Способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин

Способ определения свойств горных пород в процессе бурения скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИ)(СОЦИАЛИСТРИЕСНИХ

РЕС(1УБЛИН

А1 (19) (И) щ (() )() )Н 4 Ф ц,",:,,Л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ )(Г; к )ТИА. (1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3875785/22-03 (22) 01,04.85 (46) 15.10.86. Бюл ° 1(38 (71) Якутский научно-исследовательский и проектный институт алмазодобывающей промышленности (72) А. В. Лалетин, В. М, Усачев, Г. Г. Гомелаури, Н. В. Шевченко и И. А. Тангаев (53) 622.241,08(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 876977, кл, Е 2! В 47/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР У 608915, кл. Е 21 В 47/12, 1973. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ

ГОРНЫХ ПОРОД В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающий измерение величины амплитуды частотных составляющих электрического поля, возникающих в (51) 4 E 21 В 49/00, 47/12, 47/00 процессе взаимодействия породоразрушающего инструмента с горными породами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, выделяют одновременно низкочастотную и высокочастотную составляющие тока двигателя вращателя бурового става, сравнивают измеренную величину амплитуды низкочастотной составляющей тока с экспериментально установленным соотношением между величиной амплитуды низкочастотной составляющей тока и значением крепости пород и по результатам сравнения определяют тип породы регистФ

Cl рируют количество бросков тока высокочастотной составляющей в пределах одного слоя и по отношению количества бросков тока к мощности слоя опре- деляют трещиноватость горных пород.

1263832 б (З

11 Очень крепкий

12 гранит

5 1!9,1-128,0

128,1-138,0

138,1-147,0

1О

14 Кнарциты

15 То же

16 Базальты

147,1-152,0

152,1-156,0

15 156,1-161,0

161 1-166,0

l 66, 1-170 i0

То же

20

l 70 1-! 75 0 !

75,1-180,0

Таблица 1

Величина ды низко составля ка, А по40

67,0-73,0

73,1-83,0

83,1-92,0

Глина

Иергель

То же

92, 1-94,0

Известняк

94,1-96,0

96,1-99,0

Доломит

То же

99,1-101,0

Изобретение относится к области буровэрывных работ и предназначено для определения свойств горных пород на основе информации, получаемой непосредственно в процессе бурения скнажин.

Целью изобретения является повышение точности определения.

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В процессе бурения скважины породоразрушающий инструмент пересекает породы, различные по структурнопрочностным свойствам. Изменение свойстн пород приводит к изменению сопротивления, преодолеваемого породоразрушающим инструментом, что соотнетственно вызывает изменение амплитуды тока двигателя вращателя бурового става. Экспериментальным путем установлено соответствие между величиной амплитуды низкочастотной составляющей тока и значением крепости пород (табл. 1), Продолжение табл. 1 .

Для определения типа пород выделяют низкочастотную составляющую тока двигателя вращателя и сравнивают с экспериментально установленным соотношением между величиной амплитуды низкочастотной составляющей тока и значением крепости пород и по результатам сравнения определяют тип породы б

В процессе бурения трещинонатых пород при пересечении трещин породораэрушающим инструментом происходит его кратковременное эаклинивание, что приводит к резкому увеличению нагрузки на двигатель нращателя бурового става и соответственно к появлению бросков тока высокой частоты.

Поэтому для оценки трещинонатости пород выделяют высокочастотную составляющую тока двигателя вращателя и регистрируют броски тока н пределах одного слоя. По отношению количества бросков тока к мощности слоя определяют трещинонатость горных пород, Способ осуществляется следующим образом, 9 Гранит

10 То же

101,1-106,0

106,1-110,0

110,1-119,0

В процессе бурения при углублении буровой штанги 1 в горную породу ток двигателя вращателя буроного става с датчика тока 2 одновременно подается на вход фильтра 3 низких частот и вход фильтра 4 высоких частот, з 1

Фильтром 3 низких. частот выделяется низкочастотная составляющая тока, которая поступает на вход аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 5.

С помощью AIIH 5 измеряют амплитуду низкочастотной составляющей и преобразуют ее в числовые значения. Затем значения измеренной амплитуды поступают в элементы сравнения 6, где сравниваются с ранее экспериментально установленными (см. табл. 1), В результате сравнения на первый вход ключа 7 поступает значение крепости пробуренной горной породы.

Одновременно с фильтром 4 высоких частот выделяется высокочастотная составляющая тока двигателя вращателя, которая поступает на вход порогового элемента 8 ° С помощью порогового элемента 8 фиксируются броски тока, которые затем регистрируются счетчиком импульсов 9. Информация о количестве бросков тока поступает на вход ключа 10 °

По достижении буровой штангой 1 глубины 0,5 м и затем через каждые полметра сигнал с датчика 11 глубины поступает на вторые входы ключей

7,10 и на блок регистрации 12, В результате ключи 7,10 открываются и пропускают информацию на блок регистрации 12, Таким образом, блоком регистрации

12 фиксируется глубина бурения через

0,5 м, значение крепости пород и количество бросков тока высокочастотной составляющей, приходящихся на каждые полметра глубины, По зафиксированным данным определяется мощность однородных по крепости слоев и по отношению количест.ва бросков тока, приходящихся на слой, к мощности слоя определяется трещиноватость.

Пример. Способ был опробован при определении свойств горных пород в процессе бурения взрывной скважины глубиной 10 м на блоке У 1772, Перед началом бурения датчик 11 глубины был настроен таким образом, 263832 4 чтобы сигнал с датчика 11 поступал через каждые 0,5 м глубины бурения.

Кроме того, в элемент сравнения 6 были занесены экспериментально установленные соотношения величин амплитуд низкочастотной составляющей тока к определенным значениям крепости (см. табл. 1).

После начала бурения буровая штан10 га 1 начала углубляться в горный массив, при этом ток двигателя вращателя бурового става с датчика тока 2 одновременно поступал на входы фильтров низких 3 и высоких 4 частот.

15 С выхода фильтра 3 низких частот низкочастотная составляющая тока поступает на вход АЦП 5. С помощью

АЦП 5 амплитуда низкочастотной составляющей измеряется и преобразуетg0 ся в числовое значение, которое поступает в элемент сравнения 6. В результате сравнения на первый вход ключа 7 поступает значение типа породы.

z5 Одновременно с фильтра 4 высоких частот высокочастотная составляющая тока поступает на вход порогового элемента 8, с помощью которого были выделены броски така, зафиксированные затем счетчиком импульсов 9. Информация о количестве бросков тока поступает на первый вход ключа 10..

В момент достижения буровой штангой глубины 0,5 м сигнал с датчика глубины 11 поступил на вторые входы

35 ключей 7,10 и на блок регистрации 12 °

Блоком регистрации 12 было зафиксировано значение глубины бурения, равное 0 5 м, значение крепости породы, равное 3, и количество бросков тока, равное 1, Кроме того, сигналом с выхода ключа 10 счетчик импульсов 9 был сброшен в "0", В процессе дальнейшего бурения

4 скважины до глубины 10 м описанные .процессы повторялись через каждые

0,5 м. После окончания бурения был проведен анализ зафиксированных данных> результаты которого сведены в табл. 2.

1 263832

Мощность

ТрещиноваТип

КоличестЗначеКоличестВеличина амплитуды низко частотной соГлубина бурения, пород ние тость, Я » сп

-1 м слоя, нсл ъ м во крепости (по профф

Протодьяконову) во бросбросков ков тока в пределах слоя тока ставляющей по глубине

84,0

84,0

86,0

86,0

86,0

98,0

3,0-3,5

98,0

3,5-4,0

4,0-4,5

97,0

4,5-5,0

97,0

98,0

99,0

98,0

98,0

85,0

85,0

86,0

8,5-9,0

86,0

3,0

9,0-9,5

85 0

0,0-0,5

0,5-1,0

1,0-1,5

1,5-2,0

2,0-2,5

2,5- 3,0

5,0-5,5

5.,5-6,0

6,0-6,5

6 5-7,0

7,0-7,5

7,5-8,0

8,0-8,5

9,5-10,0 85,0

2,5 1

4,5 1

Таблипа2

3,2 Мергель

1,3 Известняк

5,0 Мергель

263832

Составитель Г. Алексеева

Техред А.Кравчук Корректор В, Синицкая

Редактор М, Бандура

Заказ 5535/32

Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1

Как видно из табл. 2, при бурении скважины до глубины 2,5 м величина тока низкочастотной составляю-". щей находилась в пределах 84,086,0 А, что соответствует крепости

3, количество бросков тока высокочастотнрй составляющей 8, Трещиноватость, которая определяется отношением количества бросков к мощности ! слоя, составила 3,2 м . Исходя из значений крепости по табл. 1, был определен тип пород, в данном случае — мергель. При бурении скважины с 2,5 до 7 м глубины величина амплитуды низкочастотной составляющей находилась в пределах 97 - 99 А, что соответствует крепости 6. Количество бросков тока высокочастотной составляющей 6. Трещиноватость составила

I 33 м, тип пород — известняк, В процессе бурения скважины с 7 до 10 м величина амплитуды низкочастотной составляющей находилась в

° пределах 85 — 86А, что соответствует

8 крепости 3, Количество бросков тока было равно 15 Трещиноватость соста

«f вила 5,0 м", тип пород - мергель.

Таким образом, были выделены.од5 нородные по крепости слои пород, определено значение крепости и трещиноватости. Кроме того, как видно из табл. 2, однородные по типу слои резко различаются по трещиноватос10 ти пород, что имеет существенное значение в процессе ведения буровзрывных работ.

Информация о свойствах пород, полученная данным способом, была непосредственно использована при.расчете параметров взрывной отбойки, таких как удельный расход ВВ, сетка скважин. Кроме того, при слоистом зале" гании горных пород, получив данным

20 способом информацию о мощности слоя пород, крепости и трещиноватости, можно применять рациональную конструкцию заряда с переменной плотностью ВВ.