit rate of penetration Forecasting Methodology and device | |
RU2539089C1 (en) | Method and system of automated determination and recording of hardness of mine rock of working face during well drilling | |
CN107728208B (en) | Method based on formation velocity predicting abnormality pore pressure | |
EP3341562B1 (en) | Method for estimating stress magnitude | |
Koulidis et al. | Experimental investigation of the rock cutting process and derivation of the 3D spatial distribution of the formation strength using in-cutter sensing | |
Biały et al. | Diagnostic methods and ways of testing the workability of coal-a review | |
He et al. | Development of non-smooth fracture surface by cracks propagating in heterogeneous and particulate materials | |
CN107060747B (en) | Early warning method and system for crack development zone during drilling | |
CN112651113A (en) | Safe mud density window judgment method suitable for east China sea pressure failure stratum | |
RU2673093C2 (en) | Method for express determination of the characteristics of the bottomhole formation zone applied when developing the well | |
RU2305298C1 (en) | Method for controlling position of drilling bit during drilling | |
Smith et al. | Listening for landslides: method, measurements and the Peace River case study | |
US20230305182A1 (en) | Quantum gravimeters for hydrocarbon reservoir analysis | |
Rabensteiner et al. | Tunnel monitoring in urban environments | |
Hrubesova et al. | Geotechnical monitoring and mathematical modelling in medieval mine Jeronym (Czech Republic) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151012 |