SE535585C2 - Förfarande och anordning för slagverkande sänkhålsborrning - Google Patents

Description

20 25 30 535 585 per tidsenhet kan övervakas. Vidare, har operatören normalt tillgång till parametersiffror för fluidtryck, fluidflödes- hastigheter och rotationshastighet för borrsträngsrotator. I syfte att inte skada borrkronan eller andra delar av utrust- ningen under borrning, är sådana parametrar som bl a matnings- kraft/vikt pà borrkrona och borrhammarfluidtryck föremål för begränsningar. ÅNDAIVLÅL ocH vIKTIGAsTE SÄRDRAG Hos UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att till- handahålla ett förfarande för övervakning av slagverkande sänkhålsborrning såsom indikeras ovan, vilken adresserar ovan- nämnda problem med bakgrundstekniken, och vilken ger möjlig- heterna att tillhandahålla borrningsoptimeringsmöjligheter.

Detta ändamål uppnås när en kontrollfrekvens eller - frekvenser varande representativ (-a) för slagfrekvensen hos sänkborrhammaren avkänns eller uppskattas av en sensorenhet möjligen inkluderande en beräkningsenhet, och en representa- tion av en spridning av sagda kontrollfrekvens- eller - frekvenser skapas för att producera ett svar pà en reglering av åtminstone en borrparameter som en förändring av vidden av sagda spridning.

Kontrollfrekvensen eller -frekvenserna kan verkligen vara själva slagfrekvensen för slaghammaren, vilken är känd som basfrekvensen, och detta är föredraget. Den kan emellertid också vara en andra överton eller ytterligare övertoner därav eller eventuellt någon annan frekvens som är relaterad till slagfrekvensen.

I denna beskrivning betyder ”första harmonisk frekvens” basfrekvens, "andra harmonisk frekvens” betyder första över- ton, ”tredje harmonisk frekvens” betyder andra överton etc.

Termen ”harmonisk frekvens” inkluderar således basfrekvensen och övertoner. 10 15 20 25 30 535 585 I denna beskrivning betyder också ”slagfrekvensspridning” i grunden vidden av spridning av de något olika slagfrekven- serna (eller slagfrekvensfördelning) som slag avgivna av ham- maren utför sett över en önskad eller bestämd tidsperiod. Mot- svarande gäller för ”kontrollfrekvensspridning”, se nedan.

I betraktande av en slagfrekvensfördelning med de verk- liga utförda slagen över en viss tidsperiod, kan detta normalt ses som ett mer eller mindre brett band av frekvenser kring en basfrekvens.

Uppfinningen är baserad pà förståelsen att slagfrekvens- spridning, varvid frekvensvariationen för sänkborrhammaren representerad, är en värdefull beskrivning av borrningsproces- sen. I området av basfrekvensen, till att börja med, betyder en vid spridning att sänkborrhammaren arbetar med brett varie- rande frekvenser, under det att vid en trång spridning, sänk- borrhammaren arbetar med lika, i praktiken samma eller i det närmaste samma frekvens över en vald period. Med denna kunskap är det möjligt att fastställa huruvida en borrparameter- reglering resulterar i en breddning eller insnävning av frekvensspridningen. Det ska också noteras att borrparameter- regleringar ofta leder till förändring av (bas-) arbets- frekvensen och hela frekvensbandet. Detta betyder att regleringar resulterar i att frekvensbandet som helhet för- flyttas till högre eller längre frekvenser, möjligtvis utöver breddning eller insnävning.

En sänkborrhammare tillförs slag- och spolningsfluidflöde och sänkborrhammaren är föremål för rotationskraft och mat- ningskraft och är i grunden konstruerad för borrning vid bestämda frekvenser som är beroende pà slaghammarfluidtryck, hâllängd, djup, berghårdhet etc. Under borrningsprocessen, emellertid, händer det att emellanåt borrkronan kommer att bli något framförd i sänkborrhammaren som resultat av mjukare berg, sprickor i berget etc. Å andra sidan, emellanåt, händer 10 15 20 25 30 535 585 det att borrkronan inte avancerar så långt som vanligt under ett hammarslag eller hammarslag på grund av att sänkborrhamma- ren inträder i hårdare berg.

I fallet då borrkronan har avancerat något bortom den normala positionen efter ett slag, kommer detta att resultera i reduktion av frekvensen på grund av att tiden mellan ham- marslag kommer att utsträckas. Å andra sidan, när borrkronan inte har avancerat så långt som vanligt, är tiden mellan ham- marslagen reducerad och kommer frekvensen att öka.

Sådan variation, med reducerad och ökad frekvens, uppträ~ der mer eller mindre kontinuerligt under borrningsprocessen, och spridningen kan upptäckas med rimlig precision efter en kort tidsperiod, redan efter att hammaren har utfört omkring 5 ~ 10 slag. Utökande av tidsperioden något så att ett större antal slag har utförts ökar normalt precisionen.

Denna frekvensvariation presenteras i enlighet med uppfinningen och som regel är det önskvärt att spridningen är så snäv, dvs att slag utförs med så jämt frekvens som möjligt.

Härigenom uppnås flera fördelar genom att risker för att skada utrustningen är reducerade. I synnerhet undviks risken att skada borrkronan och, inducerat av borrkronan, risken att skada hammaren undviks eller åtminstone reduceras. Risker för ineffektiv borrning i fall av varierande frekvens och därvid ostabil borrning kan undvikas eller åtminstone reduceras. Som helhet sett, tillämpningen av uppfinningen resulterar i möj- ligheter till bättre borrningsekonomi, på grund av möjligheter till styrning i riktning av optimering av borrningsprocessen.

Borrhammarfrekvensen bör också avstämmas till rotations- hastighet, eftersom det är viktigt för effektiviteten av borr- ningsprocessen att borrkronan har roterats en förutbestämd vinkel mellan slag för att tillförsäkra att hårdmetallskär- elementen i borrkronan ingriper med opåverkat berg i så stor utsträckning som möjligt. Varierande borrhammarfrekvens resul- 10 15 20 25 30 535 585 terar i slag som utförs för tidigt eller för sent i detta hän- seende.

I grunden syftas här till insnävning av slagfrekvensspridningen för att uppnå vad som beskrivs ovan.

Detta kan emellertid uppnås genom den uppfinningsenliga meto- den genom avkänning eller uppskattning av vad som här kallas en kontrollfrekvens eller -frekvenser, dvs är representativ (- a) för slagfrekvensen såsom bl a harmoniska frekvenser. Ett skäl för detta är att i vissa sammanhang är sådana frekvenser enklare uppfångade och/eller signalbehandlade än slagfrekven- sen för slaghammaren. När, i denna beskrivning, referens görs till ”slagfrekvens” för signaluppfångning och behandling, kan också sådana kontrollfrekvenser användas. Dessa kontroll- frekvenser kan bli direkt avkända eller uppskattade eller beräknade genom i och för sig kända signalbehandlingsmetoder.

Enligt uppfinningen, är sådana frekvenser avkända, men i vissa sammanhang är de beräknade eller estimerade baserat på vibra- tioner uppfångade från riggen, marken eller luften, också genom i och för sig kända signalbehandlingsmetoder_ I synnerhet regleras sagda åtminstone en borrparameter i en riktning där vidden av sagda spridning insnävas. Härigenom stabiliseras borrningen, resulterande i ovan indikerade för- delar i förhållande till reducerade risker för skador på utrustningen, mer stabil borrning och bättre borrningsekonomi.

Med termens ”borrningsparameter regleras i en riktning” menas att parametern regleras så att parametervärdet ökas eller reduceras, t ex att ett flödeshastighetsvärde, ett tryckvärde etc ökas eller reduceras. ”En riktning” kan således betyda riktningen av ökning eller riktningen av reduktion.

Sagda åtminstone en borrparameter än normalt en eller flera från gruppen: matningskraft/vikt på borrkrona, matnings- hastighet, rotationshastighet, rotationsmoment, slagfluid- flödestryck, slagfluidflödeshastighet, spolningsfluidflödes- 10 l5 20 25 30 535 585 tryck, spolningsfluidflödeshastighet. Dessa parametrar regle- ras enkelt manuellt.

Vid en föredragen utföringsform, samplas slagfrekvensen för sänkborrhammaren (eller bredare, kontrollfrekvens) för att bilda en representation täckande en bestämd tidsperiod. Detta ger möjligheten av signalering av en representation som är extra enkel att förstå för en operatör. Detta kan uppnås genom att visa eller pà annat sätt varsko operatören om tillståndet för operationen.

Företrädesvis, när det har fastställts att en reglering i en riktning av sagda åtminstone en borrparameter resulterar i breddning av vidden av spridningen, avslutas regleringen i den riktningen och/eller omregleras sagda åtminstone en borrpara- meter i den motsatta riktningen. Ocksà föredraget, när det har fastställts att en reglering i en riktning av sagda åtminstone en borrparameter resulterar i insnävning av vidden av sprid- ningen, bibehålls regleringen i den riktningen eller fortsätts i samma riktning.

Det föredras att slagfrekvensen (eller bredare kontroll- frekvensen) är detekterad utanför ett hål som borras, vid varje position från gruppen: pà eller intill en borrigg som är associerad med sänkborrhammaren, på borrsträngen, i närheten till borrsträngen, i luften intill borrsträngen, I en utföringsform som är enkel att tillämpa, signaleras eller visas sagda representation av spridningen av frekvensen för att assistera manuell reglering av sagda åtminstone en borrparameter.

När förfarandet inkluderar skapande av en representation av en amplitud av sagda fördelning av sagda kontrollfrekvens eller -frekvenser för att producera ett svar på en reglering av åtminstone en borrparameter som en förändring av magnituden av sagda amplitud uppnås ytterligare fördelar. I en korrekt representation är hög amplitud en indikator på mer effektiv 10 15 20 25 30 535 585 borrning. Det är därför fördelaktigt att ha möjligheten att reglera sagda åtminstone en borrparameter i en riktning där magnituden av sagda amplitud är ökad. Borrparametrarna som kommer i fråga i detta hänseende är desamma som har diskute- rats ovan med avseende pà kontroll av spridning av fördelning av frekvens eller frekvenser.

Uppfinningen gör det möjligt att göra kombinerad använd- ning av sagda frekvens- och amplitudrepresentationer för över- vakning under borrning. Det ska noteras att det också till- handahàller för att ordningen av att konsultera frekvens- representationsdata och amplitudrepresentationsdata är optio- nell i den utsträckningen att operatören inte är bunden att konsultera någon av dessa representationer före den andra.

Vidare föredras att när det är fastställt att en reglering i en riktning av sagda åtminstone en borrparameter resulterar i minskning av magnituden av sagda amplitud, avslu- tas regleringen i den riktningen eller omregleras sagda åtmin- stone en borrparameter i den motsatta riktningen.

Det föredras också att när det är fastställt att en reglering i en riktning av sagda åtminstone en borrparameter resulterar i ökning av magnituden av sagda amplitud, bibehålls regleringen i den riktning eller fortsätts reglering i samma riktning.

Sagda representation av sagda amplitud är företrädesvis signalerad eller visad för att assistera manuell reglering av sagda åtminstone en borrparameter.

Det ska noteras att en representation av sagda amplitud också kan användas passivt för indikering av förändringar i bergmotstánd eller/hårdhet under borrning. Exempelvis, vid stabil borrning, kan frekvens vara stabil även om borrkronan passerar olika berg. Det refereras också till det ovanstående angående den fördelaktiga aktiva användningen av en represen- 10 15 20 25 30 535 585 tation av sagda amplitud genom assistering av operatören för att ta till åtgärder för att styra borrning.

I en utföringsform av den uppfinningsenliga metoden, är erhållna slagfrekvens och/eller -amplituddata loggade och lag- rade pà ett sätt så att de är senare låsbara som borrnings- karaktäristiska. Detta ger ett antal fördelar.

För det första gör det det möjligt att ha förkunskaper när efterföljande hål ska borras i mer eller mindre trånga områden där borrning av ett hàl redan har genomförts och de motsvarande data har loggats genom loggningsorgan och lagrats i ett minne. Härigenom ges borraren indikationer av vad som kan förväntas under borrningen, varvid han är assisterad i hur åtgärder skal vidtas när borrkronan möter olika bergforma- tioner etc.

För det andra kan prestation vad det gäller rigg, borr- krona, operatör etc utvärderas.

Motsvarande fördelar uppnås med avseende på en anordning för att övervaka slagverkande sänkborrning med en sänkborrham- mare. Denna anordning inkluderar en eller flera sensorenheter för att detektera eller estimera en kontrollfrekvens eller - frekvenser vilka är representativa för slagfrekvensen hos sänkborrhammaren. Anordningen inkluderar också ett representa- tionsorgan för att skapa en representation av en spridning av sagda kontrollfrekvens eller -frekvenser och för att producera ett svar på en reglering av åtminstone en borrparameter som en förändring av vidden av sagda spridning. Representations- organet kan bl a vara en visuell display eller en audiosigna- leringsanordning för att assistera i manuell parameter- kontroll.

Sänkborrhammaren matas med fluidflöde för slagverkan och spolning och sänkborrhammaren är utsatt för rotationskraft och för matningskraft. 10 15 20 25 30 535 585 Det är också inom omfånget för uppfinningen att representationsutdata helt enkelt är en siffra, vilken är indikativ av vidden av spridningen. Syftet är då att reducera det talet, varvid frekvensspridningen insnävas.

Represensationsorganet kan bl a också vara kretssystem för att skapa ett virtuellt frekvensspridningsviddvärde. Detta kretssystem kan antingen vara associerat med en visuell dis- play eller en audiosignaleringsanordning som ovan.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas med ledning av utfö- ringsexempel och med referens till de bifogade ritningarna, pà Vilka: Fig. 1 visar ett system inkluderande en anordning för övervakning av slagverkande sänkborrning enligt uppfinningen i en schematisk översikt, Fig. 2 visar ett schema över tre olika slagfrekvensfördelningsrepresentationer för att illustrera slagfrekvensspridning under tre olika operativa tillstånd, Fig. 3 - 7 visar en utföringsform av en användargränssnittlayout för en display hos en anordning enligt uppfinningen i olika situationer, Fig. 8 visar en andra utföringsform av en annan användar- gränssnittlayout för en display för en anordning i enlighet med uppfinningen, Fig. 9a visar en tredje utföringsform av ett användargränssnitt för att skapa audiosignaler, Fig. 9b visar en graf illustrerande audiosignaler skapade av användargränssnittet i fig. 9a, Fig. 10 visar ett blockschema illustrerande en utförings- form av den uppfinningsenliga metoden, Fig. ll visar schematiskt en övervakningsanordning enligt uppfinningen i form av funktionsblock, och 10 15 20 25 30 535 585 10 Fig. 12 visar i ett stapeldiagram en representation av slagamplitud för ett antal konsekutiva slag.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en borrigg för slagverkande sänkborrning vilken inkluderar en understruktur 2 såsom en stödram för att stödja borriggen mot ett underlag. Understrukturen 2 uppbär utrustning för försörjning av en sänkborrhammare 8, varvid sagda utrustning inkluderar, inuti ett hölje 4 (ej visat) en motor och olika pumpar för tillförsel av hammartryckfluid, rotatorfluid, matningsfluid etc. Sagda utrustning är förbunden med en borrsträng 6 över i och för sig kända medel.

Understrukturen 2 uppbär en matningsbalk 3, vilken kan vara vinklad efter önskemål över en ledförbindning på ett kon- ventionellt sätt. Matningsbalken 3 uppbär en fram och tillbaka glidbart förflyttbar rotator 5 för att tillhandahålla rotation till borrsträngen 6 under borrprocessen. Borrsträngen 6 är, på konventionellt sätt, utgjord av ett antal rörsektioner, vilka är gängade vid varandra. Inuti rören finns kanaler för trans- porten av hammartryckfluid och spolningsfluid.

Vid den fria änden av borrsträngen 6, inuti det borrade hålet 7, är anordnad sänkborrhammaren 8, vilken inkluderar en hammarkolv som är driven av hammartryckfluiden tillhandahállen av sagda utrustning genom borrsträngen 6 till hammaren 8 på ett i och för sig känt sätt.

Vid frontänden av hammaren 8 är mottagen en borrkrona och 9 som har en frontyta med fördelade hàrdmetallskärelement för ingrepp med berget under borrprocessen. 10 indikerar en styr- enhet, med en display för att medge att en operatör sätter parametervärden med avseende på olika fluidtryck etc i syfte att styra operationen hos borriggen 1. ll indikerar en anord- ning för att övervaka borrprocessen som har inställninge- knappar 12 och en display 13. 10 15 20 25 30 535 585 11 Anordningen ll för övervakning av den slagverkande sänk- borrningen är associerad med ett övervakningsorgan, vilket i detta fall inkluderar en sensor 14 i stånd att mäta frekvens, vilken i sin tur i denna utföringsform är placerad pà mat- ningsbalken 3 hos borriggen l. Som sensorer 14 kan olika sen- sorer komma ifråga, såsom sensorer mätande acceleration, sen- sorer mätande hastighet eller sensorer mätande fysisk för- flyttning. Sensorn 14 är i stànd att registrera vibrationer som matningsbalken 3 utsätts för, bland vilka är vibrationer emanerande från slag utförda av sänkborrhammaren 8. I en utfö- ringsform är sensorn 14 positionerad pà ett rotationshuvud i form av rotatorn 5.

Anordningen 11 inkluderar vidare kretssystem för att filtrera fram vibrationer av intresse, vilka i detta fallet är de vibrationer som emanerar fràn sänkborrhammaren under borr- processen. Andra olika vibrationer såsom emanerande från rota- torn, från matningsmekanismen etc. hos borriggen 1 och möjli- gen från externa källor är inte av intresse med avseende på föreliggande uppfinning och är därför normalt utrade- I rade/bortfiltrerade i kretssystem inuti anordningen för över- vakning 11.

På detta sätt är det möjligt att skapa en representation av slagfrekvensen för sänkborrhammaren 8 och i synnerhet för spridningen av slagfrekvensen, vilket betyder att varierande frekvenser bredvid en slagfrekvens för sänkborrhammaren kan vara representerade pà sådant sätt att en vidd av spridningen av frekvens i området av basfrekvensen kan visas eller signa- leras. Anordningen ll för att övervaka är separat från kon- trollsystemet för borriggen 1 i fig. 1. Detta är fallet även om frekvenssensorn 14 är anbringad vid en del av själva borriggen 1.

I fig. 2 är tre olika frekvensfördelningsrepresentationer illustrationer av frekvensspridning i tre olika driftför- lO 15 20 25 30 535 585 12 hållanden för en sänkborrhammare. Här är illustrerat i ett diagram förekomsten A av slag utförda av hammaren som en funk- tion av slagfrekvensen f över en vald tidsperiod. Det är sålunda visat att för olika operativa tillstånd, slaghammaren utför slag med mer eller mindre jämn frekvens kring en ideal frekvens fb Den heldragna linjekurvan Cl relaterar till drift med en betydande frekvensspridning ledande till sämre borrdrift.

Den streckade linjekurvan C2 relaterar till drift med mindre spridning och med en distinkt spets ledande till mer acceptabel borrning. Denna typ av drift är vad som kan för- väntas att uppnås, åtminstone fràn tid till tid, av en i hög grad erfaren och skicklig operatör.

Den prickavbrutna linjen C3 relaterar till drift som är närmast ideal borrning. Här är slagen i mycket hög grad utförda vid eller mycket nära den ideala frekvensenf Denna typ av drift kan uppnås i enlighet med föreliggande uppfinning under en hel borrningsprocess.

Fig. 2 visar också första C3.l och andra C3.2 ”övertoner” (motsvarande till andra och tredje gradens harmoniska frekven- ser) för driften motsvarande till C3. Enligt uppfinningen är det inte uteslutet att övervakningen är baserad pà sådana övertonrepresentationer som i grunden tillhandahåller sprid- ning motsvarande vad som beskrivs häri med avseende på sprid- ning i området av basfrekvensen.

I fig. 3 - 7 visas ett exempel på en användargränssnitt- layout, varvid där finns ett antal av operatöringàngar såsom slaghammare, tryck och antalet rör som för tillfället är inkluderade i borrsträngen. I displayen 15 visas vidare (pà den högra sidan i displayen i fig. 3) ”Frek” eller frekvens, där den svarta fyrkanten är verklig frekvens och pilen indike- rar ideal frekvens. ”Spridning” där den svarta fyrkanten indi- lO 1.5 20 25 30 535 585 13 kerar graden av variation av frekvens för den aktuella frekvensen.

I synnerhet, i displayen i fig. 3, ”Hammare” är typ av använd slaghammare ”Tryck” är slagfluidflödestryck (i bar); ”Rör nr” är antal av rör (borrsträngselement) i borrsträngen; ”Frek" är bas (medel) slagfrekvens för hammaren; ”Spridning” är vidden av förevarande slagfrekvensspridning.

”Ampl lf” är amplituden för den första frekvensen, vilken är basfrekvensen under det att "ampl 2f” och ”ampl 3f” indike- rar amplituder för första och andra övertoner för den upp- fångade frekvensen.

Alla frekvenser kan vara i Hz eller helt enkelt vara ett displayvärde använt för referens.

På vänster sida av displayen i fig. 3 visas en svart fyr- kant 16 indikerande vidden (W) för frekvensspridningen av de aktuella frekvenserna som uppfàngas av en sensor och har en höjd (H), vilket i detta fall representerar summan av amplitu- der av ampl lf, 2f och 3f relaterade till den själva mate- matiska metod som används. I detta fall är metoden genom samp- ling över tid av registrerade frekvenser sett över en bestämd tidsperiod. Den svarta fyrkanten 16 ska ses som en transforma- tion av någonting som kan anses vara slagfrekvensfördelningen (representerat av den verkliga av kurvorna Cl - C3 i fig. 2) och är ett exempel på ett användargränssnitt som är enkelt att förstå för en operatör för att assistera honom att göra kor- rekta parameterregleringar.

Med displayen i fig. 3 för ögonen är uppgiften för opera- tören för att insnäva vidden W i ändamål att nà en vidd V som ses i en málfyrkant 17 (se fig. 4) för att erhålla en mer ideal och mer stabil borrning. Såsom är fallet i fig. 2, ten- derar borrningen att vara ostabil resulterande i den nackdelen som nämns ovan i den inledande delen av denna beskrivning. 10 15 20 25 30 535 585 14 Vidare, frekvensspridningen representerad av den svara fyrkanten 16 i fig. 3 är med dess centrala del, indikerad av centrumlinjen L, uppenbarligen till vänster av en central del av målfyrkanten 17 indikerad av centrumlinjen 1. Detta betyder att den verkliga frekvensen också är något under den ideala frekvensen relaterad till den valda slaghammaren, det inställda trycket och de rådande värdena för parametrarna som påverkar borrprocessen, Av detta skäl ska operatören sträva efter att öka frekvensen något så att en central linje L för den svarta fyrkanten 16 sammanfaller med en central linje l för målfyrkanten 17.

I fig. 4 visas den initiala displayen innan borrnings- processen har startat, varvid den vita fyrkanten 17 som målet är visad utan att vara täckt av den svarta fyrkanten som i fig. 3. Som framgår till höger i denna figur är inga borr- värden representerade.

I fig. 5 visas en andra borrsituation, varvid den svarta fyrkanten 18 är t o m vidare (W) än vad fallet är i fig. 3 och sålunda frekvensspridningen är större. Det framgår också att höjden H av den svarta fyrkanten 18 är relativt låg indike- rande att i denna utföringsform hammareffektivitet är relativt låg och att hammarkraft bortslösas genom ej avstämd slag- verkan.

Syftet för operatören ska sålunda vara att reglera para- meterinställningar hos borriggen för att reducera W, att insnäva den svarta fyrkanten 18 och därigenom frekvens- spridningen och att något reglera en centrumlinje för frekvensfördelningsrepresentationen så att den sammanfaller med en centrumlinje för målfyrkanten 17.

Som exempel, i allmänhet kan frekvensspridningen erhållas genom sampling av de i verkligheten utförda, varierande slag- frekvensen för hammaren över en bestämd tidsperiod. Denna tidsperiod är hàllen så kort att i praktiken realtidsöver- 10 15 20 25 30 535 585 15 vakning erhålls och tillräckligt lång för att utföra ett till- räckligt antal slag i syfte att en representativ spridning erhålles.

Fig. 6 visar en situation där frekvensen kan säga vara stabil eftersom den svarta fyrkanten 19 är av acceptabel vidd indikerande att frekvensspridningen är lág, under det att centrumlinjen för den svarta fyrkanten 19 är till vänster av centrum för màlfyrkanten 17 indikerande att hammaren borrar under idealfrekvens. Syftet för operatören är i detta fall sålunda helt enkelt att öka hammarfrekvensen.

Detta har uppnåtts i displayen som visas i fig. 7, där den svarta fyrkanten 20 helt täcker màlfyrkanten 17 och har samma vidd som målet 17. Hammaren är här arbetande vid den ideala frekvensen och amplituden har ökat för att vara rela- tivt hög.

Det kan nämnas att i allmänhet hög amplitud kan vara skadlig för borrprocessen genom att den kan skada borrkronan.

Fig. 8 visar en enkel variant av en anordning 11' med en display för att övervaka slagborrning, varvid 21 representerar en verklig frekvensfördelning som uppfàngats av en frekvens- sensor 14' positionerad i området av en (ej visad) borrigg.

Anordningen 11' kommunicerar med frekvenssensorn 14' över ett trådlöst system via antenner A1 och A2. 12' indikerar inställ- ningsknappar motsvarande till vad som visas i fig. 3. Vidden av spridningen av frekvensfördelningen 21 representerar frekvenser utförda av sänkborrhammaren (ej visad). 22 indike- rar med streckade linjer två målgränser för vidden av frekvensspridningen och 23 indikerar med en streckad linje en centrumlinje representerande en ideal frekvens vid de rådande förhållandena för den använda hammaren, trycket etc.

Operatören användande anordningen 11' i fig. 8 har upp- giften att reglera borriggparametrar så att å ena sidan insnäva frekvensspridningen, å andra sidan att något öka den 10 15 20 25 30 535 585 16 centrala eller medelfrekvensen för att sammanfalla med den streckade linjen 3.

Det kan nämnas att i praktiken detta kan uppnås genom att operatören börjar att reglera en parameter, såsom ändra mat- ningskraft/vikt på borrkronan och/eller rotationsmatning.

Genom att göra regleringar pà den enda parameter, får operatö- ren omedelbart feedback från anordningen ll' om representa- tionen visar en breddning eller en insnävning av spridningen.

Om spridningen breddas som ett resultat av regleringen, avslu- tar operatören regleringar i den riktningen och försöker istället reglera i den motsatta riktningen, varefter han får omedelbar feedback om denna väg är framgångsrik. Därefter, om vidden av spridningen fortfarande är vidare än målet, fortsät- ter operatören att reglera en annan parameter, sàsom t ex före rotationshastighet och får feedback på motsvarande sätt för att nä målvidden och också màlfrekvensen (ideal frekvens).

Fig. 9a visar en alternativ utföringsform, varvid en anordning ll” är en audiosignaleringsanordning inrättad att emittera audiosignaler genom en högtalare 24 som representa- tioner av frekvensspridningen. 14” indikerar en frekvens- sensor, vilken kan vara av samma typ eller annorlunda typ som diskuteras ovan.

Fig. 9b illustrerar i en graf en emitterad ljudsignal 25, vilken i detta fall är relativt vid med en vidd W resulterande i en relativt otydlig ljudsignal, vilken också har dess topp sidobelägen, nedan, en ideal màlfrekvens indikerad med en streckad linje vid 26. I praktiken kan idealfrekvensen signa- leras som verkligen avbrutna ljudsignaler som har en enkelt uppfattbar frekvens (uppenbarligen mycket högre än slag- frekvensen) som skapad inuti anordningen 11".

Syftet för operatören är sålunda här att göra regleringar så att den otydliga signalen 25 blir klarare med snäv frekvensfördelning och därigenom kurvan 25 snävare och att ha 10 15 20 25 30 535 585 l7 spetsfrekvensen sammanfallande med màlfrekvensen 26. Som ett alternativ, som ett komplement eller en ersättning till sagda ljudsignal, kan en visuell display i grunden visande grafen i fig. 9b presenteras för operatören.

Fig. 10 visar ett blockschema illustrerande en utförings- form av det uppfinningsenliga förfarandet, varvid: Position 30 indikerar starten av sessionen.

Position 31 indikerar erhållande av frekvenssignaler från en frekvenssensor.

Position 32 indikerar behandlande av signaler mottagna från frekvenssensorn för att isolera relevanta signaler relaterande till hammarslag, att utradera möjliga brussignaler relaterande till andra källor och att vidareleda isolerade relevanta sig- naler.

Position 33 indikerar mottagning av isolerade relevanta signa- ler och att transformera dessa signaler till ett format som är lämpat för att skapa en uppfattningsbar representation.

Position 34 indikerar signalering eller visning av en repre- sentation av frekvensspridning.

Position 35 indikerar slutet av sessionen.

Positioner 31 - 35 repeteras kontinuerligt eller inter- mittent inom valda, företrädesvis korta tidsperioder för att verkligen reflektera aktuell verklig drift för den övervakande borriggen.

Sessionen kan föredraget komplimenteras med stegen att inställa värden för fasta parametrar såsom t ex hammartyp, rörantalet etc.

Fig. ll visar schematiskt en utföringsform av en över- vakningsanordning enligt uppfinningen, vilken omfattar; - En frekvenssensor 14 av en sensorenhet för att erhålla frekvenssignaler emanerande från en sänkborrhammare.

- En signalbehandlingsanordning 36 mottagande signaler från frekvenssensorn och i stånd att isolera relevanta signa- 10 15 20 25 30 535 585 l8 ler relaterande till hammarslag, att radera bort möjliga brussignaler relaterande till andra källor och att leda vidare i isolerade relevanta signaler.

- En beräkningsenhet 37, som mottar isolerade relevanta signaler från anordningen 36 och transformerar dessa sig- naler till ett format som är lämpat för att skapa en upp- fattningsbar representation.

- En displayanordning 38 som har en skärm för att visa representationen av frekvensspridningen.

- Ett tangentbord 39 för operatörsinmatning av vissa värden.

Signalbehandlingsanordningen 36 kan vara en sensorkrets och vara integrerad i frekvenssensorn eller i beräkningsenhe- ten 37. Displayanordningen är lämpligen integrerad tillsammans med tangentbordet 39 i ett hus inneslutande en beräkningskrets hos beräkningsenheten 37.

Frekvenssensorn 14 och signalbehandlingsanordningen 36 kan sägas utgöra sensorenheten för att avkänna och estimera slagfrekvensen hos sänkborrhammaren (eller bredare uttryckt kontrollfrekvensen).

Beräkningsenheten 37 och displayanordningen 38 kan sägas bilda ett representationsorgan för att skapa en representation av en spridning av slagfrekvensen och för att producera ett svar till en reglering av åtminstone en borrparameter som en förändring av vidd av sagda spridning.

Fig. 12 visar i ett stapeldiagram en representation av slagamplitud för ett antal konsekutiva slag utförda av en sänkborrhammare. Variation i amplitud är en indikation pà för- ändringar i egenskaperna hos berget mätt av borrkronan. Enligt denna figur är det en abrupt minskning i amplitud mellan slag 8 och 9 indikerande att borrkronan har kommit in i en berg- formation som gör förändrat motstånd mot borrkronan, oftast på grund av förändring i hårdhet. Slag 15 - 21 är utförda med 10 15 20 25 30 535 585 19 kontinuerligt ökande amplitud indikerande att borrkronan möter berg med kontinuerligt ändrade egenskaper vad avser motstånd.

Informationen i fig. 12 kan vara användbar för operatören i att bestämma gången av borrprocessen men företrädesvis är amplituddata samplade över en bestämd tidsperiod och presente- rade i ett format som är snabbare uppfattningsbart för opera- tören. En sådan presentation kan vara i form av de fyllda staplarna i det vänstra området av fig. 3 - 7, varvid ”H” kan vara en representation av sådan amplitudsampling. Variationen i representation av amplitud kan föredraget bl a användas för att leda i riktningen av högre borrhastighet. Vid stabil borr- ning med jämn frekvens eller mer eller mindre konstant och acceptabel frekvensspridning kan amplitud fortfarande variera med bergegenskaper.

Uppfinningen kan modifieras inom omfånget för de bifogade kraven. Andra typer av anordningar eller medel för signalering kan övervägas och representation av frekvensspridningen kan utföras på annat sätt, t ex som icke linjär såsom runda eller ovala figurer som användaren kan använda som områden att mini- mera genom regleringar av parametrar.

Det är också möjligt att tillhandahålla en display med trendpilar som indikerar à ena sidan frekvensspridningstrender och eventuellt också amplitudvariationstrender för att assi- stera operatören i att styra borrprocessen. Övervakningsorganet och representationsorganet kan också vara annorlunda vad avser gränssnitt mellan kretssystem utförande dessa funktioner. Exempelvis kan det ha integrerade delar, hårdvara och/eller mjukvara.

Det är också möjligt att använda en display som visar väsentligen kurvformatet i fig. 2.

Uppfinningen har hittills relaterats till styrning base- rat på signaler och värden som har erhållits och beräknats under borrprocessen. Uppfinningen gör det emellertid möjligt 10 535 585 20 att tillhandahålla olika uppföljningsoptioner genom att data erhållna genom det uppfinningsenliga förfarandet och anord- ningen kan loggas, lagras och arrangeras för efterföljande användning. Därigenom kan korttids- såväl som långtidsresultat och trender bestämmas med avseende pà individuella operatörer och borriggar. Detta kan användas allmänt för effektivitets- styrning. En speciell användning av sådana resultat och tren- der är att det kan tillhandahållas verktyg för riggägaren att få reda pà t ex när mer utförlig träning av operatörer kan vara behövligt.

Claims (22)

10 15 20 25 30 535 585 21 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för övervakning av slagverkande sänkborrning, varvid borrningen utförs med en sänkborrhammare (8), varvid metoden inkluderar: - detektering eller estimering av en kontrollfrekvens eller - frekvenser som är representativa för en slagfrekvens för sänk- borrhammaren (8), och - skapande av en representation (16,18,19,20,2l,25) av sprid- ning av fördelning av sagda kontrollfrekvens eller -frekvenser för att producera ett svar på en reglering av åtminstone en borrparameter som en förändring av vidd (W) av sagda sprid- ning.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid sagda åtminstone en borr- parameter regleras i en riktning där vidden (W) av sagda spridning insnävas.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, varvid sagda åtminstone en borrparameter är en eller flera från gruppen: matnings- kraft/vikt på borrkrona, matningshastighet, rotationshastig- het, rotationsmoment, slagfluidflödestryck, spolfluidflödes- tryck.

4. Förfarande enligt krav 1, 2 eller 3, varvid sagda kontroll- frekvens eller -frekvenser är samplad (samplade) för att bilda en representation (l6,l8,19,20,2l,25) täckande en önskad eller bestämd tidsperiod.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid - när det konstateras att en reglering i en riktning av sagda åtminstone en borrparameter resulterar i breddning av vidden (W) av slagfrekvensspridningen, avslutande regleringen i den 10 15 20 25 30 535 585 22 riktningen eller omreglering av sagda åtminstone en borrpara- meter i den motsatta riktningen.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid - när det fastställs att en reglering i en riktning av sagda åtminstone en borrparameter resulterar i en insnävning av vid- den (W) av slagfrekvensspridningen, bibehållande regleringen i den riktningen eller fortsättande av regleringen i samma rikt- ning.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid kon- trollfrekvensen eller -frekvenserna detekteras utanför ett hål som borras, vid någon position från gruppen: på eller intill en borrigg (1) som är associerad med sänkborrhammaren (B), på en borrsträng (6), på marken intill borrsträngen (6), i luften intill borrsträngen (6).

8. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid - sagda representation (16,l8,19,20,2l,25) av spridningen av slagfrekvensen signaleras eller visas för att assistera manuell reglering av sagda åtminstone en borrparameter.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid sagda kontrollfrekvens är basslagfrekvensen eller en andra eller ytterligare harmonisk frekvens därav.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, inkluderande skapande av en representation av en amplitud av sagda för- delning av sagda kontrollfrekvens eller -frekvenser för att producera ett svar på en reglering av åtminstone en borrpara- meter som en förändring av magnituden av sagda amplitud. 10 15 20 25 30 535 585 23

11. ll. Förfarande enligt krav 10, varvid sagda åtminstone en borrparameter regleras i en riktning där magnituden av sagda amplitud ökar.

12. Förfarande enligt krav 10 eller ll, varvid - när det fastställs att en reglering i en riktning av sagda àtminstone en borrparameter resulterar i minskning av magnitu- den av sagda amplitud, avslutande av regleringen i den rikt- ningen och omreglering av sagda åtminstone en borrparameter i motsatt riktning.

13. Förfarande enligt krav 10, 11 eller 12, varvid - när det fastställs att en reglering i en riktning av sagda åtminstone en borrparameter resulterar i ökning av magnituden av sagda amplitud, bibehållande av regleringen i den rikt- ningen eller fortsättande av regleringen i samma riktning.

14. Förfarande enligt något av kraven 10 - 13, varvid - sagda representation av sagda amplitud signaleras eller visas för assisterande av manuell reglering av sagda àtmin- stone en borrparameter.

15. Förfarande enligt något av kraven 10 - 14, varvid ampli- tuddata samplas för att bilda en representation täckande en önskad eller bestämd tidsperiod.

16. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid erhållna slagfrekvens- och/eller amplituddata loggas och lag- ras på ett sätt så att de är senare låsbara som borrnings- karakteristika.

17. Anordning för övervakning av slagverkande sänkborrning, varvid borrningen utförs med en sänkborrhammare (8), k ä n - 10 15 20 25 30 535 585 24 n e c k n a d av - en sensorenhet för detektering eller estimering av en kontrollfrekvens eller -frekvenser som är representativa för en slagfrekvens för sänkborrhammaren, och - ett representationsorgan för att skapa en representation (16,18,l9,20,2l,25) av en spridning av fördelning av sagda kontrollfrekvens eller -frekvenser för att producera ett svar på en reglering av åtminstone en borrparameter som en föränd- ring av vidd av sagda spridning.

18. Anordning enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d av - att ett kretsorgan är arrangerat att sampla kontrollfrekven- sen eller -frekvenserna för att bilda en representation (16,18,l9,20,2l,25) täckande en bestämd tidsperiod.

19. Anordning enligt krav 17 eller 18, k ä n n e t e c k n a d av - att den inkluderar åtminstone en sensor (14) i stånd att mäta frekvens, varvid sensorn är positionerad utanför ett hål som borrats, vid någon position från gruppen: på eller intill en borrigg som är associerad med sänkborrhammaren, pâ borr- strängen, på marken intill borrsträngen, i luften intill borr- strängen.

20. Anordning enligt nàgot av kraven 17 - 19, k ä n n e - t e c k n a d av - att en signalerings- eller displayanordning är arrangerad för att tillhandahålla utdata assisterande manuell reglering av sagda åtminstone en borrparameter baserat på sagda repre- sentation av spridningen av slagfrekvensen.

21. Anordning enligt något av kraven 17 - 20, k ä n n e - 10 535 585 25 t e c k n a d av organ för att skapa en representation av en amplitud av sagda fördelning av sagda kontrollfrekvens eller - frekvenser för att producera ett svar på en reglering av åtminstone en borrparameter som en förändring av magnitud av sagda amplitud.

22. Anordning enligt något av kraven 17 - 21, k ä n n e - t e c k n a d av organ för loggning och lagring av erhållna slagfrekvens- och/eller amplituddata på ett sätt så att de är senare lösbara som borrkaraktäristika.