SE511746C2 - Förfarande och arrangemang för styrning av bergborrning - Google Patents

Description

35 511 746 2 enligt uppfinningen kännetecknas av att värdet av tomgångstrycket i rota- tionsmotorns tryckkanal mäts då borrstången roteras före den egentliga borr- ningen, vilket värde används som referensvärde vid styrning av den egentliga borrningen, och att styrvärdet som används för styrning av borrningen utgörs av differensen mellan det i rotationsmotorns tryckkanal under borrningen uppmätta trycket och nämnda tomgångstryck.

Arrangemanget enligt uppfinningen kännetecknas av att det omfat- tar en styrenhet som mäter värdet av tomgångstrycket i rotationsmotorns tryckvätskekanal, då borrstången roteras före den egentliga borrningen och lagrar det uppmätta värdet av tomgångstryck i ett minne och mäter under borrningen tryckvärdet i rotationsmotorns tryckvätskekanal och styr bergborr- maskinen på basis av differensen mellan det under borrningen uppmätta tryckvärdet och det i minnet lagrade värdet av tomgångstrycket.

Den grundläggande idén med uppfinningen är att trycket i rota- tionsmotorn mäts före den egentliga borrningen och detta uppmätta, så kalla- de tomgångstryck används som nollnivå eller referensvärde då man använder ett regleringsförfarande som baserar sig på trycket som verkar på rotations- motorn. I ett sådant fall utgörs tryckvärdet varpå den egentliga regleringen ba- serar sig av differensen mellan tomgångstrycket och det under regleringen uppmätta trycket. Mätningen kan utföras både i början av borrningen innan borrstången träffar berget och vid långhålsborrning på motsvarande sätt innan matningen och slaget inställts till värden enligt normal borrning.

Uppfinningen har den fördelen att mätningen av tomgångstryckvär- det i början av borrningen alltid medför en pålitlig nollnivå, som är proportionell mot anordningens funktionstillstånd och varmed mätningen av tryckvärdet av det egentliga borrningsförfarandet kan jämföras på ett pålitligt sätt. I ett sådant fall beaktas både skillnaderna på grund av tryckvätskans temperatur och vis- kositetsvärden och andra förluster i anordningen, varför regleringen kan utfö- ras noggrant och pålitligt. Med förfarandet enligt uppfinningen kan man dess- utom undvika vanliga felfunktioner. Uppfinningen har även den fördelen att nollnivån kan vid långhålsborrning utgöras av värdet av trycket som verkar på rotationsmotorn och som bildas av friktionen mellan skarvstången och borrhå- lets vägg, och skarvstångens massa, varför normal borrningsreglering baseras på differensen mellan ovannämnda tryckvärde av tomgångsrotation och det egentliga tryckvärdet. Uppfinningen gör det dessutom möjligt att bättre styra förutom normal borrning även specialsituationer vid borrningen. Sådana spe- 10 15 20 25 30 35 511 746 3 cialsituationer är t.ex. genomborrning, som tidigare ledde till en plötslig framåt- flyttning av bergborren. I arrangemanget och förfarandet enligt uppfinningen detekteras genomborrning omedelbart då differensen mellan ovannämnda tomgångstryckvärde och tryckvärdet av den egentliga rotationen snabbt när- mar sig noll, varvid borrningsregleringen reagerar på ett förutbestämt sätt.

Uppfinningen skall beskrivas mera detaljerat på bifogade ritningar, där f; e figur 1 visar schematisktqfit hydrauliskt diagram över förverkligande av ett förfarande enligt uppfinningen, och figur 2 visar schematishsåsom ett exempel, effekten av tryckväts- kans viskositet på tryckvärden som verkar på rotationsmotorn.

Figur 1 visar schematisfifett hydrauliskt diagram över en bergborr- maskin. Figuren visar en motor roterar tryckvätskepumpar 2 och 3.

Tryckvätskan flyter från tryckvätslâmpen 2 via en kanal 4 till en styrventil 5 och därifrån till en rotationsmotor styrtryckskanal 7 leder från rotations- motorns 6 tryckkanal tillbaka till pufitipen 2, som utgörs av en tryckstyrd volym- flödespump. Rotationshastighetertëâörblir således konstant oberoende av trycket då pumpen matar ett visst jolymflöde av tryckvätska genom rotations- motorn 6. Tryckvätskan strömman§§1 tryckvätskepumpen 3, som även den är en tryckstyrd volymflödespump, kanal 8 till en slaganordnlng 9 och vida- re via en andra styrventil 10 till tningsmotor eller matningscylinder 11.

En styrtryckskanal 12 leder från rëingscylinderns 11 tryckvätskekanaler via en växelventil 13 till pumpens 3 sgëflåïiyckskanal. På motsvarande sätt leder en andra styrtryckskanal 14 från Uyààtskekanalen 8 till växelventilen 13 och kopplas via den till pumpens 3 kanal, varvid kanalen 12 eller 14 med sitt högre tryck kopplas att styra våflödespumpen.

En tryckdetektor 15 är kàlad till rotationsmotorns 6 matningskanal för att indikera trycket som verkarêïåtationsmotorns inloppskanal i matningens riktning. Tryckdetektorn 15 är viašsignalkanal 16 kopplad till en styrenhet 17. Styrenheten 17 är vidare via-:g-rrsignalkanaler 18 - 21 kopplad att styra anordningens ventiler 5 och 10 funktionen av tryckbegränsningsventiler 22 och 23 som begränsar trycket mpens 3 styrtryckskanal. Mätningen och styrdata kan ledas från styrenhet av vilken exempelvis rotationss ts skick kan styras utgående från nor- mala värden för pumpen, ventilerš rotationsmekanismen osv. Eftersom dia- gnostikapparaten som sådan i uppfinningens skyddsomfång skall ll 511 746 10 15 20 25 30 35 4 den inte beskrivas mera detaljerat i detta sammanhang. Det är vidare möjligt att inställa värden som styr anordningens funktion i styrenheten.

Enligt förfarandet anger tryckdetektorn 15 då hålborrningen inleds tryckvärdet, dvs. tomgångstrycket som verkar på rotationsmotorns tryckkanal innan borrkronan träffar berget. Detta uppmätta tomgångstryckvärde lagras i styrenhetens minne för att indikera funktionstrycket under tomgången, med vilket värde ett senare under borrningen uppmätt tryckvärde jämförs. Under borrningen indikeras trycknivån i rotationsmotorns tryckkanal kontinuerligt med hjälp av tryckdetektorn 15, och styrenheten reglerar vid behov borrningen en- ligt differensen mellan det uppmätta tryckvärdet och tomgångstrycket. T.ex. då trycket ökar i rotationsmotorns 6 tryckkanal, reglerar styrenheten 17 matningen genom att styra ventilen 22 så att matningen blir långsammare då trycket ökar, och matningen görs på motsvarande sätt snabbare då trycket börjar sjunka.

Vidare, om tryckvärdet överskrider en förutbestämd tryckgräns, med andra ord differensen mellan det i rotationsmotorns tryckkanal rådande trycket och det fria rotationstrycket, som anger den i början uppmätta referensnivån, överskri- der det inställda tryckdifferensvärdet, kan styrenheten 17 styra ventilen 10 och vända om matningens riktning.

På motsvarande sätt anger tryckdetektorn 15 under långhålsborr- ning även den av tomgångstrycket förorsakade friktionen mellan borrstången och borrhålet, då den egentliga borrningen ännu inte startats. Således är det möjligt att alltid när en ny skarvstång tillkopplats eller i några fall innan en ny borrstång tillkopplas inställa ett motsvarande tryckvärde i styrenhetens minne för att indikera det för tillfället rådande rotationsmotståndet, varför regleringen alltid utförs utgående från det senast uppmätta tryckvärdet av tomgångsrota- tion. l detta fall används det senast lagrade tryckvärdet som inställningsvärde för tomgångstryck, och styrenheten reglerar borrningen på basis av differen- sen mellan det uppmätta tryckvärdet då borrningen fortsätts och ovannämnda senast lagrade värde. I ett sådant fall kan styrningen regleras t.ex. så som be- skrivits ovan i samband med inledningen av borrningen. På motsvarande sätt, då borrstången demonteras, kan tomgångstrycket mätas varje gång en före- gående borrstång avlägsnas, varvid det är på samma sätt möjligt att styra bergborrens funktioner och matning enligt tryckdifferensen under demonte- ringen av borrstången då rotationsmotståndet ökar för mycket.

På motsvarande sätt kan man använda differensen mellan det på detta sätt uppmätta trycket och tomgångstrycket för att styra andra borrnings- 10 15 20 25 30 511 746 s funktioner, såsom rotation och slag. De olika borrningsparametrarna kan se- dan regleras lämpligt med hänsyn till varandra för att åstadkomma önskat borrningsresultat.

Figur 2 i sin tur visar schematiskt hur t.ex. tryckvätskans viskositet påverkar de under fri rotation och funktion uppmätta tryckvärdena. Figuren vi- sar schematiskt tryckvärden uppmätta vid olika viskositetsvärden både under fri rotation och vid olika borrningsskeden. Såsom framgår av figuren kan tom- gångstryckets värde under fri rotation innan borrstången träffar berget vara t.ex. ca 22 - 62 bar uppmätt med en viss typ av bergborrmaskin. Då rota- tionstryckets medelvärde under normal borrning är ca 45 bar högre än det un- der fri rotation eller tomgångsrotaäfi' erhållna tryckvärdet, är tryckvärdet av fri rotation i en annan situation taníï-äåiögre än differensen mellan tryckvärdena vid fri rotation och full effekt. Då ckvärdet av fri rotation används enligt uppfinningen som referensnivà ošiendast tryckdifferensen används för att styra borrningen, kan styrningen regleringen göras avsevärt noggrannare och pålitligare. Då man använ ckdifferensen påverkas anordningens borrningsfunktion endast av förä ar som förorsakas av dess funktion, ef- tersom tomgångstryckets verkan, beror på anordningens funktion, utplå- nas då den ställs som referenstryàfialler nollnivå vid mätning av tryckföränd- nngan Uppfinningen har ovant ____;_' krivningen och på ritningarna beskrivits som ett exempel, men den är på vis begränsad därtill. Styrkopplingama och regleringarna som styr kan förverkligas på många i och för sig kända sätt om bara tryckvärdet, beror på anordningens tomgång, dvs. endast borrstångens rotation, fö ' s enligt förfarandet antingen då borr- ningen inleds, när man roterar = tång, eller då en ny skarvstång till- kopplas, företrädesvis efter tillko in, när det gäller långhålsborrning, var- efter trycket i rotationsmotoms ' y al mäts med hjälp av differensen mel- lan det under tomgången uppmä ckvärdet och tomgångstryckvärdet som uppmätts under borrningen för styršïoch reglering.

Claims (9)

511 746 10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. Förfarande för styrning av en bergborrmaskin, i vilket förfarande borrningen styrs pà basis av trycket i en hydrauliskt driven rotationsmotors (6) tryckkanal, vilket tryck är proportionellt mot en borrstångs rotationsmotstånd, k ä n n e t e c k n at av att värdet av tomgångstrycket i rotationsmotorns (6) tryckkanal mäts dä borrstàngen roteras före den egentliga borrningen, vilket värde används som referensvärde vid styrning av den egentliga bormingen, och att styrvärdet som används för styrning av borrningen utgörs av differensen mellan det i rotationsmotorns (6) tryckkanal under borrningen uppmätta trycket och nämnda tomgångstryck.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n at av att tomgàngstryckets värde mäts väsentligen omedelbart före borrningen av varje hål, och att borrningen styrs på basis av differensen mellan det under borrningen av nämnda hål uppmätta tryckvärdet och nämnda tomgàngstryck, som är lagrat i ett minne före borrningen av hålet.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n at av att tomgàngstryckets värde mäts innan borrkronan träffar berget som skall borras.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n at av att tomgàngstryckets värde mäts vid långhàlsborrning då de sammankopplade borrstängerna roteras i det redan delvis borrade hålet.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n at av att tomgàngstryckets värde mäts efter att en ny borrstång tillkopplats innan den egentliga borrningen fortsätts.

6. Arrangemang för styming av en bergborrmaskin, vilket arrangemang omfattar organ (15) för mätning av trycket i en hydrauliskt driven rotationsmotors (6) tryckkanal och för styrning av bergborrmaskinens funktion pà basis av det uppmätta trycket, k ä n n e t e c k n at av att det omfattar en styrenhet (17) som mäter värdet av tomgångstrycket i rotationsmotorns (6) tryckvätskekanal, då borrstàngen roteras före den egentliga borrningen och lagrar det uppmätta värdet av tomgängstryck i ett minne och mäter under borrningen tryckvärdet i rotationsmotorns (6) tryckvätskekanal och styr bergborrmaskinen på basis av differensen mellan det under borrningen uppmätta tryckvärdet och det i minnet lagrade värdet av tomgångstrycket.

7. Arrangemang enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n at av att 10 511 746 7 styrenheten (17) är anordnad att mäta nämnda tomgängstryckvärde innan borrningen av hälen inleds och enheten lagrar värdet i minnet och styr bergborrmaskinen på basis av difierensen mellan det under borrningen av nämnda häl uppmätta tryckvärdet och det omedelbart före borrningen av hålet i minnet lagrade tomgàngstryckvärdet.

8. Arrangemang enligt patentkrav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t av att styrenheten (17) är vid lànghålsborrning anordnad att mäta nämnda tomgängstryckvärde då borrstängerna roteras i det redan borrade hålet innan den egentliga borrningen fortsätts.

9. Arrangemang enligt pøatentkrav 8, k ä n n e t e c k n at av att styrenheten (17) är anordnad att mäta nämnda tomgängstryckvärde alltid då en ny borrstäng kopplats till den föregående borrstången.