Разработка системы управления режимом алмазного бурения по показателю сопротивления разрушению горной породы

Abstract

Актуальность. Сопротивление породоразрушающим элементам в процессе разрушения горной породы во многом определяет эффективность результатов бурения. Сведения о коэффициенте сопротивления позволяют правильно и своевременно регулировать интенсивность воздействия бурового инструмента на забой скважины. Для контроля силового контакта резцов бурового инструмента с забоем скважины необходимо иметь методологический аппарат, позволяющий определять механизм разрушения породы с учетом сил сопротивления. Существующие методики выбора сочетаний параметров режима алмазного бурения по известному индексу RPI или по критерию энергоемкости процесса разрушения горной породы N/vм , где N - забойная мощность на преодоление сопротивления при разрушении горной породы на забое скважины; vм - механическая скорость бурения, имеют ряд недостатков, заключающихся, например, в возникновении износа инструмента или необходимости получения значения забойной мощности в режиме текущего времени, что затруднительно в рамках современных условий бурения. Поэтому исследование сопротивления горной породы разрушению алмазным резцом, основанное на применении метода полного факторного эксперимента с получением математических моделей факторов и их графической интерпретации в сочетании с системами управления процессами с помощью вычислительной техники в режиме текущего времени, является темой актуальной, раскрытие которой позволит определить направление повышения технико-экономических показателей бурения. Целью исследования является разработка методологического аппарата, позволяющего определять механизм разрушения породы с учетом сил сопротивления для обеспечения оптимального управления алмазным бурением. Объекты: механизм сопротивления горной породы разрушению алмазным резцом. Методы: анализа, аналитического исследования, полного факторного эксперимента. Результаты. Представлен аналитический анализ возможности регулирования режимов бурения с целью достижения наибольшего эффекта от бурения путем оценки коэффициента сопротивления как функции интенсивности разрушения или углубления за один оборот. На основании аналитических исследований и анализа возможностей управления бурением посредством автоматизированных систем в режиме текущего времени предлагается методика выбора параметров режима бурения по заданному оптимальному значению показателя сопротивления при бурении, предложен путь ее автоматической реализации.

Relevance. Resistance to rock-cutting elements in rock destruction largely determines the effectiveness of drilling results. Information about the drag coefficient allows you to correctly and timely adjust the intensity of a drilling tool impact on the bottom of the well. To control the force contact of the drilling tool cutters with the bottom of the well, it is necessary to have a methodological apparatus that allows determining the rock destruction mechanism, taking into account the resistance forces. The existing methods for selecting combinations of diamond drilling mode parameters according to the known RPI index or according to the criterion of energy intensity of rock destruction N/vm, where N is the bottomhole power to overcome the resistance during rock destruction at the bottom hole; vm - mechanical drilling speed, have a number of disadvantages. They consist, for example, in occurrence of tool wear or the need to obtain a bottomhole power value in the current time mode, which is difficult under modern drilling conditions. Therefore, the study of rock resistance to destruction by a diamond cutter, based on application of the full factorial experiment method with obtaining mathematical models of factors and their graphical interpretation in combination with process control systems using computer technology in the current time mode, is a relevant topic. The disclosure of this topic will determine the direction of increasing technical and economic indicators of drilling. Aim. To develop a methodological apparatus that allows determining the mechanism of rock destruction taking into account the resistance forces to ensure optimal control of diamond drilling. Objects. Mechanism of rock resistance to destruction by a diamond cutter. Methods. Analysis, analytical research, full factorial experiment. Results. The paper presents an analytical analysis of the possibility of controlling drilling modes in order to achieve the greatest effect from drilling by estimating the drag coefficient as a function of the intensity of destruction or deepening per one revolution. Based on the analytical studies and the mode of drilling control by a computer in the real time mode, the authors have proposed a method for selecting the parameters of the drilling mode according to a given optimal value of the resistance index during drilling, and a way for its automatic implementation.