CC BY
37
УДК 622. 243
СОВРЕМЕННЫЙ ВЗГЛЯД НА ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ
А.В.Коротков1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассматриваются критерии оптимизации процесса алмазного бурения.
Ил. 2. Табл. 1. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: бурение скважин; параметр оптимизации; алмазное бурение.
MODERN VIEW AT THE PRIMARY GOALS OF DIAMOND DRILLING OPTIMIZATION
A.V.Korotkov
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Possible optimization criteria for the process of diamond drilling are analyzed.
2 figures. 1 table. 2 sources.
Key words: drilling of chinks; optimization parameter; diamond drilling.
Алмазное бурение как наиболее производительный и востребованный способ проходки геологоразведочных скважин характеризуется высокими скоростями вращения, относительно большими глубинами скважин, а также высокой стоимостью породоразрушаю-щего инструмента. Естественно, что уровень технологии буровых работ должен соответствовать требованиям высокой производительности, реализуемой за счет увеличения механической скорости бурения и поддержания ресурса породоразрушающего инструмента на оптимальном уровне. Этого можно добиться посредством применения совершенных технологий бурения и отработки алмазного инструмента. Вместе с тем, рост глубин скважин должен осуществляться без привлечения дополнительных мощностей, а совершенные технологии - способствовать повышению качества и оперативности геологического опробования.
Одним из наиболее вероятных способов повышения эффективности и производительности буровых работ является оптимизация параметров режима бурения, следовательно, основным направлением совершенствования тех-
нологического процесса бурения является создание автоматизированной высокопроизводительной системы с непрерывной реализацией процессов углубки скважины и оперативным реагированием на изменение геолого-технических условий в процессе бурения скважин [2].
Наиболее современными из существующих буровых агрегатов являются станки компании Atlas Copco [1]. Предназначены они для глубокого колонкового бурения скважин с автоматическим контролем параметров. Станки снабжены операционной системой, которая в память компьютера записывает такие данные бурения, как глубина скважины, количество и давление промывочной жидкости, частота вращения снаряда, скорость проходки, усилие на породо-разрушающем инструменте, давление в гидросистеме и др. Критерием оптимального управления процессом бурения в данном случае является показатель RPI «число оборотов на сантиметр подачи», представляющий собой обратное значение углубки скважины за один оборот вращения коронки на забое: RPI=1/ho6 (таблица) [2].
:Коротков Алексей Валерьевич - аспирант, тел.: (3952) 405737, e-mail: korotkov.aleksey_tgr@mail.ru Korotkov Alekcey - Postgraduate, tel.: (3952) 405737, e-mail: korotkov.aleksey_tgr@mail.ru
Рекомендуемые параметры режима бурения импрегнированными коронками типа
a-bit компании Boart Longyear
Типоразмер Расход промывочной жидкости, л/мин Частота вра- Скорость бурения (см/мин) при RPI, об/см Осевая нагрузка, даН
коронки щения, мин 1 80 100
1700 22 17
BQ - 59,6 мм 23-30 1000 700 13 9 10 7 900-2300
NQ - 75,3 мм 30-38 1350 800 17 10 14 8 1400-2700
HQ - 96,1 мм 38-45 1000 600 13 8 10 6 1800-3600
PQ - 122,6 мм 68-87 800 600 10 6 8 5 2300-4500
Однако подобная система не может учитывать большинства изменчивых факторов, связанных с неоднородностью разреза, износом породоразру-шающего инструмента и других.
Таким образом, актуальной задачей на сегодняшний день является поиск комплексного критерия оптимизации процесса бурения, способного надежно регистрироваться и фиксироваться непосредственно в процессе бурения, а также оперативно влиять на другие факторы бурового процесса.
В настоящее время при производстве буровых работ принято руководствоваться одним лишь критерием, например, механической скоростью бурения (или скоростью проходки за стан-ко-смену), который на первый взгляд кажется экономически наиболее важным показателем работы. Однако не стоит забывать, что в этом случае может произойти преждевременный износ дорогостоящих алмазных резцов. Поэтому актуальным вопросом на сегодняшний день является разработка методики определения оптимальных параметров бурения в оперативном автоматическом режиме на основе критерием, учитывающим комплекс различных факторов бурения. Например, таким критерием
может являться оптимальная углубка за один оборот - величина съема породы с забоя за один оборот породоразрушаю-щего инструмента, заданная таким внедрением алмазов в породу под действием определенных минимальных осевых нагрузках, при которых не происходит заполирования алмазных резцов. Величина оптимальной углубки алмазных резцов зависит от их размеров и величины выступа из матрицы, а также от физико-механических свойств породы и основных параметров режима бурения - осевой нагрузки и частоты вращения. Определение величины оптимальной углубки возможно на основании анализа математической модели процесса бурения, полученной по результатам планирования полного факторного эксперимента (2, 3, 4 фактора).
На рис. 1 представлена зависимость, полученная в результате проведения полного факторного эксперимента по двум факторам: осевой нагрузке и углубке за оборот. На графике видно, что с ростом осевой нагрузки (Рос) при максимальной частоте вращения (max) величина углубки за оборот (hQ) мала по сравнению с режимом бурения при высокой осевой нагрузке и среднем значении частоты вращения (med). Из
Pi Р2 Рос, даН;
Рис. 1. Зависимость углубки за оборот от осевой нагрузки и частоты вращения инструмента [2]
В итоге получаем модель, которая в дальнейшем обрабатывается в компьютере, а по готовой модели уже можно осуществлять автоматический контроль и регулирование параметров режима бурения. Таким образом, чтобы поддерживать параметр в заданном значении, необходимо строго придерживаться выбранного критерия ho6=1/RPI. В свою очередь, углубка за оборот напрямую зависит от частоты вращения бурового снаряда и осевой нагрузки на инструмент, следовательно, изменением этих двух параметров бурения можно добиться оптимального значения углуб-ки за оборот.
На основании готовой модели можно создать компьютерную программу, установив которую на программное обеспечение бурового станка можно автоматически контролировать и изменять параметры бурения, что, несомненно, повысит оптимальную отработку дорогостоящего алмазного инструмента, сократит временные и, как следствие, финансовые затраты.
Создание автоматизированной системы определения оптимальных режимных параметров на основе оперативного анализа математической модели
этого следует, что оптимальную величину углубки за оборот (Ьо) можно получить путем регулирования основных параметров бурения таким образом, чтобы значение осевой нагрузки было на невысоком уровне, а значение частоты вращения - как можно меньше.
На рис. 2 приведена математическая модель, построенная на основании зависимости углубки за оборот от осевой нагрузки и частоты вращения инструмента.
Рос, даН 1200
750
300
од 475/' . (68) Ls^ ----I >¿0,122/ С82К ^>0,0965 ^/(103) /
has, мм/об (RPI)^__ "СС0625 ßßor^
0,037(270)
625
1052 1480
п, МИН"1
Рис. 2. Графическая интерпретация уравнений углубки за оборот [2]
процесса бурения является целью дальнейшего исследования.
Библиографический список
1. Пушмин П.С., Голузинец А.Ю. Эффективность применения ЯСБ технологии в современных буровых станках // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований: материалы Всероссийской научно-
технической конференции
«ГЕОНАУКИ» посвященной 145-летнему юбилею со дня рождения профессора В.А. Обручева и 120-летию геологической деятельности в Сибири. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. Вып. 8. 280 с.
2. Нескоромных В.В., Пушмин П.С. Оптимизация в геологоразведочном производстве: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. 162 с.
Рецензент: кандидат технических наук, доцент Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета П. С. Пушмин
