SE535421C2 - Förfarande och system för bestämning av en förändring av ett spolmediumflöde samt bergborrningsanordning - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande förbestämning av en förändring av ett spolningsmediumflöde vid enbergborrningsanordning, varvid en kompressor (8;30l) avger ettflöde av trycksatt gas, varvid nämnda gasflöde åtminstonedelvis används som spolningsmedium vid borrning med ettverktyg (3), varvid, vid borrning, nämnda spolningsmedium ledstill nämnda verktyg (3) för bortspolning av borrningsrester.Förfarandet innefattar att bestämma en hastighet för entryckförändring för nämnda spolningsmedium, och generera ensignal när nämnda bestämda hastighet överstiger ett förstavärde. Uppfinningen avser även ett system och en bergborrningsanordning. Fig. 5

Description

20 25 30 535 421 Gemensamt för ovanstående borrningsprinciper är att berget krossas vid borrning, varvid borrningsrester, s.k. borrkax, bildas, vilka måste evakueras från borrhàlet för att borrningen ska kunna utföras på ett effektivt sätt.

Detta utförs vanligtvis med hjälp av ett spolningsmedium, såsom t.ex. komprimerad luft, spolluft, som leds genom en kanal i borrsträngen för utsläpp genom spollufthål i borrkronan för att därefter ta med sig borrningsresterna på sin väg upp ur hålet.

Vid bergborrning, såsom t.ex., men inte begränsat till, topphammarborrning finns det en risk för att spollufthålen i borrkronan sätts igen av borrningsrester under pågående borrning, och därmed förhindrar spolluften från att spola bort borrningsresterna. Om spolluften hindras från att spola rent hålet från borrningsresterna kommer borrningsrester att börja byggas på runt borrkronan, vilket leder till att borrningen försämras och borrkronan i värsta fall fastnar helt och hållet.

Således erfordras system för att detektera och förhindra dylika situationer från att uppstå, t.ex. genom att generera en varningssignal om spolluftsflödet sjunker till en alltför låg nivå, varvid tillämpliga åtgärder kan vidtas.

Idag tillämpas vanligtvis, vid borriggar där ett spolningsmedium i huvudsak bestående av tryckluft används, ett mellan kompressor och borrstrång anordnat s.k. venturirör. En tryckvakt mäter differentialtrycket över venturiröret, där tryckskillnaden över röret ökar med ökat flöde genom röret.

Tryckvakten instålls på så sätt att en signal genereras när tryckskillnaden över venturiröret, och således därmed även spolluftsflödet, understiger en inställd nivå.

Denna lösning uppvisar dock flera nackdelar. Förutom att lösningen är förhållandevis kostsam, känslig och svår att 10 15 20 25 30 535 421 ställa in på ett korrekt sätt, utgörs tryckvakten av en analog givare som inte kan styras via t.ex. mjukvara. På grund av svårigheter med att ställa in tryckvakten, vilket vanligtvis sker manuellt med hjälp av t.ex. justerskruvar, går det heller inte att anpassa den tryckskillnadsnivå vid vilken tryckvakten genererar en signal efter olika driftspunkter, vilket innebär att tryckvakten kan fungera bättre vid vissa vid bergborrningen rådande förhållanden jämfört med situationer med andra rådande förhållanden.

Det existerar således ett behov av ett förbättrat förfarande för bestämning av förändringar av spolluftflödet vid bergborrning.

Samanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhanda- hålla en metod för bestämning av en förändring av ett spolluftflöde vid en bergborrningsanordning som löser ovanstående problem. Detta syfte uppnås med en metod enligt patentkrav 1.

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande för bestämning av en förändring av ett spolningsmediumflöde vid en bergborrningsanordning, varvid en kompressor avger ett flöde av trycksatt gas, varvid nämnda gasflöde åtminstone delvis används som spolningsmedium vid borrning med ett verktyg, varvid, vid borrning, nämnda spolningsmedium leds till nämnda verktyg för bortspolning av borrningsrester. Förfarandet innefattar att bestämma en hastighet för en tryckförändring för nämnda spolningsmedium, och generera en signal när nämnda bestämda hastighet överstiger ett första värde.

Föreliggande uppfinning har fördelen att ett förfarande för att bestämma en spolningsmediumflödesförändring, och framför allt en spolningsmediumflödesminskning erhålls, som är 10 15 20 25 30 535 421 oberoende av det faktiska arbetstryck som råder i spolningsmediumsystemet/kretsen_ Allmänt gäller att spolningsmediumsystemets faktiska arbetstryck kan förändras avsevärt under pågående borrning.

T.ex. kan enbart den del av spolluftstrycket som hänför sig till flödesmotståndet fram till borrkronan vara mer än dubbelt så stort, eller än större, vid slutet av borrningen av ett hål, när många borrstänger är sammanfogade i borrsträngen, jämfört med vid början av borrningen när endast en borrstång används.

Genom att enligt föreliggande uppfinning bestämma den hastighet med vilken en tryckförändring sker i spolningsmediumkretsen kan denna hastighet användas som representation av skillnaden mellan tillfört flöde till spolningsmediumkretsen och det flöde som faktiskt flödar ut genom borrkronan, varvid en förändring kan bestämmas oberoende av aktuellt arbetstryck. Tryckförändringen kan t.ex. bestämmas med hjälp av en tryckgivare, varvid två eller flera på varandra följande tryckbestämningar kan utföras för bestämning av nämnda tryckförändring.

Uppfinningen har också fördelen att bestämning/detektering av en flödesförändring kan ske innan trycket i systemet har stigit till t.ex. en maxtrycknivå, vilket i sin tur medför att bergborrningsanordningens styrsystem och/eller operatör kan uppmärksammas på det förestående problemet tidigare än vad som tidigare varit möjligt. Således möjliggörs också att åtgärder för att avhjälpa problem med pågående igensättning kan vidtas vid ett tidigare stadium.

Föreliggande uppfinning är särskilt tillämplig vid system där en flödesstyrd kompressor används för att generera nämnda spolningsmediumflöde. Vid flödesstyrda kompressorer skiljer sig vanligen arbetstrycket väsentligt (arbetstrycket är lägre) 10 15 20 25 535 421 från kompressorns/spolluftskretsens maximalt tillåtna arbetstryck. Vid dylika situationer tillhandahåller föreliggande uppfinning en lösning som snabbare kan generera en varningssignal jämfört med den kända tekniken, där arbetstrycket först måste öka till maximal tillåtet tryck innan detektering av en spolluftflödesminskning sker.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar en bergborrningsanordning vid vilken föreliggande uppfinning med fördel kan tillämpas.

Fig. 2 visar ett system för bestämning av en spolluftflödesförändring enligt en exempelutföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 3 visar ett system för bestämning av en spolluftflödesförändring enligt känd teknik.

Fig. 4 visar spolningsmediumflödets tryckförändring över tiden.

Fig. 5 visar ett flödesschema över ett exempelförfarande enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av exempelutföringsformer I fig. 1 visas en bergborrningsanordning enligt en första exempelutföringsform av föreliggande uppfinning, för vilken en uppfinningsenlig övervakning av spolluftflödet kommer att beskrivas.

Den i fig. l visade bergborrningsanordningen innefattar en borrigg 1, i detta exempel en ovanjordborrningsrigg, vilken uppbär en borrmaskin i form av en topphammarborrmaskin 11.

Borriggen 1 visas i användning, borrandes ett hål 2 i berg, vilket börjar vid jordytan och där borrningen för närvarande 10 15 20 25 30 535 421 befinner sig vid ett djup d. Hålet är avsett att resultera i ett hål med djupet ß, vilket, beroende på tillämpningsområde, kan variera stort från hål till hål och/eller tillämpningsområde till tillämpningsområde. Det avslutade hålet anges med streckade linjer. (Det visade förhållandet mellan borrigghöjd och hàldjup är inte på något sätt avsett att vara proportionerligt. Borrens totala höjd V kan till exempel vara 10 meter, medan håldjupet ß kan vara både mindre än och väsentligt mycket större än 10 meter, t.ex. 20 meter, 30 meter, 40 meter eller mer.) Topphammarborrmaskinen 11 är via en borrsläde 13 monterad pà en matarbalk 5. Matarbalken 5 är i sin tur fäst till en bom 19 via en matarbalkshâllare 12. Topphammarborrmaskinen 11 tillhandahåller, via en borrsträng 6 som stöds av ett borrsträngstöd 14, slagverkan på ett borrverktyg i form av en borrkrona 3, vilken överför stötvågsenergi från topphammarborrmaskinen 11 till berget. Av praktiska skäl (utom möjligtvis för mycket korta hål) består borrsträngen 6 inte av en borrstàng i ett stycke, utan består vanligtvis av ett antal borrstänger. När borrningen har fortskridit motsvarande en borrstånglängd sammanfogas en ny borrstàng med de en eller flera redan sammanfogade borrstängerna, varvid borrningen kan fortskrida ytterligare en borrstånglängd innan ny borrstàng sammanfogas med befintliga borrstänger.

Topphammarborrmaskinen 11 är av hydraulisk typ, varvid den effektförsörjs av en hydraulpump 10, vilken i sin tur drivs av en kraftkälla i form av en förbränningsmotor 9 (såsom t.ex. en dieselmotor) via slangar (ej visat) på sedvanligt sätt.

Alternativ kan kraftkållan 9 utgöras av t.ex. en elmotor.

Ett spolningsmedium, i föreliggande exempel komprimerad luft, spolluft, används för renspolning av borrhàlen från det borrkax som bildas vid borrningen så att borrningen kan 10 15 20 25 30 535 421 utföras på ett effektivt sätt (spolningsmediumet kan även innefatta tillsatser. Till exempel kan vatten, med eller utan tillsatsmedel, tillsättas spolluften).

I den visade bergborrningsanordningen leds spolluften från en kompressor 8 via en tank. I föreliggande exempel används en oljesmord kompressor, varvid tanken utgörs av en separatortank (se beskrivning i anknytning till fig. 2-3 nedan). I en utföringsform utgörs kompressorn av en icke-oljesmord kompressor, varvid annan typ av tank kan användas. Alternativt används inte någon tank överhuvudtaget. Från tanken leds spolluften via slangar till borrsträngen för att ledas genom borrstängerna, vilka utgörs av tjockväggiga rör, t.ex. av stål. En i eller genom stängernas väggar i längdriktningen bildad kanal genom borrsträngen används för att leda spolluften från borriggen l genom borrsträngen 6 för utsläpp genom spollufthàl i borrkronan, för att därefter ta med sig borrkaxet på sin väg upp ur hålet.

Spolluften spolar borrkaxet uppåt genom, och ut ur hålet 2 i utrymmet mellan borrstång och hålvägg, vilket indikeras av de uppåtriktade pilarna i fig. 1 (i en alternativ utföringsform spolas borrkaxet ut ur hålet genom en kanal i borrsträngen, varvid spolningsmediumet leds ner genom en andra i borrsträngen bildad kanal).

Oavsett flödesväg erfordras, för att borrkaxet ska följa med spolluften upp ur hålet, att spolluften uppnår åtminstone en viss flödeshastighet. Denna minsta flödeshastighet som krävs för att borrkaxet ska följa med upp ur hålet, och inte stanna kvar med igensättningsproblem som följd, beror i första hand på borrkaxets storlek, form och densitet. Det är viktigt att flödeshastigheten är tillräckligt stor för att borrkaxet ska följa med upp till ytan, eftersom en alltför låg flödeshastighet kan försämra borrningsprestanda, och i värsta 10 15 20 25 30 535 424 fall leda till fastborrning. Samtidigt är det viktigt att spolluftflödets hastighet à andra sidan inte är onödigt stor, eftersom ett alltför stort flöde leder till ökad energiförbrukning, och även till ökat slitage av komponenter p.g.a. den blästringseffekt som uppstàr av det borrkax spolluften för med sig upp ur hålet.

Borriggen innefattar även en styrenhet 18, vilken utgör en del av borriggens styrsystem, och vilken kan användas för styrning av diverse funktioner, såsom t.ex. övervakningen av spolluftflödet enligt föreliggande uppfinning, enligt nedan.

Kompressorn 8 drivs av förbränningsmotorn 9, och enligt föreliggande exempel används en skruvkompressor för att trycka spolluften genom kanalen i borrstängerna ner till borrkronan 3. En skruvkompressor, utgör en kompressor med fast deplacement. I den visade utföringsformen är kompressorn 8 direktansluten till förbränningsmotorn, vilket innebär att en förändring av förbränningsmotorns varvtal direkt kommer att àterspelglas av en motsvarande förändring av kompressorns 8 varvtal. I en alternativ utföringsform är kompressorn förbunden med kraftkällan via någon lämplig typ av växelanordning. Vidare är kompressorn enligt den visade utföringsformen flödesstyrd, dvs. kompressorn styrs på ett sådant sätt att önskat flöde avges oberoende av det tryck som kompressorflödet ger upphov till i den efterföljande spolluftkretsen, så länge som systemets maximala tryck inte har uppnåtts.

Flödet från en kompressor med fast deplacement kan principiellt styras enligt två olika principer, där den ena utgörs av en reglering av kompressorns varvtal. Flödet fràn en kompressor med fast deplacement är direkt proportionellt mot kompressorns varvtal, och i de fall kompressorns kraftkälla (i detta fall förbränningsmotorn 9) kan varvtalsregleras fritt 10 15 20 25 30 535 421 kan således också det av kompressorn avgivna flödet styras till godtycklig nivà mellan 0 och 100% av kompressorns kapacitet enbart med hjälp av varvtalsreglering.

Kompressorn och/eller kanske framförallt kraftkällan kan dock ha ett minimumvarvtal, t.ex. p.g.a. att en förbränningsmotor mäste hälla åtminstone ett tomgàngsvarvtal för att överhuvudtaget kunna vara igång, varvid den praktiskt möjliga nedre gränsen för varvtalsreglering många gånger utgörs av ett visst minsta varvtal, vilket även inför en begränsning för hur litet flöde kompressorn kan avge med hjälp av enbart varvtalsreglering. Dessutom finns det ofta andra till kraftkällan anslutna förbrukare, såsom nämnda hydraulpumpar 10, 15, vilka, för att erhålla tillräcklig effekt, kan erfordra ett högre förbränningsmotorvarvtal än vad som för närvarande erfordras av kompressorn för att kunna avge önskat flöde. I en utföringsform styrs därför kompressorn pà så sätt att den avger lägsta möjliga flöde så länge som detta är lika med eller överstiger önskat flöde. Kompressorns flöde kan även styras genom styrning av kompressorns inloppsventil. Genom att pà ett kontrollerat och önskat sätt styra undertrycket i kompressorinloppet med hjälp av inloppsventilen kan det av kompressorn avgivna flödet regleras till precis önskat flöde.

I en alternativ utföringsform styrs därför kompressorn enligt denna andra princip.

Styrningen av kompressorns flöde kan t.ex. även vara anordnat att styras enligt det i den parallella ansökan ” Anordning och metod vid bergborrning", med samma uppfinnare och inlämningsdag som föreliggande ansökan, beskrivna förfarandet.

Enligt det i nämnda ansökan beskrivna förfarandet visas en lösning där kompressorn arbetar enligt en första mod respektive en andra mod, och där i nämnda första mod kompressorns avgivna flöde är anordnat att styras genom 10 15 20 25 30 535 421 10 styrning av varvtalet för nämnda kompressor, och där i nämnda andra mod kompressorns avgivna flöde är anordnat att styras genom styrning av luftflödet vid kompressorns inlopp. Således kan kompressorns varvtalsbehov vara anordnat att bestämmas enligt det i nämnda ansökan beskrivna förfarandet.

Bestämning av det flöde som kompressorn ska avge kan bestämmas av styrenheten 18 och vara baserad pá en eller flera olika parametrar. T.ex. kan bestämning av spolluftflöde vara baserad på borrhàlets aktuella djup. Kompressorns flöde kan även, helt eller delvis, baseras på hàldimension, borrstàngdimension, borrmaskinens slagverkseffekt (slagverkstryck och/eller slagverksfrekvens) så att, oavsett slagverkseffekt, det hela tiden kan säkerställas att flödet är anpassat till det borrkak som genereras vid borrningen.

Spolluftflödet kan naturligtvis även styras oberoende av slagverkstrycket. Hänsyn kan även t.ex. tas till typ av berg, varvid spolluftflödet kan regleras åtminstone delvis i beroende av den bergart i vilken borrning sker.

Styrningen av det av kompressorn avgivna flödet kan även vara baserad på andra parametrar.

Såsom nämnts tillämpas enligt den kända tekniken ett venturirör för att detektera en flödesförändring i spolluftkretsen. För förstàelsens skull visas i fig. 3 ett exempel pá ett system för detektering av problem med spolluftsflödet enligt känd teknik. Systemet innefattar en kompressor 301 för generering av tryckluft/spolluft. Den luft som komprimeras tas från kompressorns omgivning, och tillförs kompressorn 301 via en inloppsventil 302. Den trycksatta luften leds till en kompressortank/separatortank 303, där den på sedvanligt sätt vid komprimeringen tillförda oljan 10 15 20 25 30 535 421 ll separeras fràn tryckluften för att äter användas som smörjmedel vid komprimeringen av luft.

Tryckluften leds sedan vidare, via ett venturirör 304 och slangar 305, till borrsträngen 306 för att i dess motstáende ände släppas ut genom borrkronans hål för evakuering av borrkax frán borrhálet.

Venturirör är väl kända, och består i princip av ett rör som från båda ändar avsmalnar mot mitten, varvid röret således har en mindre diameter på mitten jämfört med dess ändar. När rörets tvärsnittsarea minskar ökar flödets strömningshastighet, vilket, eftersom flödets energiinnehåll är väsentligen konstant, enligt kända ekvationer innebär att trycket minskar.

Genom att mäta upp trycket före och i mitten av avsmalningen med hjälp av en differentialtryckmätare 310 kan en tryckskillnad bestämmas, där tryckskillnaden kommer att bero av flödet. Denna tryckskillnad används sedan för att bestämma förändringar i flödet. Venturirör finns väl beskrivna i den kända tekniken, och beskrivs därför inte närmare här.

Vidare är en tryckmätare 307 anordnad att mäta trycket i kompressortanken 303 (eller vid annat pà kompressorns högtryckssida lämpligt lokalisering) och förser en regulator 308 med signaler från tryckmätaren 307. Tryckmätaren 307 utgör en analog tryckmätare liksom regulatorn 308 utgör en analog regulator. Regulatorn 308 reglerar det av kompressorn 301 avgivna trycket mot ett referenstryck 309. Referenstrycket inställs vanligtvis med hjälp av t.ex. ett vred som manövreras manuellt. Vredet kan t.ex. vara fabriksinställt på ett sådant sätt att referenstrycket motsvarar det maximala tryck som får användas i systemet. Maxtrycket är vanligtvis bestämt till en nivå som inte medför risk för komponentskador på grund av alltför hög trycknivà. 10 15 20 25 30 535 421 12 Referenstrycket 309 kan förändras med hjälp av nämnda vred.

T.ex. kan i vissa fall borriggens operatör sänka referenstrycket vid situationer där operatören säkert vet att borrningen inte kommer att kräva den maximala kapacitet som systemet kan leverera. Många gånger lämnas dock den fabriksinställda inställningen helt opáverkad.

Regulatorn 308 reglerar kompressorns 301 arbetstryck med hjälp av mekanisk reglering av inloppsventilen 302. Om kompressorns 301 arbetstryck är lägre än referenstrycket 309 görs öppningen mot kompressorns 301 inlopp större med hjälp av inloppsventilen 302. Om, däremot, kompressorns arbetstryck är högre än det inställda referenstrycket 309 görs öppningen mot kompressorns inlopp mindre med hjälp av inloppsventilen 302.

Genom att kontinuerligt reglera den grad till vilken inloppsventilen är öppen kan således kompressorns arbetstryck kontinuerligt regleras.

Detta innebär således att när kompressortankens 303 tryck är lika med referenstrycket kommer inloppsventilen helt att stängas, för att åter öppnas om kompressortankens tryck sjunker under referenstrycket. Med andra ord kan för något givet tryck i kompressortanken det resulterande spolluftflödet (flödet ut ur kompressortanken) utgöra 0 - 100% av det maximala flöde som kompressorn kan leverera. Om spollufthàlen i borrkronan sätts igen så att spolluften inte kan passera kommer således trycket i kompressortanken att regleras till referenstrycket 309, men flödet kommer att sjunka ända ner till noll._ Eftersom det således är svårt att bestämma flödet vid denna typ av reglering används differentialtryckmätaren 310 för att mäta tryckskillnaden över venturiröret 304. När flödet är noll genom venturiröret kommer tryckskillnaden över röret också att vara noll, medan tryckskillnaden över röret kommer att vara 10 15 20 25 30 535 42'! 13 som störst när flödet är som störst. Genom att ställa in ett gränsvärde för differentialtryckmätaren 310 till en nivå som motsvarar ett flöde där borrkronan anses vara igensatt eller på väg att bli igensatt, kan en varningssignal genereras när gränsvärdet nås, och bergborrningsanordningens operatör uppmärksammas på problemet.

Enligt ovan utgörs dock ett problem med denna typ av lösning av att tryckvakten är svår att inställa (den inställs vanligtvis med hjälp av justeringsskruvar), varför den vid borrningens början eller i fabrik inställs till något lämpligt värde som sedan bibehålls under borrningen och således inte ändras i takt med att nya borrstänger tillförs borrsträngen.

Ett annat problem med denna typ av lösning är att varningssignalen kommer att genereras först när trycket i den volym som representeras av slangar och borrstänger efter venturiröret har stigit till referenstrycket, eftersom flödet genom venturiröret åtgår till denna tryckuppbyggnad så länge som referenstrycknivån inte har uppnåtts, varvid det således fortfarande finns ett spolluftflöde genom venturiröret trots att borrkronan kan vara helt igensatt. Denna tryckuppbyggnad kan ta olika lång tid, där tiden kommer att bero på systemets volym nedströms venturiröret, liksom aktuellt tryck i systemet när igensättningen sker. Tryckuppbyggnaden medför en fördröjning innan varningssignalen genereras, med följd att igensättnings-/fastborrningssituationen ytterligare hinner förvärras från det att igensättning sker till dess att varningssignalen genereras.

Problemet med den i fig. 3 visade lösningen blir än större i det fall kompressorn istället för att tryckstyras regleras mot ett önskat flöde enligt ovan, då dels kompressorns arbetstryck vid en sådan lösning ofta är lägre (det faktiskt erfordrade flödet är ofta lägre än det flöde som erhålls vid 10 15 20 25 30 535 421 14 tryckstyrning enligt ovan), samt att kompressorflödet ofta är lägre (vid den i fig. 3 visade lösningen kommer kompressorflödet vara maximalt så länge som kompressortankens tryck understiger referenstrycket), vilket innebär att tryckuppbyggnaden i volymen efter venturiröret kommer att ta ännu längre tid, med en än längre fördröjning innan varningssignalen genereras som följd.

Föreliggande uppfinning löser detta genom att bestämma en representation av en hastighet med vilken en tryckförändring sker i spolningsmediumkretsen, varvid denna hastighet används för att bestämma om igensättning av borrkronan är på väg att uppstå. Föreliggande uppfinning exemplifieras i fig. 2. Fig. 2 visar kompressorn 8 med inloppsventil 202. Figuren visar även en kompressortank/separatortank 203, till vilken en tryckgivare 207 är ansluten. Tryckgivaren 207 är inrättad att avge signaler till en reglerenhet 208.

Det från kompressorn 8 till tanken 203 tillförda flödet leds sedan via slangar 204 och borrsträngen 6 till borrkronan 3 för evakuering av borrkax. Istället för att enligt den i fig. 3 visade lösningen reglera kompressorn baserat pà ett referenstryck regleras kompressorn enligt den i fig. 2 visade utföringsformen baserat på ett referensflöde 209.

Referensflödet 209 kan t.ex. erhållas från en annan del av riggens styrsystem, såsom t.ex. en styrenheten 18 som styr slagkraft, matningskraft och rotation etc. vid borrning.

Referensflödet kan t.ex. bestämmas genom beräkningar i styrenheten 18, där aktuellt hàldjup, hàldiameter etc. kan användas vid bestämningen.

Reglerenheten 208 reglerar sedan, baserat på det erhållna referensflödet, kompressorns 8 flöde enligt ovan genom reglering av inloppsventilen 202, eller genom reglering av kompressorns varvtal, t.ex. genom reglering av 10 15 20 25 30 535 421 15 förbränningsmotorns varvtal, och enligt en ytterligare utföringsform enligt den ovan beskrivna parallella ansökan ”Anordning och metod vid bergborrning”. Reglerenheten 208 utgör en digital reglerenhet, vilken således mottar en digital signal som representerar referensflödet. Genom att reglera kompressorn 8 baserat på ett referensflöde kommer det således hela tiden också att vara känt vilket flöde som avges av kompressorn B. Detta betyder att det tryck som uppstår i spolluftskretsen helt kommer att bero av aktuellt flödesmotstånd, vilket, såsom har beskrivits ovan, kan variera t.ex. med antalet borrstänger.

Istället för att såsom i den kända tekniken använda ett venturirör vid detektering av stopp i spolluftsflödet används enligt föreliggande uppfinning endast tryckgivaren 207 samt det faktum att det av kompressorn avgivna flödet är känt.

Enligt den kända kontinuitetsekvationen gäller, vid en given volym: dV V dp .- ,=-- -- k _ 1) q” q” dr +ße dr (e v där: qm utgör flödet från kompressorn, vilket enligt ovan är känt; qm utgör flödet ut genom borrkronan; ßfi utgör luftens kompressionsmodul. Kompressionsmodulen beror av luftens fysikaliska egenskaper, och kan variera något beroende på vilken typ av kompressionsprocess som sker i kontrollvolymen (isoterm, adiabatisk eller en kombination av de två). Denna felkälla kan dock med god approximation antas vara försumbar. I de fall högre noggrannhet erfordras kan lufttemperaturen efter kompressorn bestämmas, t.ex. med hjälp av en temperaturgivare, varvid denna temperatur kan användas för att korrigera för denna variation. 10 15 20 25 30 535 421 16 I ett system enligt fig. 2 utgörs volymen V av den volym som bestäms av systemet mellan kompressorns utlopp fram till borrkronan, dvs. i huvudsak kompressortank samt spolluftslangar och borrsträng mellan tank och slagverk. I praktiken kommer volymen V att variera något med aktuell oljevolym i kompressortanken (denna ska normalt ligga mellan ett definierat min- respektive maxvärde), samt antalet borrstänger och spolluftskanalens diameter i borrstängerna.

I en utföringsform inmatas därför spolluftkanalens diameter i bergborrningsanordningens styrsystem så att hänsyn kan tas till denna diameter. Likaså kan styrsystemet vara anordnat att hålla reda på antalet borrstänger i borrsträngen, varvid även denna volymförändring kan tas hänsyn till under pågående borrning. Det är även möjligt att använda en nivàsensor i separatortanken för att ta hänsyn till varierande oljenivàer.

Denna volymföråndring är dock inte kontinuerlig, utan sker t.ex. mycket långsamt beträffande oljenivå, varvid volymen, om korrigering överhuvudtaget sker, kan ske med förhållandevis långa intervall, såsom 1 gång/timme eller dag. Likaså sker borrsträngens volymförändring vid ändring av antalet borrstänger, vilket sker vid avbrott i borrningen.

Således behöver ingen kontinuerlig beräkning av àågutföras vid användning av ekv. l ovan. Volymen kan i en utföringsform även anses vara konstant under hela borrningen. På grund av att den absolut största delen av den totala volymen V kommer att utgöras av kompressortanken kan många gånger variationer enligt ovan med god approximation anses vara försumbara, och volymen V betraktas som konstant. Den bortsett kompressortanken största volymen i systemet utgörs av spolluftslangar mellan kompressor och borrsträng, och eftersom dessa har konstant volym kan de med fördel innefattas i den 10 15 20 25 535 421 17 volym som betraktas som konstant. I både fallen ovan kan således ekv. 1 ovan kan reduceras till ekv. 2 nedan: V d qin _. qm :ål ßflrü (ekv. 2) där V ev. kan ändras vid t.ex. ändring av antalet borrstänger enligt ovan, men alltså ur beräkningshänseende anses vara konstant.

Obekanta i ekv. 2 utgörs således av flödet ut genom d borrkronan, qm, samt -E. dt Ett exempelförfarande 500 för att bestämma flödesförändring enligt föreliggande uppfinning visas i fig. 5, och börjar i steg 501, där det bestäms om flödesbestämning ska utföras, vilket t.ex. kan vara anordnat att utföras om kompressorn . .. .. dp och/eller spolning ar startad. I steg 502 bestams -, dvs. hastigheten (derivatan) för tryckförändringen. Hastigheten (derivatan) för tryckförändringen bestäms enligt föreliggande uppfinning med hjälp pà varandra följande mätningar fràn tryckgivaren 207. Detta exemplifieras i fig. 4, vilken visar tryckets variation med tiden, uppmätt med tryckgivaren 207.

Beräkningen exemplifieras för två godtyckliga på varandra följande mätpunkter, där trycket Pi respektive Pb, erhålls vid . . , d tidpunkterna ti respektive tiil. Derivatan :JP-kan således PiH-Pi .. AP bestammas som , dvs. -m t t Genom att utföra nämnda 1u“: bestämning med t.ex. Atintervall kan derivatans förändring följas. Alternativt kan annat tillämpligt sätt att bestämma derivatan användas.

Vidare, såsom inses innebär ekv. 2 att om tryckderivatan är större än noll är flödet ut genom borrkronan mindre än den 10 l5 20 25 535 421 18 från kompressorn tillförda mängden luft, vilket indikerar att d kronan håller på att sättas igen. Med kännedom om -E kan således hela tiden beräknas hur qm-qm förhåller sig, dvs. hur flödet ut ur borrkronan förhåller sig till flödet ut fràn d kompressorn. Så fort :p > O är qm< qi", dvs. flödet ut ur I borrkronan är mindre än flödet ut ur kompressorn, är detta en indikation pà att igensättning häller pà att ske. Många gånger kan mindre igensättningar ske som sedan direkt avhjälpa enbart H. . . . . d . . med hjalp av spolningsmediumflodet, varvid 25 ater sjunker, varför det enligt föreliggande uppfinning används ett gränsvärde för att bestämma om allvarlig igensättning håller på att ske.

Således, om tryckderivatan É? blir för stor betyder detta att t borrkronan håller på att sättas igen. I steg 503 jämförs AP _ . n . därför 1:- med ett gränsvärdeêähnut, och om âç overstiger r I n . AP . , . . . gransvardet :Ä-hnut genereras 1 steg 504 en signal for att t uppmärksamma borriggens operatör och/eller borriggens styrsystem på att igensättning håller på att ske. Operatören och/eller styrsystemet kan då vidta lämpliga åtgärder för att avhjälpa problem med pågående igensättning, där metoder finns välbeskrivna i den kända tekniken, och vilka kan tillämpas här. T.ex. kan slagverkstryck och matningstryck minskas eller helt stängas av för att ge spolluftsystemet möjlighet till återhämtning.

I annat fall återgår förfarandet till steg 501.

Enligt föreliggande uppfinning kan således flödesförändringar (flödesminskningar) snabbt bestämmas genom att bestämma den 10 15 20 25 535 421 19 hastighet med vilken trycket i systemet förändras (dvs. tryckets derivata förändras).

Den maximala tryckderivatan (som uppstår när borrkronan blir helt tilltäppt) beror av mängden spolluft som tillförs, dvs. kompressorflödet. Av denna anledning kan det vara fördelaktigt U H . _ AP. _ att gransvardet pa tryckderivatan :í4nnn beror av det aktuella t kompressorflödet och/eller trycket pá kompressorns högtrycksida (såsom t.ex. det med tryckmätaren 207 bestämda trycket).

Ovan nämnda gränsvärde behöver inte således vara fast under borrningsprocessen.

Vidare kan gränsvärdet t.ex. vara satt pà så sätt att det motsvarar en situation när flödet ut genom spollufthàlen i borrkronan har sjunkit till t.ex. 70% eller 50% eller annan lämplig andel av det från kompressorn utgående flödet.

Systemet kan även vara anordnat att undvika ”falska” indikationer på igensättning, t.ex. vid mycket kortvarig igensättning som avhjälps enbart med hjälp av spolluftflödet. d I detta fall kan systemet vara anordnat på sà sätt att 1? I måste överskrida gränsvärdet under en viss tid, t.ex. en halv sekund, en sekund eller med annat lämpligt tidsintervall.

Enligt en exempelutföringsform används följande uttryck för att bestämma om igensättning råder: d_P> dt const * q _ Flush * p _ derivative __ max , där conw utgörs av en konstant, q_FWßh utgör önskad flödesmängd i % av maximalt flöde, och p_1kfiwuwe_nmxutgör en maximal tryckökningshastighet som anses kunna förekomma i 10 15 20 25 535 421 20 systemet. Den maximala tryckökningshastigheten beror främst av kompressorns maximala flödeskapacitet och systemets volym.

I det fall den i fig. 2 visade lösningen arbetar i ett tryckstyrt läge, t.ex. pga. att den uppnått maximalt tillåtet arbetstryck, hanteras den ovan beskrivna flödesövervakningen på ett annat sätt. I detta driftsläge arbetar kompressorn tryckstyrt, varvid systemet eftersträvar att hålla ett n | u d I konstant sekundartryck, vilket medfor att :?f=0. Saledes I räcker det med att bevaka flödet fràn kompressorn eftersom ekv. 2 i detta fall reduceras till qm=qm, där qm kan erhållas direkt från kompressorstyrningen. När qm understiger ett givet gränsvärde genereras en varningssignal enligt ovan.

Vidare kan den ovan beskrivna flödesövervakningen vara anordnad att fördröjas någon lämplig tidsperiod vid t ex. systemuppstart för att undvika de transienter som ofta förekommer precis när spolningen aktiveras.

I en utföringsform beaktas även andraderivatan vid vissa situationer, såsom t.ex. vid uppstart av systemet.

Andraderivatan beskriver tryckökningens acceleration, och kan användas för att bestämma om en pågående tryckökning t.ex. beror på att systemet precis har startats, och trycket därmed är på väg mot ett arbetstryck och inte ökar pga. igensättning. Även om tryckökning sker, och även tryckökningens hastighet fortfarande ökar, kan den hastighet med vilken tryckökningens hastighet ökar, dvs. accelerationen, minska, vilket kan användas som indikation på att igensättning inte pågår, åtminstone så länge som accelerationen beaktas tillsammans med tryckökningen för att säkerställa att tryckökning fortfarande pågår. 535 421 21 Ovan har föreliggande uppfinning exemplifierats vid en flödesstyrd kompressor. Kompressorn kan dock även vara styrd på annat sätt, varvid det av kompressorn avgivna flödet kan bestämmas med hjälp av en t.ex. flödesmätare, t.ex. på kompressorns högtrycksida. Uppfinningen kan även användas vid andra typer av borrningsförfaranden än ovan exemplifierade, såsom t.ex. vid DTH (Down-The-Hole) borrning.

Claims (17)

1.0 15 20 25 535 421 22 Patentkrav

1. l.Förfarande för bestämning av en förändring av ett spolningsmediumflöde vid en bergborrningsanordning, varvid en kompressor (8;30l) avger ett flöde av trycksatt gas, varvid nämnda gasflöde åtminstone delvis används som spolningsmedium vid borrning med ett verktyg (3), varvid, vid borrning, nämnda spolningsmedium leds till nämnda verktyg (3) för bortspolning av borrningsrester, varvid förfarandet innefattar att: - bestämma en hastighet för en tryckförändring för nämnda spolningsmedium, och - generera en signal när nämnda bestämda hastighet överstiger ett första värde.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid nämnda signal genereras först när nämnda bestämda hastighet har överstigit nämnda första värde under en första tid.

3. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid nämnda bestämning av nämnda hastighet för en tryckförändring bestäms med hjälp på varandra följande tryckbestämningar, varvid u . .. . AP .. N namnda hastighet bestams enligt 3:-, dar AP utgor l tryckskillnaden mellan tryckbestämningarna och där At utgör tiden mellan tryckbestämningarna.

4. Förfarande enligt nàgot av föregående krav, varvid nämnda bestämning av nämnda hastighet för en tryckförändring bestäms genom bestämning av en derivata för tryckförändringen för nämnda spolningsmedium.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid nämnda kompressor (8;30l) styrs på så sätt att ett bestämt gasflöde avges. 10 15 20 25 30 535 42'l 23

6. Förfarande enligt krav 5, varvid nämnda kompressorflöde styrs genom varvtalsreglering och/eller reglering av kompressorns (8;30l) inloppsventil (302).

7. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid nämnda bestämning av en hastighet för en tryckförändring för nämnda spolningsmedium utförs med hjälp av en bestämning av en tryckförändring på nämnda kompressors (8;30l) högtrycksida.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid nämnda bestämning av en hastighet för en tryckförändring för nämnda spolningsmedium utförs med hjälp av en bestämning av en tryckförändring vid en position mellan nämnda kompressor (8;30l) och nämnda verktyg (3).

9. Förfarande enligt något av föregående krav varvid nämnda bestämning av en hastighet för en tryckförändring utförs kontinuerligt eller med vissa intervall.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid, vid borrning, nämnda första värde bestäms åtminstone delvis baserat pà det av kompressorn (8;30l) avgivna flödet och/eller ett tryck på kompressorns (8;30l) högtrycksida.

11. ll. Förfarande enligt något av föregående krav, vidare innefattande att bestämma det av kompressorn (8;30l) avgivna flödet med hjälp av en flödesmätare.

12. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid nämnda signal endast genereras när en andra tid har förflutit sedan borrningen startades.

13. Förfarande enligt något av föregående krav, vidare innefattande att bestämma en representation av accelerationen (andraderivatan) för nämnda tryckförändring av nämnda spolningsmediumflöde, varvid nämnda signal endast genereras när nämnda acceleration överstiger ett andra värde. 10 15 20 535 421 24

14. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid nämnda bestämning av en förändring av ett spolningsmediumflöde utgör en bestämning av en minskning av nämnda vid nämnda verktyg (3) avgivna spolningsmediumflöde.

15. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid, när ett maximalt inställt spolningsmediumtryck uppnåtts, flödet från kompressorn (8;30l) bestäms, varvid nämnda signal genereras när nämnda flöde understiger ett andra värde.

16. System för bestämning av en förändring av ett spolningsmediumflöde vid en bergborrningsanordning, varvid en kompressor (8;30l) är anordnad att avge ett flöde av trycksatt gas, varvid nämnda gasflöde åtminstone delvis är anordnat att användas som spolningsmedium vid borrning med ett verktyg (3), varvid, vid borrning, nämnda spolningsmedium leds till nämnda verktyg (3) för bortspolning av borrningsrester, kännetecknat av: - första bestämningsorgan för bestämning av en hastighet för en tryckförändring för nämnda spolningsmedium, och - signalgenereringsorgan för generering av en signal när nämnda bestämda hastighet överstiger ett första värde.

17. Bergborrningsanordning, kännetecknad av att den innefattar ett system enligt krav 16.