相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)涉及并要求2015年2月20日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序號(hào)62/118,586的優(yōu)先權(quán)。

背景技術(shù)：

在烴生產(chǎn)井的鉆探期間，鉆井流體或“泥漿”從地面位置向下連續(xù)地循環(huán)到正鉆探井筒的底部并再次回到地面。返回的泥漿包括主要來自正被鉆頭穿透的地層的鉆屑。在多邊井的情況下，鉆屑還可包括通過銑削或鉆探穿過套管壁形成側(cè)向井筒而生成的金屬鉆屑。一些井下作業(yè)還可包括擴(kuò)孔操作，這些擴(kuò)孔操作可導(dǎo)致獨(dú)特類型的切屑回到地面。

可以理解，提高鉆井作業(yè)的有效性和效率可以為油氣勘探及后續(xù)生產(chǎn)降低鉆井成本。確定鉆井效率的一種方法是觀察在鉆井作業(yè)期間返回到地面的鉆屑的特征。

附圖簡(jiǎn)述

以下圖示被包括來說明本公開的某些方面，并且不應(yīng)該被看作是排他性實(shí)施方案。所公開的主題能夠在不脫離本公開的范圍的情況下在形式和功能上進(jìn)行相當(dāng)多的修改、改變、組合以及等效化。

圖1是可用于執(zhí)行本公開的原理的成像系統(tǒng)的示意圖。

圖2a-2c是可使用圖1的成像設(shè)備來檢測(cè)的三種示例性類型或類別的顆粒。

圖3a-3c描繪了圖2a-2c的三種顆粒，指示示例性角度測(cè)量值以確定角性。

圖4是可包括圖1的成像系統(tǒng)的示例性鉆井系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

本公開涉及鉆井作業(yè)，并且更具體地講，涉及監(jiān)測(cè)返回的鉆井流體中的井筒切屑以及限定存在于井筒切屑中的顆粒的粒度分布和形狀分布。

在主動(dòng)鉆井作業(yè)期間監(jiān)測(cè)地層切削尺寸、粒度分布、形狀和體積的變化可以更好地了解當(dāng)前的井況、鉆井效率和孔清潔效率。這些參數(shù)和操作條件的變化之間的聯(lián)系可以以多種方式表達(dá)，包括：通過檢測(cè)切削載荷的增加和鉆屑的粒度分布變化來確定過壓地層的存在；通過分析切削體積、粒度和形狀來確定鉆頭和鉆井效率；通過在掃掠操作期間監(jiān)測(cè)切削體積來確定掃掠效率(例如，切削體積隨著掃掠效率的增加而增加并且隨著鉆屑從孔中移出而減小)；以及通過監(jiān)測(cè)切削尺寸、粒度分布和形狀來確定地質(zhì)地層組成的變化。

根據(jù)本公開的實(shí)施方案，可使用成像系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)返回的鉆井流體中的井筒鉆屑以及實(shí)時(shí)地或近實(shí)時(shí)地限定存在于井筒鉆屑中的顆粒的粒度分布和形狀分布。基線測(cè)量值的變化可能會(huì)在例如操作員控制臺(tái)上受到警告或與當(dāng)前測(cè)量值一起顯示，并且用于改變操作的執(zhí)行(例如，對(duì)鉆頭施加或多或少的重量，或改變鉆探流體的等效循環(huán)密度[ecd]等)。在一些實(shí)施方案中，可以觸發(fā)警報(bào)，該警報(bào)指示井操作員需要更換鉆頭。

本發(fā)明公開的一種方法包括使用包括一個(gè)或多個(gè)處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來接收鉆屑的圖像。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以形成成像系統(tǒng)的一部分，并且鉆屑可以源于正鉆探的井筒并且可以包含多個(gè)顆粒。隨后可通過獲得每個(gè)顆粒的三個(gè)二維距離測(cè)量值以及獲得每個(gè)顆粒的四個(gè)角度測(cè)量值來用一個(gè)或多個(gè)處理器分析鉆屑的圖像。所述一個(gè)或多個(gè)處理器隨后基于每個(gè)顆粒的所述三個(gè)二維距離測(cè)量值和所述四個(gè)角度測(cè)量值來確定所述鉆屑的顆粒粒度分布和所述鉆屑的形狀分布中的至少一者。

參照?qǐng)D1，示出了可用于執(zhí)行本公開的原理的成像系統(tǒng)100的示意圖。然而，應(yīng)當(dāng)注意，成像系統(tǒng)100僅是可遵守本公開的原理的一種類型的成像系統(tǒng)、裝置或設(shè)備的例子。實(shí)際上，在不脫離本公開的范圍的情況下，其他類型和配置的成像系統(tǒng)(諸如基于流的成像系統(tǒng)或包含其他計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)配置的系統(tǒng))可替代地包含本公開的原理。因此，成像系統(tǒng)100的以下描述僅僅是為了說明的目的而提供，并且不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。

如圖所示，成像系統(tǒng)100可以包括一個(gè)或多個(gè)成像裝置102，該一個(gè)或多個(gè)成像裝置可通信地耦合到一個(gè)或多個(gè)處理器104或另外與一個(gè)或多個(gè)處理器104通信。成像裝置102和/或處理器104可以位于地面位置106處，例如位于鉆機(jī)上或位于與正鉆探井筒相鄰的鉆探地。然而，在一些實(shí)施方案中，圖1所示的任何部件均可位于遠(yuǎn)程位置，而不脫離本公開的范圍。例如，一些數(shù)據(jù)和處理模塊可以位于遠(yuǎn)程操作中心，在那里可以由地質(zhì)學(xué)家、泥漿測(cè)井記錄者或其他測(cè)井專業(yè)人員接收和分析數(shù)據(jù)。此外，遠(yuǎn)程位置可以包括諸如平板計(jì)算機(jī)或手持式計(jì)算機(jī)的移動(dòng)裝置，并且數(shù)據(jù)和/或所得計(jì)算分析可以經(jīng)由數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)(例如，halliburton的insite)或經(jīng)由行業(yè)內(nèi)采用的任何其他移動(dòng)傳遞標(biāo)準(zhǔn)來傳輸。成像系統(tǒng)100還可以包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以包括可能包括可編程數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的邏輯110。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108可以經(jīng)由任何合適的電信手段(例如，有線的或無線的)可通信地耦合到成像裝置102。在操作中，成像裝置102可以在鉆屑114移動(dòng)穿過一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)器116時(shí)提供鉆屑114的圖像和/或視頻，并且邏輯110可以用于從成像裝置102獲取圖像數(shù)據(jù)112以進(jìn)行處理。在一些實(shí)施方案中，成像裝置102可以包括相機(jī)，該相機(jī)以取決于鉆井作業(yè)(例如，鉆井、循環(huán)、清洗等)的時(shí)間間隔記錄數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108還可以包括可通信地耦合到處理器104的存儲(chǔ)器118，并且可以用于編譯或存儲(chǔ)所采集的圖像數(shù)據(jù)112以及可能處于相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫120中的其他數(shù)據(jù)。成像裝置102可以包括能夠捕獲鉆屑114的圖像和/或視頻的任何類型的相機(jī)。例如，在一些實(shí)施方案中，成像裝置102可以包括一個(gè)或多個(gè)ccd(電荷耦合裝置)相機(jī)或一個(gè)或多個(gè)低光或紅外相機(jī)。成像裝置102可以被配置為與一個(gè)或多個(gè)光源122如白光源、白熾光源(例如，鎢絲燈泡)、紅外光源、激光、一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(led)或它們的任意組合結(jié)合使用。

使用激光作為光源122可以證明允許操作員用已知波長(zhǎng)的電磁輻射照明鉆屑114是有利的。因此，鉆井流體和懸浮在其中的各種添加劑(例如，井漏材料等)可能變得相對(duì)透明，與相鄰的鉆屑114形成對(duì)照，使得只有鉆屑114對(duì)于成像裝置102可見以用于圖像捕獲。另選地或除此之外，一個(gè)或多個(gè)能量改性裝置126(如偏振器、分束器和/或?yàn)V光器)可以插入鉆屑114和成像裝置102以減少裝置102看到的波長(zhǎng)的數(shù)量或廣度。例如，可以使用偏振器來使光能在‘p’或‘s’方向上對(duì)齊(使得經(jīng)處理的能量被p偏振或s偏振)，或者產(chǎn)生p偏振能量和s偏振能量的共混物。分束器可以用于將接收的能量的頻譜減小到一些選定或優(yōu)選的波長(zhǎng)范圍。最后，可以使用濾波器在圖像檢測(cè)之前將范圍進(jìn)一步縮小到挑選出來的頻譜。

在一些實(shí)施方案中，可以選擇性地調(diào)節(jié)能量改性裝置126以獲得良好的圖像對(duì)比度，用于檢測(cè)具有動(dòng)態(tài)組成的鉆井流體溶液中的鉆屑114。在能量改性裝置126中使用的材料的選擇可以取決于環(huán)境的危害，包括存在的化學(xué)溶液。這些材料可以包括玻璃、聚合物和金屬等。

在操作中，光源122可以被配置為照明沉積在振動(dòng)器116上的鉆屑114，該振動(dòng)器可以包括鉆屑114在頂上穿過的一個(gè)或多個(gè)振動(dòng)篩124。由光源122提供的電磁輻射可以增強(qiáng)由成像裝置102捕獲的圖像。成像裝置102可以聚焦在篩124(或與篩124偏移的預(yù)定焦平面)上，以便當(dāng)鉆屑114穿過振動(dòng)篩124時(shí)捕獲鉆屑114的圖像。然而，在其他實(shí)施方案中，成像裝置102可以被配置為在緊鄰振動(dòng)器116之后的點(diǎn)處如在搬運(yùn)鉆屑114的另一裝置(例如，螺旋鉆卸料槽)中監(jiān)測(cè)鉆屑114。在其他實(shí)施方案中，成像裝置102可以被配置為通過石油和天然氣行業(yè)共有的任何導(dǎo)管、管道或接口來監(jiān)測(cè)鉆屑114的流動(dòng)。

在鉆屑114發(fā)出的電磁能量由或通過能量改性裝置126(如果存在)處理之后，成像裝置102隨后可以接收電磁能量并將鉆屑114的圖像數(shù)據(jù)112傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)108用于處理。在一些實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108可以包括或以其他方式形成遠(yuǎn)程工作站128的一部分。在其他實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108可以被配置為經(jīng)由發(fā)射機(jī)130與遠(yuǎn)程工作站128通信，發(fā)射機(jī)130可以包括任何形式的有線或無線電信，例如但不限于導(dǎo)線、光纖，無線裝置(例如，射頻等)。在這樣的實(shí)施方案中，鉆屑114的圖像數(shù)據(jù)112可以被傳輸?shù)竭h(yuǎn)程工作站128以利用相關(guān)聯(lián)的處理器104進(jìn)行處理。

對(duì)鉆屑114的圖像數(shù)據(jù)112進(jìn)行處理可以確定鉆屑114的各種特征，如懸浮在鉆屑114內(nèi)的顆粒物質(zhì)的粒度分布和形狀分布。如下面更詳細(xì)描述的那樣，處理器104可以被編程以限定在鉆屑114中檢測(cè)到的顆粒的角性，從而將顆粒分類成形狀類別。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108和/或遠(yuǎn)程工作站128可以包括一個(gè)或多個(gè)外圍裝置132，諸如計(jì)算機(jī)屏幕、圖形用戶界面、手持式裝置、打印機(jī)或它們的任意組合。外圍裝置132可為操作員提供鉆屑114的圖像數(shù)據(jù)112的處理結(jié)果的圖形顯示。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108通?？梢员碚鳛橛?jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且與諸如處理器104的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)硬件可以用于實(shí)現(xiàn)本文描述的各種方法和算法。更具體地講，處理器104可以被配置為執(zhí)行存儲(chǔ)在諸如存儲(chǔ)器118的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一個(gè)或多個(gè)指令序列、編程姿態(tài)或代碼。處理器104可以是例如通用微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、可編程邏輯裝置、控制器，狀態(tài)機(jī)、門控邏輯、離散硬件部件、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或可執(zhí)行數(shù)據(jù)的計(jì)算或其他操作的任何類似的合適實(shí)體。存儲(chǔ)器118可以包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、閃速存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器(rom)、可編程只讀存儲(chǔ)器(prom)和電可擦可編程序只讀存儲(chǔ)器(eeprom)中的至少一者。存儲(chǔ)器118還可以包括寄存器、硬盤、可移動(dòng)盤、cd-rom、dvd或任何其他類似的合適的存儲(chǔ)裝置或介質(zhì)中的一者或多者。

可以使用包含在存儲(chǔ)器118中的一個(gè)或多個(gè)代碼序列來實(shí)現(xiàn)本文描述的可執(zhí)行序列。在一些實(shí)施方案中，這樣的代碼可以從另一機(jī)器可讀介質(zhì)讀入存儲(chǔ)器118。包含在存儲(chǔ)器中的指令序列的執(zhí)行可以使處理器104執(zhí)行本文所述的流程步驟?？梢岳斫?，也可以使用呈多處理布置方式的一個(gè)或多個(gè)處理器104來執(zhí)行存儲(chǔ)器118中的指令序列。此外，可以使用硬連線電路代替或與軟件指令結(jié)合以實(shí)現(xiàn)本文描述的各種實(shí)施方案。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案不限于硬件和/或軟件的任何特定組合。

在接收到來自成像裝置102的圖像之后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108可對(duì)懸浮在鉆屑114內(nèi)的多個(gè)顆粒作出或進(jìn)行各種測(cè)量。更具體地講，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器118(例如，數(shù)據(jù)庫120)中的軟件程序可以用指令編程，這些指令當(dāng)由處理器104執(zhí)行時(shí)，對(duì)多個(gè)顆粒執(zhí)行所需的測(cè)量。該軟件可以編程為通過檢測(cè)給定顆粒與其周圍環(huán)境之間的對(duì)比度來識(shí)別顆粒的邊界或邊緣。

參考圖2a、圖2b和圖2c，同時(shí)繼續(xù)參考圖1，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的可以使用圖1的成像系統(tǒng)100來檢測(cè)或以其他方式監(jiān)測(cè)的三種示例性類型或類別的顆粒200a、200b和200c。顆粒200a至200c可以被夾帶在鉆屑114中，并且可以用成像裝置102來捕獲顆粒200a至200c的一個(gè)或多個(gè)圖像并將該一個(gè)或多個(gè)圖像以圖像數(shù)據(jù)112的形式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)108以進(jìn)行處理。如圖所示，第一顆粒200a是大致方形的，第二顆粒200b是大致圓形的，并且第三顆粒200c是大致三角形的。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到，立方形、圓形和角錐狀包括可夾帶在鉆屑114中的顆粒的三種基本形狀。第一顆粒200a可以指示夾帶在鉆屑114中的大致立方體形狀的顆粒。立方體顆?？梢灾甘敬嬖凇氨摗保@些“爆脫”包括在鉆井作業(yè)期間已經(jīng)移出或“脫離”井筒壁的材料立方體。爆脫可能是由于井筒內(nèi)的壓力欠平衡造成的，并且爆脫顆粒的密度可能是健康或不健康的孔隙壓力的良好指標(biāo)。識(shí)別立方體顆粒在壓力受到管理的鉆井應(yīng)用中可能是特別有利的，其中操作員可以決定在地面泵處或操縱地面扼流圈而施加更多的背壓，或在肯定地識(shí)別立方體顆粒后利用添加劑來改變鉆井流體的重量。

第二顆粒200b可以指示夾帶在鉆屑114中的球形或圓形顆粒。球形顆?？杀硎揪麓嬖谄茡p不堪的砂巖，或者在井筒內(nèi)發(fā)生翻滾。第三顆粒200c可表示大致角錐狀切屑，其通常來源于被某些類型的鉆頭和銑刀穿透的巖層。例如，使用了聚晶金剛石復(fù)合片切削齒的鉆頭和銑刀也可以在鉆井作業(yè)期間穿透巖層時(shí)排出大致角錐狀或截錐形的顆粒。雖然通過用于放大鉆孔直徑的擴(kuò)孔操作產(chǎn)生的最常見類型的顆粒是立方體或塊狀顆粒(即，圖2a的第一顆粒200a)，但角錐狀或截錐形的顆粒也可以通過擴(kuò)孔操作產(chǎn)生。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108中接收到顆粒200a至200c的圖像時(shí)，處理器104可被配置為獲得每個(gè)顆粒200a至200c的三個(gè)二維距離測(cè)量值。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，處理器104可以首先確定并以其他方式將正交的x和y軸在顆粒200a至200c上重疊在一起。x軸和y軸中的更長(zhǎng)者可以表征為x軸并標(biāo)記為第一測(cè)量值或長(zhǎng)度v1，而x軸和y軸中的較短者可被表征為y軸并標(biāo)記為第二測(cè)量值或?qū)挾萮1。寬度h1可以平分v1并以其他方式在長(zhǎng)度v1的兩端之間的中間點(diǎn)處進(jìn)行測(cè)量。第三測(cè)量值或中間寬度h2可以在h1與v1的任一端之間的中間點(diǎn)處進(jìn)行測(cè)量。如圖所示，中間寬度h2可以正交于v1進(jìn)行測(cè)量，使得寬度h1和中間寬度h2彼此平行延伸。可以理解，通過獲得中間寬度h2的第三測(cè)量值，可以大大減小確定顆粒形狀和粒度的自由度。

通過比較每個(gè)測(cè)量值v1、h1、h2的大小，可以確定檢查中的顆粒是為大致方形，大致圓形，還是大致三角形。更具體地講，如果對(duì)于給定顆粒來說，v1≈h1≈h2，那么給定顆?？赡苁欠叫?，諸如第一顆粒200a。然而，如果對(duì)于給定顆粒來說，v1≈h1>h2，那么給定顆?？赡苁菆A形，諸如第二顆粒200b。此外，如果對(duì)于給定顆粒來說，v1>h1<h2，那么給定顆?？赡苁侨切?，諸如第三顆粒200c。因此，三個(gè)距離測(cè)量值v1、h1、h2可以為每個(gè)顆粒200a至200c提供基礎(chǔ)形狀類別：方形；圓形；以及三角形。在其中對(duì)于給定顆粒來說，v1與h1之間的縱橫比為約1/1000的情況下，可以將給定顆粒表征并以其它方式定義為長(zhǎng)而細(xì)的桿。

在一些實(shí)施方案中，可以監(jiān)測(cè)鉆屑114的形狀以確定三維空間中存在的粒度分布。按照一個(gè)基本實(shí)例，可以通過將每個(gè)檢測(cè)顆粒200a至200c的三個(gè)測(cè)量值v1、h1、h2一起求平均然后除以3來確定鉆屑114內(nèi)的顆粒200a至200c的粒度分布。更具體地講，顆粒的一個(gè)選擇(至少兩個(gè)顆粒)的平均粒度將基于粒度范圍劃分為多個(gè)區(qū)間。這些劃分包括至少兩個(gè)區(qū)間，但基于粒度的可變性可以包括一百個(gè)或更多個(gè)區(qū)間。每個(gè)區(qū)間都可能考慮到例如微米數(shù)量級(jí)的粒度變化，但另選地也可能是任何測(cè)量劃分?jǐn)?shù)量級(jí)。另外，可以確定三維粒度分布。長(zhǎng)度v1可以在單獨(dú)的軸上進(jìn)行處理，而不是h1和h2的算術(shù)平均值在具有如前所述的多個(gè)區(qū)間的軸上進(jìn)行處理，以產(chǎn)生具有多個(gè)粒度分布的平面。

確定粒度分布的另一種方法可以包括基于至少三個(gè)顆粒的三個(gè)測(cè)量值的平均數(shù)、至少三個(gè)顆粒的長(zhǎng)度v1或任何其他測(cè)量值而使用這些顆粒的至少t、z或chi分布來確定統(tǒng)計(jì)粒度分布?？梢岳斫?，t、z或chi分布可提供基于粒度的平均值和方差觀察到的顆粒范圍。因此，當(dāng)成像系統(tǒng)100識(shí)別正監(jiān)測(cè)顆粒200a至200c的基本形狀時(shí)，可以計(jì)算各種粒度的分布。這有助于確定井下條件。

可以理解，獲得三個(gè)距離測(cè)量值值v1、h1、h2可以限定多個(gè)顆粒形狀的關(guān)系，可能不那么明顯的是，給定顆粒是呈現(xiàn)出彎曲形狀(就像圓一樣)，還是具有硬角，如方形、三角形或其他類型的多邊形。因此，本公開的實(shí)施方案還包括使用四個(gè)角度測(cè)量值來限定鉆屑114內(nèi)的顆粒200a至200c的角性，從而有助于進(jìn)一步區(qū)分三個(gè)基本測(cè)量類別：方形；圓形；以及三角形。

參考圖3a、3b和3c，示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的圖2a-2c的三種顆粒200a至200c，指示出用于確定角性的示例性角度測(cè)量值。如圖所示，可通過測(cè)量每個(gè)顆粒200a至200c上的至少四個(gè)角度，示為第一角度a1、第二角度a2、第三角度a3和第四角度a4來確定顆粒200a至200c的角性。一旦在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108中接收到顆粒200a至200c的圖像，處理器104即可被配置成獲得四個(gè)角度a1-a4的測(cè)量值。在一些實(shí)施方案中，處理器104可被配置成基于給定顆粒與顆粒周圍的背景之間的對(duì)比度來確定角度的位置。在一些實(shí)施方案中，每次角度測(cè)量的位置可圍繞給定顆粒的邊界彼此等距離地隔開，除非顆粒是角錐狀的。如果顆粒是角錐狀的，則可測(cè)量三角形的三個(gè)頂點(diǎn)的三個(gè)角度。然而，在其他實(shí)施方案中，可如成像系統(tǒng)100中正實(shí)現(xiàn)的特定軟件所指示的那樣，確定角度的位置。

可測(cè)量四個(gè)角度a1-a4以確定給定顆粒200a至200c為方形、圓形或三角形的程度。給定顆粒200a至200c的角性可被計(jì)算為四個(gè)角度a1-a4的和且介于180°與720°之間。和接近180°被認(rèn)為是高度角狀的并且可能對(duì)應(yīng)于三角形結(jié)構(gòu)，和接近720°被認(rèn)為是非角狀的并且可能對(duì)應(yīng)于圓形結(jié)構(gòu)。通過比較給定顆粒200a至200c的四個(gè)角度a1-a4的測(cè)量值，可以確定給定顆粒200a至200c是更為方形的、圓形的還是三角形的。例如，如果對(duì)于給定顆粒來說，a1≈a2≈a3≈a4，并且四個(gè)角度a1-a4的范圍為約70°與約110°之間，那么給定顆粒可能是方形的，諸如第一顆粒200a。然而，如果對(duì)于給定顆粒來說，a1≈a2≈a3≈a4，并且四個(gè)角度a1-a4均大于90°，那么給定顆粒可能是圓形的，諸如第二顆粒200b。此外，如果對(duì)于給定顆粒來說，a1≈a2≈a3且a4＝0，并且三個(gè)測(cè)量角度a1-a3的和為約180°，那么給定顆?？赡苁侨切蔚模T如第三顆粒200c。

通過三個(gè)測(cè)量距離v1、h1、h2和四個(gè)測(cè)量角度a1-a4，可以區(qū)分開顆粒200a至200c的大多數(shù)形狀，并且利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108分類為方形的、圓形的或三角形的。然而，為了將這些測(cè)量值轉(zhuǎn)換為三維空間并且由此將顆粒200a至200c分類為大致立方形、球形和角錐狀，可以獲得另外兩個(gè)距離測(cè)量值和另外兩個(gè)角度測(cè)量值。在這樣的實(shí)施方案中，可以使用至少兩個(gè)成像裝置102來確定每個(gè)顆粒200a至200c的相對(duì)深度。更具體地講，同時(shí)再次參考圖2a-2c，第一成像裝置102可以被配置為在h1/v1的交點(diǎn)處沿z方向(即，圖2a-2c中紙面的外方向)獲得第四距離測(cè)量值z(mì)1，并且第二成像裝置102可以被配置為在h2/v1的交點(diǎn)處沿z方向獲得第五距離測(cè)量值z(mì)2。z方向被進(jìn)一步定義為相對(duì)于h1或h2成90°(取決于正在進(jìn)行的測(cè)量)并且垂直于v1。

第四測(cè)量值z(mì)1可以對(duì)應(yīng)于與第一成像裝置102相關(guān)聯(lián)的焦平面，并且第五測(cè)量值z(mì)2可以對(duì)應(yīng)于第二成像裝置102的焦平面。每個(gè)成像裝置102的焦平面可以位于成像裝置102捕獲的圖像清晰或焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)(即，焦平面上的物體較少或無失真)的位置。通過調(diào)整成像裝置102的聚焦元件和鏡片，可以選擇成像裝置102的焦平面使其沿著z軸位于已知深度(或距離)處，使得每個(gè)成像裝置102的焦平面之間的差異可以是已知的。通過測(cè)量每個(gè)焦平面上在h1/v1和h2/v1交點(diǎn)處的顆粒200a至200c的檢索圖像的“清晰度”或失真(即，缺乏清晰度)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108可能能夠確定z1和z2的深度測(cè)量值。更具體地講，可以將圖像的失真與已知參考點(diǎn)進(jìn)行比較，已知參考點(diǎn)可以是任何永久夾具，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108可從中識(shí)別h1/v1和h2/v1交點(diǎn)處的圖像失真的幅值(例如，百分比)。例如，在一些實(shí)施方案中，參考點(diǎn)可以是振動(dòng)篩124的上表面，但是虛擬參考點(diǎn)可替代地被編程到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108中，而不脫離本公開的范圍。

在操作中，處理器104可以被配置為將每個(gè)焦平面上在h1/v1和h2/v1交點(diǎn)處的顆粒200a至200c的失真量作為深度的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過將參考點(diǎn)作為參考，可以應(yīng)用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫120中的模型，并在生成或以其他方式提供失真百分比的情況參考參考點(diǎn)。該模型可以是提供已知清晰度或失真百分比的失真模型，可以比較這些已知清晰度或失真百分比以分別確定h1/v1和h2/v1交點(diǎn)處的第四和第五測(cè)量值z(mì)1和z2的深度。由于每個(gè)成像裝置102的焦平面或檢測(cè)深度之間的差異是已知的，所以h1/v1和h2/v1交點(diǎn)處的第四和第五測(cè)量值z(mì)1和z2的比較可導(dǎo)致深度產(chǎn)生差異，這可以提供顆粒200a至200c的三維輪廓的指示。

此外，除了如上所述確定和測(cè)量四個(gè)角a1-a4外，處理器104可以被配置為確定和測(cè)量?jī)蓚€(gè)另外的角度測(cè)量值以幫助將給定顆粒200a至200c映射到三維空間中。對(duì)于大致方形或圓形的顆粒如分別為第一顆粒200a和第二顆粒200b來說，可以在垂直于與四個(gè)角度a1-a4相交的平面的平面上獲得另外的角度測(cè)量值。對(duì)于大致三角形的顆粒如第三顆粒200c來說，可以在垂直于三角形顆粒200c的基底的平面上獲得另外的角度測(cè)量值。

可以基于成像裝置102的焦平面確定兩個(gè)另外的角度測(cè)量值并且可以基于對(duì)比度確定顆粒200a至200c的邊界上所檢測(cè)的清晰度損失。通過在不同焦平面上進(jìn)行配置的多個(gè)成像裝置102，可以確定清晰度隨深度的變化。簡(jiǎn)單的線性線或其他產(chǎn)生線的數(shù)學(xué)函數(shù)可以根據(jù)清晰度的變化速率進(jìn)行擬合。當(dāng)清晰度的變化速率變化時(shí)，可以擬合第二線。可以將兩條線假設(shè)為處于單個(gè)平面上，并且可以確定兩條擬合線之間的角度。

再次參考圖1，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108還可以包括可被編程到存儲(chǔ)器118中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134可以用于在確定顆粒200a至200c的形狀、粒度和體積時(shí)，幫助處理器104識(shí)別距離v1、h1、h2、z1、z2和角度a1-a4。更具體地講，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134可以在使用具有已知形狀、粒度和體積的物理對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)套件或集合進(jìn)行部署之前被訓(xùn)練。可以從各種來源提供這樣的物理對(duì)象，以便為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134提供訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。例如，在一些實(shí)施方案中，物理對(duì)象可以包括普通物理對(duì)象如球軸承、立方體、角錐體等，或具有已知或可確定形狀、粒度和體積的任何三維對(duì)象。

在其他實(shí)施方案中，用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134的物理對(duì)象可以包括來自當(dāng)前正鉆探井的鉆屑。例如，可以使用幫助校準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108的離線分析系統(tǒng)對(duì)來自當(dāng)前井的所得鉆屑進(jìn)行取樣、清潔和分析。然后將已知的圖像數(shù)據(jù)上傳回到用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟件中。在其他實(shí)施方案中，用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134的物理對(duì)象可以包括來自鄰近的井(例如，偏移井、側(cè)軌井、旁路井等)的鉆屑，因?yàn)橄噜従牡刭|(zhì)學(xué)應(yīng)基本相似(假設(shè)在獲得鉆屑時(shí)使用相同類型和尺寸的鉆頭)。在這種情況下，可以清潔、稱重和掃描從相鄰井獲得的鉆屑樣品，以確定其中夾帶的顆粒的形狀、粒度和體積。然后，鉆屑可以穿過成像系統(tǒng)100以將現(xiàn)有已知的顆粒特征(即，形狀、粒度和體積)與由成像系統(tǒng)100獲得的測(cè)量值相關(guān)聯(lián)。所得數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫120中，以便在隨后實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆屑114時(shí)被神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134進(jìn)一步參考。

當(dāng)在同一現(xiàn)場(chǎng)和/或在同一鉆機(jī)上鉆出多個(gè)井時(shí)，數(shù)據(jù)庫120可以填充有對(duì)應(yīng)于從每個(gè)井得到的樣品鉆屑的已知特征的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。各種鉆孔參數(shù)也可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫120中并與每個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集相關(guān)聯(lián)。例如，對(duì)于每個(gè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，可以將鉆井參數(shù)諸如所使用的井底鉆具組件的構(gòu)造、鉆井流體類型、鉆壓和真實(shí)垂直深度存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫120中。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134可以在與所存儲(chǔ)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集相似的鉆井參數(shù)下監(jiān)測(cè)從井獲得的鉆屑114時(shí)實(shí)時(shí)地查詢數(shù)據(jù)庫120?？梢岳斫猓@可能有利于監(jiān)測(cè)新的井，其中數(shù)據(jù)庫120可用于匹配相似的井底鉆具組件、鉆井流體類型、鉆壓和真實(shí)垂直深度，從而在沒有從實(shí)際鉆井中獲得的先前數(shù)據(jù)的情況下提供初始訓(xùn)練集。

在一些實(shí)施方案中，成像系統(tǒng)100還可被配置為監(jiān)測(cè)以及以其他方式檢測(cè)鉆屑114中的金屬屑或切屑的存在。金屬切屑可能由于高的v1與h1比而與鉆屑114中的顆粒200a至200c區(qū)別開。例如，金屬切屑可以呈現(xiàn)出大于1,000的v1/h1比。金屬切屑可能是由各種來源產(chǎn)生的。例如，在某些情況下，可以在銑削或以其他方式鉆過套管壁或預(yù)銑削窗口以產(chǎn)生側(cè)向井的套管出口時(shí)產(chǎn)生金屬切屑。由成像裝置100檢測(cè)到的金屬切屑的密度可以告知操作員銑刀何時(shí)完全穿透套管壁，從而指示套管出口是完整的。例如，從銑削操作獲得的切屑通常包括長(zhǎng)的金屬屑，類似于在機(jī)械車間經(jīng)?？吹降那行肌Ｈ绻阢娤鬟^程中不存在長(zhǎng)的金屬屑，而是存在精細(xì)的切屑，那么這可能表明沒有進(jìn)展，并且可能需要表面動(dòng)作(即，增加銑刀重量，確定和/或調(diào)整銑刀上的扭矩，將銑刀拉出孔，更換銑刀等)。因此，可以監(jiān)測(cè)金屬切屑以確保適當(dāng)?shù)目浊鍧嵅⒋_定用于切穿外殼壁的銑刀是否有效地起作用。

然而，在其他情況下，金屬切屑可表明，在井下運(yùn)行銑刀或鉆頭時(shí)，襯于井筒的套管被無意地切開或切割。操作員可能能夠基于已循環(huán)通過井筒的鉆井流體的已知流速確定在井筒中產(chǎn)生金屬切屑的的大致位置。在這種情況下，檢查工具(即，膠結(jié)測(cè)井儀)可以被傳送到井筒中以檢查產(chǎn)生金屬切屑的區(qū)域并確定是否需要維修套管。

在一些實(shí)施方案中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108還可被配置成確定鉆屑114(圖1)的質(zhì)量。這可以通過確定正檢測(cè)的鉆屑114的體積率和鉆屑114的密度來實(shí)現(xiàn)。鉆屑114的體積率可以通過使用流量計(jì)或其他已知的流量測(cè)量裝置來確定。在一些情況下，可以通過從在鉆井操作中使用的隨鉆測(cè)量(mwd)工具或隨鉆測(cè)井(lwd)工具獲得的密度信息來確定鉆屑114的密度。在這種情況下，mwd或lwd密度傳感器如確定地層鉆屑堆積密度的這種中子密度傳感器可以分析正被穿透的地層，并將塊狀地層密度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)108進(jìn)行處理。然而，在其他情況下，可以通過提取鉆屑114的樣品并通過稱量樣品以及由此確定體積來確定其質(zhì)量而確定鉆屑114的密度。然后可以將鉆屑114的測(cè)量體積率乘以測(cè)量密度，這將產(chǎn)生鉆屑114的質(zhì)量速率。

由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108生成的處理過的信息(例如，切削形狀、粒度、體積等)隨后可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)外圍裝置132提供給井操作員，以顯示在鉆井作業(yè)期間出現(xiàn)的鉆屑114的實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的變化?？梢岳斫?，確定鉆屑114的粒度和分布的變化可以有利于確定可能與這些變化類型和可能條件相關(guān)聯(lián)的操作條件。這些條件隨后可以用于實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井操作的智能控制，如調(diào)整鉆壓、調(diào)整鉆井流體的等效循環(huán)密度、向鉆井流體加入添加劑或完全停止鉆井操作。

仍參考圖1，根據(jù)本公開的另外的實(shí)施方案，可以評(píng)估成像系統(tǒng)100的準(zhǔn)確性并以其他方式確定以向井操作員證明成像系統(tǒng)100或用于確定鉆屑114的形狀、體積和粒度分布的任何其他成像或掃描設(shè)備正按照設(shè)計(jì)運(yùn)行。更具體地講，可以與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134一起使用驗(yàn)證系統(tǒng)或程序。在一些實(shí)施方案中，驗(yàn)證系統(tǒng)可以至少部分地包括存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108的存儲(chǔ)器118中并用指令進(jìn)行編程的軟件程序，這些指令當(dāng)由處理器104執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行期望的測(cè)量驗(yàn)證步驟。在其他實(shí)施方案中，驗(yàn)證程序可以包括任何其他系統(tǒng)，其可被編程以驗(yàn)證鉆屑114的至少兩種不同類型的測(cè)量特征：體積和顆粒粒度分布。下面討論每種類型的測(cè)量驗(yàn)證。

對(duì)于體積測(cè)量驗(yàn)證，可以向驗(yàn)證系統(tǒng)(例如，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108)提供已知體積的物理對(duì)象的第一套件。第一套件可以包括尺寸在成像系統(tǒng)100的掃描范圍內(nèi)的各種三維對(duì)象。例如，這些對(duì)象可以包括已購(gòu)買的具有已知體積的項(xiàng)如已制造成高精度已知體積的對(duì)象或可容易地計(jì)算其體積的對(duì)象如球軸承、立方體、角錐體等。在其他情況下，這些對(duì)象可以表現(xiàn)出如先前所測(cè)量的或通過諸如位移或其他較高精度掃描裝置(例如，坐標(biāo)測(cè)量機(jī))的手段確定的已知體積。在操作中，這些物理對(duì)象可以由成像系統(tǒng)100測(cè)量或掃描，以確定對(duì)象的測(cè)量體積是否接近對(duì)象的已知體積以及因此成像系統(tǒng)100是否在預(yù)定精度閾值內(nèi)運(yùn)行。在一些實(shí)施方案中，可以使用物理對(duì)象的第一套件的總重量來驗(yàn)證第一套件的所有對(duì)象是否存在。

在體積測(cè)量驗(yàn)證中，成像系統(tǒng)100可以采用兩個(gè)成像裝置102，各自如上所述具有對(duì)應(yīng)的焦平面，并且可以被配置為基于所捕獲圖像的所檢測(cè)或測(cè)量的失真(即，缺乏清晰度)來確定物理對(duì)象的深度。如上所述，可呈百分比形式的測(cè)量失真可以與正測(cè)量的物理對(duì)象的體積相關(guān)聯(lián)。因此，已知體積和粒度的對(duì)象由成像系統(tǒng)100監(jiān)測(cè)，并且將所得測(cè)量值與對(duì)象的已知參數(shù)和測(cè)量值進(jìn)行比較，以確定成像系統(tǒng)100是否正確地或在精度閾值內(nèi)運(yùn)行。如果成像系統(tǒng)100超出精度閾值，則隨后可根據(jù)需要重新校準(zhǔn)成像系統(tǒng)100，這可包括如上所述用新的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集重新訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134。

對(duì)于粒度分布驗(yàn)證，可以向驗(yàn)證系統(tǒng)(例如，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108)提供物理對(duì)象的第二套件。在一些實(shí)施方案中，物理對(duì)象的第一套件和第二套件可以是相同的。然而，在其他實(shí)施方案中，物理對(duì)象的第一套件和第二套件可以是不同的。第二套件中的對(duì)象可以再次是具有已知粒度分布和縱橫比的可商購(gòu)對(duì)象或具有已知范圍的粒度分布和縱橫比的專門制造的項(xiàng)目。在一些情況下，第二套件的對(duì)象可以具有相同的幾何形狀，但具有不同的粒度，或者可以具有不同的幾何形狀和不同的粒度?？梢岳斫猓褂玫膶?duì)象的粒度通常在成像系統(tǒng)100的粒度規(guī)格內(nèi)。

第二套件的粒度不同的對(duì)象可以已知比(即，粒度分布)混合并且經(jīng)過成像系統(tǒng)100進(jìn)行檢測(cè)。然后可以將已知比與由成像系統(tǒng)100提供的所測(cè)量和計(jì)算的粒度分布進(jìn)行比較，以確定是否在指定容差內(nèi)并且另外在成像系統(tǒng)100的預(yù)定精度閾值內(nèi)讀取成像系統(tǒng)100。與物理對(duì)象的第一套件一樣，第二套件的總重量可用于驗(yàn)證第三套件的所有對(duì)象是否存在。

在一些實(shí)施方案中，物理對(duì)象的第一和/或第二套件中的任何對(duì)象可以在反射率和表面光滑度方面進(jìn)一步變化。因此，可以使用這些對(duì)象來測(cè)試這些參數(shù)是否也影響成像系統(tǒng)100的掃描結(jié)果。這可有利于訓(xùn)練成像系統(tǒng)100以區(qū)分金屬對(duì)象、結(jié)晶對(duì)象和無光對(duì)象，其中的每一個(gè)均可以基于光(即，來自光源122的光)如何打在顆粒200a至200c的外表面上而影響顆粒200a至200c的對(duì)比率?？梢曰谡龣z測(cè)哪種類型的顆粒200a至200c來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134以使其接受最有效的對(duì)比率。在一些情況下，可以訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)134以利用最佳光源122來改善對(duì)比率。在這種情況下，可以開/關(guān)各種光源122，以根據(jù)顆粒和背景照明條件提高對(duì)比率。

因此，驗(yàn)證系統(tǒng)可以被配置為使用已知粒度和幾何形狀的物理對(duì)象來測(cè)試成像系統(tǒng)100的指定極限。這種類型的系統(tǒng)可以用于驗(yàn)證井鉆屑114的體積和粒度分布的確定。目前描述的驗(yàn)證系統(tǒng)使用已知輸入并將其與成像系統(tǒng)100的測(cè)量和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，從而提供證明成像系統(tǒng)100是否按需要操作的直接手段。

現(xiàn)在參考圖4，示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的示例性鉆井系統(tǒng)400，其可以包括成像系統(tǒng)100。應(yīng)注意，雖然圖1大致描繪陸上鉆井組件，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解本文中描述的原理同等適用于采用浮動(dòng)或海上平臺(tái)和鉆井設(shè)備的水下鉆井操作，而不脫離本公開的范圍。如圖所示，鉆井系統(tǒng)400可以包括鉆井平臺(tái)402，鉆井平臺(tái)402支撐具有用于升高和降低鉆柱408的行進(jìn)塊406的井架404。鉆柱408可以包括但不限于本領(lǐng)域技術(shù)人員通常已知的鉆桿和螺旋管。當(dāng)方鉆桿410通過旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)412下降時(shí)，其支撐鉆柱408。鉆頭414附接到鉆柱408的遠(yuǎn)端，并且由鉆井馬達(dá)和/或經(jīng)由鉆柱408從井表面的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。隨著鉆頭414的旋轉(zhuǎn)，其產(chǎn)生穿透各種地下地層418的鉆孔416。

泵420(例如，泥漿泵)使鉆井流體422循環(huán)通過進(jìn)料管424并且到達(dá)方鉆桿410，方鉆桿410通過鉆柱408的內(nèi)部并通過鉆頭414中的一個(gè)或多個(gè)孔將鉆井流體422輸送到井下。鉆井流體422然后經(jīng)由在鉆柱408與鉆孔416的壁之間限定的環(huán)形空間426循環(huán)回到表面。在地面上，再循環(huán)的或耗盡了的鉆井流體422離開環(huán)形空間426并且可經(jīng)由互連流線430輸送到一個(gè)或多個(gè)流體處理單元428。在經(jīng)過流體處理單元428之后，“凈化的”鉆井流體422沉積到附近的保持坑432(即，泥坑)上。一種或多種化學(xué)品、流體或添加劑可以經(jīng)由可通信地聯(lián)接到或以其他方式與其保持坑432流體連通的混合料斗434加入到鉆井流體422中。

流體處理單元428可以包括或以其它方式與圖1的振動(dòng)器116相同。如圖所示，成像系統(tǒng)100可以可通信地聯(lián)接到流體處理單元428并且以其他方式結(jié)合流體處理單元428，其中如上所述，成像裝置102(圖1)可以捕獲鉆井流體422中返回的鉆屑114(圖1)的圖像并將圖像數(shù)據(jù)112(圖1)傳送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)108(圖1)進(jìn)行處理。

如本文所使用的，機(jī)器可讀介質(zhì)是指直接或間接向處理器104提供指令以執(zhí)行的任何介質(zhì)。機(jī)器可讀介質(zhì)可呈現(xiàn)許多形式，包括例如非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸介質(zhì)。非易失性介質(zhì)可包括，例如，光盤和磁盤。易失性介質(zhì)可包括，例如，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器。傳輸介質(zhì)可包括，例如，同軸電纜、導(dǎo)線、光纖和形成總線的導(dǎo)線。機(jī)器可讀介質(zhì)的常見形式可包括，例如，軟盤、軟磁盤、硬盤、磁帶、其他類似磁介質(zhì)、cd-rom、dvd、其他類似光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡、紙帶和具有圖案化孔的類似物理介質(zhì)、ram、rom、prom、eprom和閃存eprom。

本文所公開的實(shí)施方案包括：

a.一種方法，包括：使用包括一個(gè)或多個(gè)處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收鉆屑的圖像，鉆屑源于正鉆探的井筒并且包含多個(gè)顆粒；通過獲得每個(gè)顆粒的三個(gè)二維距離測(cè)量值以及獲得每個(gè)顆粒的四個(gè)角度測(cè)量值來用一個(gè)或多個(gè)處理器分析鉆屑的所述圖像；以及基于每個(gè)顆粒的三個(gè)二維距離測(cè)量值和四個(gè)角度測(cè)量值來利用一個(gè)或多個(gè)處理器確定鉆屑的顆粒粒度分布和鉆屑的形狀分布中的至少一者。

b.一種用計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令編程的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令在由計(jì)算機(jī)單元的處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行以下方法：使用包括一個(gè)或多個(gè)處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收鉆屑的圖像，鉆屑源于正鉆探的井筒并且包含多個(gè)顆粒；通過獲得每個(gè)顆粒的三個(gè)二維距離測(cè)量值以及獲得每個(gè)顆粒的四個(gè)角度測(cè)量值來用一個(gè)或多個(gè)處理器分析鉆屑的圖像；以及基于每個(gè)顆粒的三個(gè)二維距離測(cè)量值和四個(gè)角度測(cè)量值來利用所述一個(gè)或多個(gè)處理器確定鉆屑的顆粒粒度分布和鉆屑的形狀分布中的至少一者。

實(shí)施方案a和b可各自具有以下附加要素中的一者或多者的任意組合：要素1：其中利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收鉆屑的圖像之前：將鉆屑輸送穿過振動(dòng)器的振動(dòng)篩；利用一個(gè)或多個(gè)成像裝置捕獲振動(dòng)篩之處或之后的鉆屑的圖像并且由此生成圖像數(shù)據(jù)；以及將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。要素2：還包括利用發(fā)射已知波長(zhǎng)的電磁輻射的光源來照明振動(dòng)篩之處或之后的鉆屑，其中光源選自由以下各項(xiàng)組成的組：白光源；白熾光源；紅外光源；激光；一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管；以及它們的任意組合。要素3：其中光源包括多個(gè)光源，所述方法還包括在多個(gè)光源之間切換，由此提高多個(gè)顆粒中的至少一些的對(duì)比率。要素4：其中獲得每個(gè)顆粒的三個(gè)二維距離測(cè)量值包括：識(shí)別并測(cè)量每個(gè)顆粒的長(zhǎng)度；識(shí)別并測(cè)量每個(gè)顆粒的寬度，其中寬度的測(cè)量值將長(zhǎng)度平分并與其正交；以及識(shí)別并測(cè)量每個(gè)顆粒的中間寬度，其中中間寬度的測(cè)量值是在長(zhǎng)度與寬度之間的交點(diǎn)之間的中間點(diǎn)處獲得的并與長(zhǎng)度正交。要素5：還包括比較給定顆粒的長(zhǎng)度、寬度和中間寬度的測(cè)量值，以確定給定顆粒是方形的、圓形的還是三角形的。要素6：還包括對(duì)每個(gè)顆粒的長(zhǎng)度、寬度和中間寬度的測(cè)量值求平均以確定鉆屑內(nèi)的多個(gè)顆粒的統(tǒng)計(jì)粒度分布。要素7：其中當(dāng)四個(gè)角度測(cè)量值各自的范圍在約70°與約110°之間時(shí)，多個(gè)顆粒的給定顆粒被識(shí)別為方形顆粒。要素8：其中當(dāng)四個(gè)角度測(cè)量值各自大于90°時(shí)，多個(gè)顆粒的給定顆粒被識(shí)別為圓形顆粒。要素9：其中四個(gè)角度測(cè)量值包括第一角度、第二角度、第三角度和第四角度，并且其中當(dāng)?shù)谒慕嵌葹榱悴⑶业谝唤嵌取⒌诙嵌群偷谌嵌鹊暮蜑榧s180°時(shí)，多個(gè)顆粒的給定顆粒被識(shí)別為三角形顆粒。要素10：還包括基于三個(gè)二維距離測(cè)量值和四個(gè)角度測(cè)量值而利用一個(gè)或多個(gè)處理器將每個(gè)顆粒分類為方形、圓形和三角形中的一個(gè)。要素11：還包括：利用至少第一成像裝置和第二成像裝置捕獲每個(gè)顆粒的圖像，其中第一成像裝置在第一焦平面上捕獲圖像并且第二成像裝置在不同于第一焦平面的第二焦平面上捕獲圖像；利用一個(gè)或多個(gè)處理器分析從第一成像裝置和第二成像裝置獲得的每個(gè)顆粒的圖像并且獲得關(guān)于每個(gè)顆粒的與第一成像裝置相關(guān)聯(lián)的第一深度測(cè)量值和與第二成像裝置相關(guān)聯(lián)的第二深度測(cè)量值；以及基于三個(gè)二維距離測(cè)量值、四個(gè)角度測(cè)量值以及第一深度測(cè)量值和第二深度測(cè)量值而利用一個(gè)或多個(gè)處理器確定每個(gè)顆粒的三維形狀，其中三維形狀選自由立方體、球體和角錐體組成的組。要素12：其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括基于已知類型、粒度和體積的物理對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)集合的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，并且其中利用一個(gè)或多個(gè)處理器確定鉆屑的顆粒粒度分布和形狀分布中的至少一者還包括：利用物理對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)集合訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；以及利用一個(gè)或多個(gè)處理器查詢神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以使訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的已知形狀、粒度和體積與由一個(gè)或多個(gè)處理器獲得的測(cè)量值相關(guān)聯(lián)。要素13：還包括：確定鉆屑的體積率；確定鉆屑的密度；以及將鉆屑的體積率與鉆屑的密度相乘，由此獲得鉆屑的質(zhì)量速率。要素14：還包括在通信地耦合到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)外圍裝置上顯示鉆屑的顆粒粒度分布和鉆屑的形狀分布中的至少一者。要素15：其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)形成成像系統(tǒng)的一部分，該成像系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)成像裝置，該一個(gè)或多個(gè)成像裝置獲得鉆屑的圖像，該方法還包括：利用一個(gè)或多個(gè)成像裝置對(duì)已知體積的物理對(duì)象套件取樣，并由此利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得測(cè)量體積；利用一個(gè)或多個(gè)成像裝置對(duì)已知粒度分布的物理對(duì)象套件取樣，并由此利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得測(cè)量粒度分布；以及通過比較測(cè)量體積與已知體積以及測(cè)量粒度分布與已知粒度分布中的至少一者來確定成像系統(tǒng)是否在預(yù)定精度閾值內(nèi)操作。要素16：還包括當(dāng)確定成像系統(tǒng)不在預(yù)定精度閾值內(nèi)操作時(shí)，再校準(zhǔn)成像系統(tǒng)。

要素17：其中獲得每個(gè)顆粒的三個(gè)二維距離測(cè)量值包括：識(shí)別并測(cè)量每個(gè)顆粒的長(zhǎng)度；識(shí)別并測(cè)量每個(gè)顆粒的寬度，其中寬度的測(cè)量值將長(zhǎng)度平分并與其正交；以及識(shí)別并測(cè)量每個(gè)顆粒的中間寬度，其中中間寬度的測(cè)量值是在長(zhǎng)度與寬度之間的交點(diǎn)之間的中間點(diǎn)處獲得的并與長(zhǎng)度正交。要素18：還包括比較給定顆粒的長(zhǎng)度、寬度和中間寬度的測(cè)量值，以確定給定顆粒是方形的、圓形的還是三角形的。要素19：還包括對(duì)每個(gè)顆粒的長(zhǎng)度、寬度和中間寬度的測(cè)量值求平均以確定鉆屑內(nèi)的多個(gè)顆粒的統(tǒng)計(jì)粒度分布。要素20：還包括基于三個(gè)二維距離測(cè)量值和四個(gè)角度測(cè)量值而利用一個(gè)或多個(gè)處理器將每個(gè)顆粒分類為方形、圓形和三角形中的一個(gè)。要素21：還包括：利用至少第一成像裝置和第二成像裝置捕獲每個(gè)顆粒的圖像，其中第一成像裝置在第一焦平面上捕獲圖像并且第二成像裝置在不同于第一焦平面的第二焦平面上捕獲圖像；利用一個(gè)或多個(gè)處理器分析從第一成像裝置和第二成像裝置獲得的每個(gè)顆粒的圖像并且獲得關(guān)于每個(gè)顆粒的與第一成像裝置相關(guān)聯(lián)的第一深度測(cè)量值和與第二成像裝置相關(guān)聯(lián)的第二深度測(cè)量值；以及基于三個(gè)二維距離測(cè)量值、四個(gè)角度測(cè)量值以及第一深度測(cè)量值和第二深度測(cè)量值而利用一個(gè)或多個(gè)處理器確定每個(gè)顆粒的三維形狀，其中三維形狀選自由立方體、球體和角錐體組成的組。要素22：其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括基于已知類型、粒度和體積的物理對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)集合的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，并且其中利用一個(gè)或多個(gè)處理器確定鉆屑的顆粒粒度分布和形狀分布中的至少一者還包括：利用物理對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)集合訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；以及利用一個(gè)或多個(gè)處理器查詢神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以使訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的已知形狀、粒度和體積與由一個(gè)或多個(gè)處理器獲得的測(cè)量值相關(guān)聯(lián)。要素23：還包括：確定鉆屑的體積率；確定鉆屑的密度；以及將鉆屑的體積率與鉆屑的密度相乘，由此獲得鉆屑的質(zhì)量速率。

通過非限制性例子的方式，適用于a和b的示例性組合包括：要素1與要素2；要素1與要素3；要素4與要素5；要素4與要素6；要素15與要素16；要素17與要素18；以及要素17與要素19。

因此，所公開系統(tǒng)及方法良好適合于獲得所提到的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明固有的那些目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。以上公開的特定實(shí)施方案只是說明性的，因?yàn)楸竟_的教導(dǎo)內(nèi)容可以對(duì)受益于本文教導(dǎo)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易知的不同但等效的方式來修改和實(shí)踐。此外，不旨在限制本文所示的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，除非所附權(quán)利要求書另有描述。因此明顯的是以上公開的特定例示性實(shí)施方案可被改變、結(jié)合、或修改，并且所有的此類變化被認(rèn)為在本公開的范圍內(nèi)。本文說明性公開的系統(tǒng)和方法可以合適地在不存在本文未具體公開的任何要素和/或本文公開的任何可選要素的情況下實(shí)施。雖然組合物和方法在“包括”、“含有”或“包含”各種組分或步驟方面來描述，但是組合物和方法還可“基本上由各種組分和步驟組成”或“由各種組分和步驟組成”。上文所公開的所有數(shù)字和范圍可變化某一量。每當(dāng)公開具有下限和上限的數(shù)字范圍時(shí)，均明確公開落在范圍內(nèi)的任何數(shù)字和任何包括的范圍。具體地說，本文公開的值的每個(gè)范圍(形式為“約a至約b”，或等效地“大致a至b”，或等效地“大致a-b”)應(yīng)理解為闡述涵蓋在值的較寬范圍內(nèi)的每個(gè)數(shù)字和范圍。另外，除非專利權(quán)所有人另外明確地和清楚地定義，否則權(quán)利要求書中的術(shù)語具有其一般的普通含義。此外，如權(quán)利要求書中所用的不定冠詞“一個(gè)”或“一種”在本文中定義為意指引入的一個(gè)或一個(gè)以上的要素。如果本說明書和可能以引用的方式并入本文中的一個(gè)或多個(gè)專利或其它文件中詞或術(shù)語的使用存在任何沖突，應(yīng)采用與本說明書一致的定義。

如本文所使用的，在一系列項(xiàng)目之前的短語“至少一個(gè)”，以及用于分開這些項(xiàng)目中的任何一個(gè)的術(shù)語“和”或“或”修改列表作為整體，而不是所述列表中的每一個(gè)成員(即，每個(gè)項(xiàng)目)。短語“至少一個(gè)”允許意指包括項(xiàng)目中的任一個(gè)的至少一個(gè)，和/或項(xiàng)目的任何組合的至少一個(gè)，和/或項(xiàng)目中的每一個(gè)的至少一個(gè)。以舉例的方式，短語“a、b和c中的至少一個(gè)”或“a、b或c中的至少一個(gè)”各自指代僅a、僅b、或僅c；a、b和c的任何組合；和/或a、b和c中的每一個(gè)的至少一個(gè)。