本發(fā)明屬于智能巖石鉆掘，具體涉及一種巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的穩(wěn)步前進(jìn)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速、健康、穩(wěn)定地發(fā)展，巖土工程建設(shè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。在眾多工程領(lǐng)域相關(guān)工作(例如：公路和鐵路的路基鋪設(shè)、巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析、地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析、隧道及隧洞的襯砌支護(hù)計(jì)算、巖體開(kāi)挖和灌漿加固)中，快速準(zhǔn)確地獲得巖體力學(xué)參數(shù)是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。利用巖體力學(xué)參數(shù)，能夠探測(cè)軟弱破碎帶(如斷層、節(jié)理和裂隙等)，預(yù)測(cè)巖爆和突水等不良地質(zhì)現(xiàn)象的可能發(fā)生位置，獲取它們對(duì)工程安全施工的影響，進(jìn)而提出處理加固方案以保障工程安全。

2、隨鉆參數(shù)，是在鉆井下作業(yè)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與記錄的一系列關(guān)鍵指標(biāo)，包括軸向給進(jìn)力、鉆速、轉(zhuǎn)速、扭矩等。隨鉆參數(shù)包含著所鉆進(jìn)巖體的相關(guān)信息，有潛力用于實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體力學(xué)參數(shù)的預(yù)測(cè)。一些學(xué)者針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展了一系列研究。但目前，對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程隨鉆參數(shù)與巖石力學(xué)參數(shù)耦合規(guī)律的理論研究還不夠，且對(duì)金剛石復(fù)合片研究較少。因此，本領(lǐng)域尚缺乏能夠?qū)崿F(xiàn)利用隨鉆參數(shù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)巖體巖體力學(xué)參數(shù)的模型和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)。

2、一種巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：

3、步驟1，采集隨鉆參數(shù)，所述隨鉆參數(shù)包括軸向給進(jìn)力、鉆速、轉(zhuǎn)速或扭矩中的至少一種；

4、步驟2，通過(guò)隨鉆參數(shù)計(jì)算巖石力學(xué)參數(shù)，所述巖石力學(xué)參數(shù)為單軸抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角或內(nèi)聚力中的至少一種；

5、所述巖石力學(xué)參數(shù)的計(jì)算公式是通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)理論推導(dǎo)所得公式進(jìn)行修正后得到的，所述理論推導(dǎo)所得公式如下：

6、用于計(jì)算單軸抗壓強(qiáng)度的公式為：

7、

8、用于計(jì)算內(nèi)摩擦角的公式為：

9、

10、用于計(jì)算內(nèi)聚力的公式為：

11、

12、其中，fn為單軸抗壓強(qiáng)度，k為鉆頭上的切削刃數(shù)，σc為z軸處的軸向給進(jìn)力，v為鉆速，ω為轉(zhuǎn)速，n為切削刃數(shù)，c為內(nèi)聚力，為內(nèi)摩擦角，為破碎巖石與完整巖石間的摩擦角。

13、優(yōu)選的，所述的求解式是：

14、

15、其中，γ為切削刃前角，β為通過(guò)切削刃與巖石的摩擦系數(shù)μ計(jì)算得到的參數(shù)，公式為μ＝tanβ。

16、優(yōu)選的，所述β和γ與扭矩的關(guān)系為：

17、

18、其中，t為扭矩，l為所接鉆桿的總長(zhǎng)度，l為鉆頭部分的長(zhǎng)度。

19、優(yōu)選的，修正后，用于計(jì)算單軸抗壓強(qiáng)度的公式為：

20、

21、其中η1，η2為與巖性相關(guān)的常數(shù)，b為扭矩m與給進(jìn)力f斜率的縱軸截距，ω為轉(zhuǎn)速，v為鉆速。

22、優(yōu)選的，修正后，用于計(jì)算內(nèi)摩擦角的公式為：

23、

24、其中，m、n、p分別為與巖性相關(guān)的常數(shù)，m為扭矩、f為給進(jìn)力，w為轉(zhuǎn)速，v為鉆速。

25、優(yōu)選的，修正后，用于計(jì)算內(nèi)聚力的公式為：

26、

27、其中，m、n、p分別為與巖性相關(guān)的常數(shù)，m為扭矩、f為給進(jìn)力，w為轉(zhuǎn)速，v為鉆速。

28、本發(fā)明還提供一種巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

29、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集隨鉆參數(shù)；

30、預(yù)測(cè)模塊，用于按照上述巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)巖石力學(xué)參數(shù)。

31、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有：用于實(shí)現(xiàn)上述巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法的計(jì)算機(jī)程序。

32、本發(fā)明通過(guò)理論模型建模，以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和修正，提出了能夠通過(guò)隨鉆參數(shù)(軸向給進(jìn)力、鉆速、轉(zhuǎn)速或扭矩)準(zhǔn)確計(jì)算巖石力學(xué)參數(shù)(單軸抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角或內(nèi)聚力)的方法。本發(fā)明的方法使用簡(jiǎn)單，只需要實(shí)時(shí)采集隨鉆參數(shù)即可進(jìn)行計(jì)算，且計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，這為需要快速檢測(cè)巖石力學(xué)參數(shù)的工程項(xiàng)目提供了良好的支持，具有很好的應(yīng)用前景。

33、顯然，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更。

34、以下通過(guò)實(shí)施例形式的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

技術(shù)特征：

1.一種巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.按照權(quán)利要求1所述的巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法，其特征在于：

3.按照權(quán)利要求2所述的巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法，其特征在于：所述β和γ與扭矩的關(guān)系為：

4.按照權(quán)利要求1所述的巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法，其特征在于：

5.按照權(quán)利要求1所述的巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法，其特征在于：

6.按照權(quán)利要求1所述的巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法，其特征在于：

7.一種巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，其上存儲(chǔ)有：用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法的計(jì)算機(jī)程序。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于智能巖石鉆掘技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巖石力學(xué)參數(shù)隨鉆預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的方法包括如下步驟：步驟1，采集隨鉆參數(shù)，所述隨鉆參數(shù)包括軸向給進(jìn)力、鉆速、轉(zhuǎn)速或扭矩中的至少一種；步驟2，通過(guò)隨鉆參數(shù)計(jì)算巖石力學(xué)參數(shù)，所述巖石力學(xué)參數(shù)為單軸抗壓強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角或內(nèi)聚力中的至少一種；所述巖石力學(xué)參數(shù)的計(jì)算公式是通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)理論推導(dǎo)所得公式進(jìn)行修正后得到的。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、高效且結(jié)果準(zhǔn)確優(yōu)勢(shì)，這為需要快速檢測(cè)巖石力學(xué)參數(shù)的工程項(xiàng)目提供了良好的支持，具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：王勝,王棟,柏君,徐正宣,扈森,劉俊飛,張拯,張敏,羅中斌,林之恒,李冰樂(lè),孟少偉,賴?yán)?王哲威,賀建軍,袁東,賈哲強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10