SU1500768A1

SU1500768A1 - Способ распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин и устройство для его осуществления

Info

Publication number: SU1500768A1
Application number: SU874250995A
Authority: SU
Inventors: Viktor N Udovichenko
Original assignee: Trest Dalvostuglerazvedka
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1987-05-27
Publication date: 1989-08-15

Description

Изобретение относится к горному делу и позволяет повысить точность распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин. В процессе бурения датчиком 1 или 2 измеряется механическая скорость (МС)

(РЗ). Датчик 3 гидравлически связан с датчиком 4 давления промывочной жидкости в нагнетательной магистрали. Текущие значения параметров сравниваются с пороговыми уровнями, задаваемыми блоком 6 задания порогов. Сигнал МС в пороговом элементе 7 сравнивается с нижним, а сигнал давления промывочной жидкости, соответствующий определенной РЗ, в пороговых элементах 8 и 9 - с нижним и верхним порогами. Распознавание момента встречи угольного пласта осуществляется логическим узлом 15 при условии одновременного стабильного превышения МС порогового уровня и попадания РЗ в интервал между пороговыми уровнями. Блок 16 сигнализа- . ции оповещает о моменте встречи угля. Для исключения влияния ложных сигналов, удовлетворяющих пороговым уровням, сигналы поступают на входы соответствующих элементов И 11 и 13 непосредственно и через элемент 10

1500768 А1

1500768 4

Изобретение относится к горному делу, а. именно к способам и средствам определения момента подсечения пласта полезного ископаемого в процессе бурения скважин, и может быть использовано в ходе поисков и разведки угольных месторождений.

Цель изобретения - повышение точности и надежности распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин в сложных геолого-технических условиях.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - размещение устройства на буровой; нд фиг.З, 4 и 5 - рабочие положения деталей датчика реакции забоя.

Устройство распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин содержит (фиг.1) датчики 1 и 2 механической скорости бурения, датчик 3 реакции забоя, датчик 4 давления промывочной жидкости в наг- 25 нетательной магистрали, дискриминатор 5, содержащий блок 6 задания порогов и три пороговых элемента 7, 8 и 9, а также элемент 10 задержки и четыре элемента И 11-14, входящие в состав логического узла 15.

Выходы блока 6 задания порогов соединены с первыми входами пороговых элементов 7-9. Выход датчиков $$ 1 и 2 механической скорости бурения подключен к второму входу первого порогового элемента 7, а выход датчика 4 давления промывочной жидкости в нагнетательной магистрали - к вто- до рым входам второго и третьего пороговых элементов 8 и 9, выхбды которых соединены с первым и вторым входами второго элемента И 12. Выход первого порогового элемента 7 соединен с пер- д$ выми входами первого элемента И 11 и элемента 10 задержки, выход которого подключен к второму входу первого элемента И 11. Выход второго элемента И 12 соединен с первым входом третьего элемента И 13 и с вторым входом элемента 10 задержки, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И 13. Выходы первого 11 и третьего 13 .элементов И подключены соответственно к первому и второму входам четвертого элемента И, выход которого соединен с входом блока 16 сигнализации.

Датчик 3 реакции забоя (фиг.2) спускается на колонне 17 бурильных труб в скважину 18, на буровом станке 19 установлен датчик 1 или 2 механической скорости бурения, фиксирующий вращение лебедки 20 или поступательное движение шпинделя 21. В процессе бурения промывочная жид10 кость в скважину 18 подается буровым насосом 22 по нагнетательной магистрали 23 через подвесной сальник 24.

В магистрали установлен преобразователь давления промывочной жидкости 15 в электрический сигнал - датчик 4.

Для реализации способа производится одновременная регистрация двух параметров - механической скорости бурения и величины реакции забоя на породоразрушающий инструмент. Текущие значения параметров сравниваются с фиксированными пороговыми уровнями, техническая скорость с нижним, а реакция забоя - с нижним и верхним.

Распознавание момента встречи пласта угля при бурении' осуществляется при условии одновременного превышения механической скоростью порогового уровня и попадания реакции забоя в интервал между верхним и нижним пороговыми уровнями. Способом предусматривается практически мгновенная передача сигнала о вхождении величины реакции забоя в фиксированную зону по гидравлическому каналу связи в виде импульсов давления определенной амплитуды, преобразования их в электрические сигналы и дальнейшую обработку сведений об обоих параметрах логической распознающей системой. О моменте встречи угля машинист буровой установки оповещается световой и звуковой сигнализацией.

Устройство распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин работает следующим образом.

Предположим, что бурение производится по породам кровли угольного пласта. Осевая нагрузка на забой скважины при этом С, и ей соответствует реакции забоя скважины на по$$ родоразрушающий инструмент и забой- . ный датчик . Чувствительный элемент 25 датчика 3 (фиг.2) сжимается пропорционально величине и запорный орган 26 относительно цилиндра

1500768

6

27 занимает положение, показанное на фиг.З. Промывочная жидкость при этом беспрепятственно проходит через буровой снаряд и датчик 3 к забою скважины. Датчик 4 давления промывочной жидкости в нагнетательной магистрали бурового насоса измеряет давление . Бурение производится с механической скоростью ν₄ , измеренной при помощи датчика 1 или 2 в зависимости от способа подачи бурового снаряда.

В момент перехода породоразрушающего инструмента из пород кровли в угольный пласт, как из среды более прочной в менее прочную (уголь имеет 4-5 категорию по буримости и предел прочности при одноосном сжатии 6^ = 4-20 МПа, породы кровли,’ т.е. песчаники, алевролиты, 6-8 и выше категорию по буримости и СГ_с^_ » 40-400 МПа), резко увеличивается механическая скорость и уменьшается реакция забоя на инструмент К-₂, а также изменяется в сторону повышения давление промывочной жидкости Р_&.

Пороговые уровни устройства отрегулированы следующим образом.

Механическая скорость <^<^_П£)р_ОГ*; ν^, В забойном датчике чувствительный элемент 25 (пружина) регулируется так, что в момент встречи угольного пласта запорный орган 26 занимает положение, показанное на фиг.4, т.е.

^Ли.порог V’ Я'в.порог^ ^к<»

^а ^Н.ПОрбГ ^< порог’

- нижний пороговый уровень реакции забоя;

- значение реакции забоя в момент промывки скважины с минимальной нагрузкой;

- верхний пороговый уровень реакции забоя.

Если К₂ удовлетворяет пороговым требованиям, то запорный орган 26 перекрывает доступ промывочной жидкости к забою скважины, что сопровождается резким ростом давления, величина которого регулируется пружиной 28 гидроклапана, периодически сбрасывающего давление (фиг.5). Таким образом, в момент встречи угольгде л

Η. порог

порог

ного пласта на забое скважины формируется и мгновенно по столбу промывочной жидкости внутри бурового снаряда передается гидравлический сигнал в виде импульсов давления определенной амплитуды .

Пороговые уровни сигнала давления устанавливаются следующим образом.

10

Р >

н.порог

1’

Р Р'

6,порог 2

15

рог

где Р - нижний пороговый

н.приег (

уровень давления,'

- верхний пороговый уровень давления.

При этом в момент встречи пласта

угля Р_н Ρ_χ< Р& _ПОор_Г ·

Верхний уровень введен с целью 20 устранения ложных сигналов в канале

давления в момент нарушения нормального технологического процесса, например, при уменьшении сечения промывочных каналов коронки по ка25 ким-либо причинам (например, при подклинивании керна). Рассмотрим работу устройства на примере некоторых наиболее характерных ситуаций. Бурение производится по вмешаю30 щим породам в кровле угольного пласта. Величины параметров при этом _ζν_τ€ν_πορ0Γ , ν^Κ».ηοροΓ и, соответственно, _лоррг · Сигналы механической скорости и давления промывочной 35 жидкости через пороговые элементы 7, 8 и 9 не проходят.

Породоразрушающий инструмент внедряется в породу, механическая скорость бурения по которой возрастает,

40 выполняется условие ν_γ>ν _г . Однако реакция забоя на забойный датчик при этом изменилась недостаточно для удовлетворения пороговых условий, т.е. _рГ и соответственно

⁴⁵ порог ® нагнетательной магистрали бурового насоса. Поскольку сигнал Р через пороговые элементы 8 и 9 не проходит, устройство работает в рент-ме измерения и контроля параметров.

50 ·

При переходе породоразрушающего инструмента в породу, для которой изменение реакции забоя удовлетворяет пороговым требованиям, в канале давления возникает сигнал Р_{ц пб}ро_г ^<

<Р έ Р^.порог · Однако механическая

скорость, пороговый уровень которой

отрегулирован с учетом подобных

изменений параметров, при этомуве

7 1500768 8

личивается недостаточно для его превышения, т.е. ^νΜ6κ^^νποροΓ > сигнал через первыйпороговым элемент 7 не проходит и устройство работает д в режиме измерения и контроля параметров.

Бурение по вметающим породам, имеющим такие прочностные свойства, 'когда значение механической скорое- ю ти и. реакции забоя периодически (в 'очень краткие промежутки времени), могут удовлетворять пороговым условиям одновременно. В данном случае сигналы по обоим каналам проходят 15 через пороговые элементы 7, 8 и 9 и поступают на вход элемента 10 задержки. Однако поскольку параметры ν_τ и удовлетворяют пороговым условиям кратковременно (и соответственно 20 сигнал Р тоже), на входы элементов И 12 и 13 сигналы после прохождения пороговых элементов и элемента 10 задержки попадают с рассогласованием' по времени, следовательно, ситуация 25 распознается однозначно и правильно, что свидетельствует о бурении по ,

породе.

Породоразрушающий инструмент из пород кровли входит в угольный пласт. 30 При этом ν>ν_ησρρΓ , Κ_Η._π6ρ_όΓ^ν^ΚΒ.ποροΓ и, соответственно, ί^_ηΡρ_ΟΓ^Ρ₀._πσροΓ , ·

С датчиков 1-4 контролируемых параметров сигналы подаются на пороговые элементы 7, 8 и 9. Для данной ситуа- 35 ции пороговые условия удовлетворены. Сигнал по каналу V с выхода первого порогового элемента подается на элемент 10 задержки и параллельно на первый вход первого элемента И 11. 40

Поскольку сигнал V имеет стабильный^ характер, то на выходе первого элемента И 11 формируется ”1”.

Для момента встречи угольного дд

пласта выполнены пороговые условия реакции забоя, поэтому забойный датчик 1‘формирует гидравлический сигнал определенной амплитуды, значения которой также удовлетворяют требованиям пороговых условий в канале давления, т.е. сигнал в канале Р проходит через пороговые элементы 8 и 9 и формирует на выходе второго элемента И 12 "1". Далее сигнал в канале давления Р проходит путь, аналогии- . ⁵ный сигналу в канале скорости V, в результате чего, благодаря стабильному значению реакции забоя, а соответственно, и давления, на выходе третьего элемента И 13 появляется "1", поступающая на второй вход четвертого элемента И 14 одновременно с "1" на первом входе по каналу скорости. При наличии на входе четвертого элемента И 14 двух "1",'-на его выходе формируется сигнал, поступающий в блок 16 сигнализации. Таким образом, логический узел 15 выполнил распознавательные моменты встречи угольного пласта в процессе бурения скважин. Результатом распознавания является подача светового и звукового сигнала машинисту буровой установки.

Claims

Формула из обр етения

1. Способ распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин, основанный на измерении текущего значения механической скорости бурения ν_τ и определении соответствующей реакции забоя Р_г, сравнении этих параметров с йх заданными нижними порогами V. _г- .и К_н„

и в случае одновременного соблюдения неравенств _порог и фиксируют момент встречи угольного пласта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, задают верхнее пороговое значение К&.порог вь1деляют сигнал реакции забо‘я из интервала К_и|1

фиксируют его стабильный уровень,^гфиксируют стабильный уровень сигнала механической скорости при ν_τ>ν 'и при наличии двух стабильных сигналов судят о моменте встречи угольного пласта.
2. Устройство для распознавания момента встречи угольных пластов при бурении скважин, содержащее блок задания порогов, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами соответствующих пороговых элементов, датчик механической скорости бурения, выход которого соединен с вторым входом первого порогового элемента, и датчик давления промывочной жидкости в нагнетательной магистрали, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности, устройство снабжено датчиком реакции забоя, третьим пороговым элементом, четырьмя элементами И,

9

1500768

1 0

элементом задержки и блоком сигнализации_Л при этом третий выход блока задания порогов соединен с первым входом третьего порогового элемента, $ датчик реакции забоя гидравлически связан с датчиком давления промывочной жидкости в нагнетательной магистрали, выход которого подключен к вторым входам второго и третьего по- ю роговых элементов, выход первого порогового элемента соединен с первыми входами первого элемента И и элемента задержки, первый выход которого подключен к второму входу первого 15

элемента И, выходы второго и третьего пороговых элементов соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента И, выход второго элемента И соединен с первым входом третьего элемента И и с вторым входом элемента задержки, второй выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, причем выходы первого и третьего элементов И соединены соответственно с первым и . вторым входами четвертого элемента И, вьрсод которого подключен к блоку сигнализации.

19

фиг-2.

77

1500768

Фие.5