一种岩石钻进响应的预测方法和预测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种岩石钻进响应的预测方法与预测系统，预测方法包括：获取岩体不同里程的钻进参数，并获取钻进参数与中间变量的关系模型；分析岩体不同里程的岩石饱和抗压强度，得到中间变量与岩石饱和抗压强度的关系；随钻获取岩体不同里程的岩石完整性程度，并以岩石完整性程度与钻进参数修正中间变量；利用软计算获取钻进参数、修正后的中间变量与岩石饱和抗压强度、岩石完整性程度的对应关系；以任一位置的钻进参数和中间变量，获取对应的岩石饱和抗压强度、岩石完整性程度。本申请通过采集样本数据、理论分析，并形成相应的对应关系，以任意钻进数据通过对应关系预测得到对应的岩体信息，使得预测过程简便，具有普遍的适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种岩石钻进响应的预测方法和预测系统
本专利技术涉及岩土勘探
，更具体地说，涉及一种岩石钻进响应的预测方法和预测系统。
技术介绍
岩体特性参数的获取是岩体工程中的一项重要任务，只有充分了解地下岩石强度及岩体结构等信息才可以合理地开展设计、施工与运营、维护，因此前期进行隧道掌子面超前地质预报是必不可少的工作。开展岩体工程时需获取岩石强度及结构特性，该项工作直接获取地下岩土体样本，通过取芯、土工及岩石力学实验，基于实验室分析采用直接方法获取岩石特性存在耗时、周期长、费用高等问题，且实验室状态不可能完全模拟井下状态，而且有些井段(软弱夹层、破碎带等)可能取不到岩芯而造成不连续。虽然目前在钻孔过程检测方面已经开展了很多研究，但是目前基于钻孔参数对地层开展识别还停留在定性方面，无法对岩石的强度做出定量描述并对地质条件破碎情况进行评估。综上所述，如何提供一种方便准确的预测岩石特性的方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种岩石钻进响应的预测方法和预测系统，该方法和系统能够实现对岩石特性的较为准确的预测，且操作更简便，易于实现。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种岩石钻进响应的预测方法，包括：获取岩体不同里程的钻进参数，并获取钻进参数与中间变量的关系模型，所述中间变量为通过组合钻进参数得到的无量纲化的新参数，用于解释和评价地质情况；分析岩体不同里程的岩石饱和抗压强度，得到所述中间变量与所述岩石饱和抗压强度的关系；随钻获取岩体不同里程的岩石完整性程度，并以所述岩石完整性程度与所述钻进参数修正所述中间变量；利用软计算获取所述钻进参数、修正后的中间变量与所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度的对应关系；以任一位置的钻进参数和中间变量，通过所述对应关系获取对应的所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度。优选地，获取钻进参数与中间变量的关系模型包括：理论推导得到所述钻进参数与所述中间变量的数学模型；其中，所述钻进参数包含给进速度、打击压力、推进压力、回转压力、水压力和水流量；所述中间变量至少包括钻进能量、归一化钻速比、弹性波反射系数中的一种。优选地，分析岩体不同里程的岩石饱和抗压强度包括：钻孔取芯得到岩体，并对所述岩体进行分析，将不同里程的所述岩体，按照所述岩石饱和抗压强度划分并标记；所述岩石饱和抗压强度包括坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。优选地，随钻获取岩体不同里程的岩石完整性程度，包括：随钻所述岩体，获取所述岩体断裂情况，并将不同里程的所述岩体，按照岩石完整性程度划分并标记；所述岩石完整性程度包括完整岩石、较完整岩石、较破碎岩石、破碎岩石和极破碎岩石。优选地，随钻所述岩体的同时通过钻孔摄像和物理勘探方式实时获取岩体断裂情况。优选地，以所述岩石完整性程度与所述钻进参数修正所述中间变量，包括：以钻进过程中各个里程的所述岩石对应的岩石完整性程度和对应的所述钻进参数的对应关系，验证所述中间变量与所述岩石完整性程度的关联关系，通过所述关联关系对所述中间变量进行修正。优选地，所述软计算获取所述钻进参数、修正后的中间变量与所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度的对应关系，包括：以所述钻进参数、修正后的中间变量作为输入数据，以对应的所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度作为输出数据，利用软计算进行模型训练，建立由所述钻进参数到所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度的预测模型；所述软计算包括基于交叉验证最小二乘支持向量法、非线性多元回归分析、人工神经网络、自适应性神经模糊推理系统中的至少一者；以任一位置的钻进参数和中间变量，通过所述对应关系获取对应的所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度，包括：向所述估算模型中输入任一位置的钻进参数和中间变量，获取由估算模型得到的所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度。优选地，以所述钻进参数、修正后的中间变量作为输入数据，以对应的所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度作为输出数据，进行模型训练之前还包括：将已有对应关系的样本数据中的80％作为模型训练集，将已有的对应关系数据中的20％作为模型测试集。一种岩石钻进响应的预测系统，包括：数据勘探采集模块，用于获取岩体不同里程的钻进参数；理论推导模块，用于获取钻进参数与中间变量的关系模型，所述中间变量用于解释和评价地质情况；理论分析模块，用于分析岩体不同里程的岩石饱和抗压强度，得到所述中间变量与所述岩石饱和抗压强度的关系；随钻勘探模块，用于随钻获取岩体不同里程的岩石完整性程度，并以所述岩石完整性程度与所述钻进参数修正所述中间变量；软计算模块，用于利用软计算获取所述钻进参数、修正后的中间变量与所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度的对应关系，所述软计算模块与所述理论分析模块、所述随钻勘探模块连接；预测模块，用于以任一位置的钻进参数和中间变量，通过所述对应关系获取对应的所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度；所述预测模块与所述软计算模块连接。优选地，所述随钻勘探模块包括：获取子模块，用于获取各个里程的所述岩石对应的岩石完整性程度和对应的所述钻进参数的对应关系；验证子模块，用于验证所述中间变量与所述岩石完整性程度的关联关系，通过所述关联关系对所述中间变量进行修正。本专利技术提供的方法能够将获取到的钻进参数转换为与地质密切相关的中间变量，并通过实验室的理论分析和实际测量，得到与中间变量的关系，并按照不同里程进行标记，形成多组由钻进参数到岩石饱和抗压强度、岩石完整性程度的映射关系，方便在实际测量到新的钻进参数后，利用上述对应关系，得到钻进参数对应的岩石饱和抗压强度、岩石完整性程度，以便获得岩体实际的情况。本申请通过采集样本数据、理论分析，并形成相应的对应关系，从而方便通过任意钻进数据时，预测得到对应的岩体信息，使得预测过程简便，能够反复应用于多个岩体的预测，且具有普遍的适用性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请所提供的一种岩石钻进响应的预测方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的核心是提供一种岩石钻进响应的预测方法和预测系统，该方法和系统能够实现对岩石特性的较为准确的预测，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石钻进响应的预测方法，其特征在于，包括：/n获取岩体不同里程的钻进参数，并获取钻进参数与中间变量的关系模型，所述中间变量为通过组合钻进参数得到的无量纲化的新参数，用于解释和评价地质情况；/n分析岩体不同里程的岩石饱和抗压强度，得到所述中间变量与所述岩石饱和抗压强度的关系；/n随钻获取岩体不同里程的岩石完整性程度，并以所述岩石完整性程度与所述钻进参数修正所述中间变量；/n利用软计算获取所述钻进参数、修正后的中间变量与所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度的对应关系；以任一位置的钻进参数和中间变量，通过所述对应关系获取对应的所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩石钻进响应的预测方法，其特征在于，包括：
获取岩体不同里程的钻进参数，并获取钻进参数与中间变量的关系模型，所述中间变量为通过组合钻进参数得到的无量纲化的新参数，用于解释和评价地质情况；
分析岩体不同里程的岩石饱和抗压强度，得到所述中间变量与所述岩石饱和抗压强度的关系；
随钻获取岩体不同里程的岩石完整性程度，并以所述岩石完整性程度与所述钻进参数修正所述中间变量；
利用软计算获取所述钻进参数、修正后的中间变量与所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度的对应关系；以任一位置的钻进参数和中间变量，通过所述对应关系获取对应的所述岩石饱和抗压强度、所述岩石完整性程度。


2.根据权利要求1所述的岩石钻进响应的预测方法，其特征在于，获取钻进参数与中间变量的关系模型包括：
理论推导得到所述钻进参数与所述中间变量的数学模型；
其中，所述钻进参数包含给进速度、打击压力、推进压力、回转压力、水压力和水流量；
所述中间变量至少包括钻进能量、归一化钻速比、弹性波反射系数中的一种。


3.根据权利要求1所述的岩石钻进响应的预测方法，其特征在于，分析岩体不同里程的岩石饱和抗压强度包括：
钻孔取芯得到岩体，并对所述岩体进行分析，将不同里程的所述岩体，按照所述岩石饱和抗压强度划分并标记；
所述岩石饱和抗压强度包括坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。


4.根据权利要求1所述的岩石钻进响应的预测方法，其特征在于，随钻获取岩体不同里程的岩石完整性程度，包括：
随钻所述岩体，获取所述岩体断裂情况，并将不同里程的所述岩体，按照岩石完整性程度划分并标记；
所述岩石完整性程度包括完整岩石、较完整岩石、较破碎岩石、破碎岩石和极破碎岩石。


5.根据权利要求4所述的岩石钻进响应的预测方法，其特征在于，随钻所述岩体的同时通过钻孔摄像和物理勘探方式实时获取岩体断裂情况。


6.根据权利要求1所述的岩石钻进响应的预测方法，其特征在于，以所述岩石完整性程度与所述钻进参数修正所述中间变量，包括：
以钻进过程中各个里程的所述岩石对应的岩石完整性程度和对应的所述钻进参数的对应关系，验证所述中间变量与所述岩石完整性程度的关联关系，通过所述关联关系对所述中间变量进行修正。


7.根据权利要求1至6任一项所述的岩石钻进响应的预测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，程永亮，秦念稳，张雪荣，杜义康，施浪，李婷婷，王营松，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43