RU2762675C1 - Method and apparatus for determining the parameters of a rock formation - Google Patents

Method and apparatus for determining the parameters of a rock formation Download PDF

Info

Publication number
RU2762675C1
RU2762675C1 RU2020141122A RU2020141122A RU2762675C1 RU 2762675 C1 RU2762675 C1 RU 2762675C1 RU 2020141122 A RU2020141122 A RU 2020141122A RU 2020141122 A RU2020141122 A RU 2020141122A RU 2762675 C1 RU2762675 C1 RU 2762675C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rock
drilling
drill rod
value
volume
Prior art date
Application number
RU2020141122A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2762675C9 (en
Inventor
Сигуй ЧЖЭН
Цаньцань ЛЮ
Дэчунь АЙ
Original Assignee
Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи
Люпаньшуй Нормал Юниверсити
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи, Люпаньшуй Нормал Юниверсити filed Critical Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи
Application granted granted Critical
Publication of RU2762675C1 publication Critical patent/RU2762675C1/en
Publication of RU2762675C9 publication Critical patent/RU2762675C9/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/0202—Control of the test
    • G01N2203/0212—Theories, calculations
    • G01N2203/0218—Calculations based on experimental data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025—Geometry of the test
    • G01N2203/0252—Monoaxial, i.e. the forces being applied along a single axis of the specimen

Abstract

FIELD: testing.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a method and apparatus for determining the parameters of a rock formation. The method includes obtaining groups of test data collected at various times of data collection during rock drilling. The test data in the test data groups therein contains the working values of the axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock, the working values of the torque of the drill rod when drilling a unit volume of rock, and the working values of friction between the drill bit and the bottom of the borehole when drilling a unit volume of rock. The values Rc of the strength of rock for uniaxial compression are estimated based on the working values of the axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock, the working values of the torque of the drill rod when drilling a unit volume of rock, and the working values of friction between the drill bit and the bottom of the borehole when drilling a unit volume of rock in the set of obtained test datasets collected at different times of data collection during drilling of the rock formation to obtain a set of values of strength of rock for uniaxial compression; determining sequences consisting of the values of the strength of rock for uniaxial compression in rock formations of various categories using software for cluster analysis by the K-means method, and finding the average value of the values of the strength of rock for uniaxial compression in the sequences to obtain the average value of the strength for uniaxial compression of the observed rock formations, as well as determining the thicknesses of all rock layers.
EFFECT: method is used for continuously determining the lithology in engineering support of driving of mines and horizontal workings, thud conserving labour and time.
9 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Область техникиTechnology area

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения параметров пласта горной породы и относится к области геологоразведки.The present invention relates to a method and apparatus for determining the parameters of a rock formation and relates to the field of geological exploration.

Уровень техникиState of the art

В подземных проектах, таких как угольные шахты, выработки и т. д., состояние пластов горной породы оказывает большое влияние на безопасность проекта. В настоящее время информацию о пластах горной породы в основном получают путем отбора керна, бурения, наблюдения и т. д., но эти методы влияют на ход выполнения проекта, требуют затрат времени и трудовых затрат и не могут быть использованы для изучения среды, окружающей пласт горной породы, для проекта в реальном времени.In underground projects such as coal mines, workings, etc., the condition of the rock formations has a large impact on the safety of the project. Currently, information about rock formations is mainly obtained through coring, drilling, observation, etc., but these methods affect the progress of the project, are time consuming and labor intensive and cannot be used to study the environment of the formation. rock, for the project in real time.

В настоящее время технология каротажа при бурении является относительно развитой в нефтяной промышленности, но не получила широкого распространения в подземных проектах, таких как угольные шахты, в связи с их серьезными эксплуатационными ограничениями. Хотя некоторые исследователи предложили метод обнаружения пласта на основе бурового шлама, но буровой шлам сложно собрать; особенно в случае пластов горной породы с разжижаемой водой литологией его буровой шлам не может быть собран. Следовательно, для структуры формации невозможно выполнять непрерывную оценку и этот метод не может быть использован для прогнозирования прочности горной породы на одноосное сжатие.Currently, LWD technology is relatively advanced in the petroleum industry, but has not been widely adopted in underground projects such as coal mines due to their severe operational constraints. Although some researchers have proposed a drilling cuttings-based formation detection method, the drill cuttings are difficult to collect; especially in the case of rock formations with water-thinned lithology, its cuttings cannot be collected. Therefore, the structure of the formation cannot be evaluated continuously and this method cannot be used to predict the uniaxial compressive strength of the rock.

Поэтому многие исследователи предложили метод идентификации пластов горной породы в реальном времени на основе параметров самоходной каретки при бурении, но в настоящее время в Китае нет экономически эффективного способа для широкого применения этого метода.Therefore, many researchers have proposed a method for identifying rock formations in real time based on the parameters of a crawler carriage while drilling, but there is currently no cost-effective way in China to widely apply this method.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Для решения вышеупомянутых технических проблем известного уровня техники настоящее изобретение предусматривает способ и устройство для определения параметров пласта горной породы.To solve the aforementioned technical problems of the prior art, the present invention provides a method and apparatus for determining the parameters of a rock formation.

Способ определения параметров пласта горной породы, предусмотренный настоящим изобретением, включает: получение g групп данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных во время бурения пласта горной породы, причем данные испытаний в группах данных испытаний содержат рабочие значения

Figure 00000001
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочие значения
Figure 00000002
 The method for determining the parameters of the rock formation provided by the present invention includes: obtaining g groups of test data collected at various points in time t of data collection while drilling the rock formation, and the test data in the test data groups contains operating values
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock, operating values
Figure 00000002

крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочие значения

Figure 00000003
трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы; подстановку данных испытаний в g группах данных испытаний в формулу оценки значения
Figure 00000004
 прочности горной породы на одноосное сжатие для определения g значений
Figure 00000005
 прочности горной породы на одноосное сжатие, которые соответственно относятся к g группам данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных, при этом
Figure 00000005
 представляет собой значение прочности горной породы на одноосное сжатие, которое соответствует i-ой группе данных испытаний, собранных в соответствии с последовательностью моментов времени сбора; формирование последовательности
Figure 00000006
данных из определенных g значений
Figure 00000005
 прочности горной породы на одноосное сжатие в соответствии с последовательностью моментов времени сбора данных и анализ последовательности A данных с использованием программного обеспечения для кластерного анализа методом K-средних для определения окончательного результата категоризации, причем окончательный результат категоризации включает наилучшее количество категорий
Figure 00000007
 и подпоследовательностей в каждой категории; при этом наилучшее количество категорий
Figure 00000007
 представляет собой общее количество пластов горной породы, разделенных в соответствии с различием в прочности горной породы на одноосное сжатие; если e-ая последовательность представлена в виде
Figure 00000008
среднее значение R прочности на одноосное сжатие e-го слоя пластов горной породы вычисляют по формуле:torque of the drill rod when drilling a unit of volume of rock and working values
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock; substitution of test data in g groups of test data into the value estimation formula
Figure 00000004
 uniaxial compressive strength of rock to determine g values
Figure 00000005
 the uniaxial compressive strengths of the rock, which respectively refer to the g groups of test data collected at different times t of data collection, with
Figure 00000005
 is the value of the uniaxial compressive strength of the rock, which corresponds to the i-th group of test data collected in accordance with the sequence of collection times; sequencing
Figure 00000006
data from defined g values
Figure 00000005
 the uniaxial compressive strength of the rock according to the time sequence of data collection and analysis of the A data sequence using K-means cluster analysis software to determine the final categorization result, with the final categorization result including the best number of categories
Figure 00000007
 and subsequences in each category; with the best number of categories
Figure 00000007
 is the total number of rock strata divided according to the difference in uniaxial compressive strength of the rock; if the e-th sequence is represented as
Figure 00000008
the average value R of the uniaxial compressive strength of the e-layer of rock strata is calculated by the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

В некоторых случаях способ определения параметров пласта горной породы, предусмотренный настоящим изобретением, также включает: получение выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги, которая изменяется со временем t сбора данных, причем скорость бурения буровой штанги представляет собой глубину, на которую буровая штанга проходит в пласт горной породы за секунду, измеренную в м/с; причем способ получения выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги включает: подгонку скоростей V бурения различных буровых штанг и моментов времени t сбора скоростей V бурения для получения выражения V(t); определение интервала

Figure 00000010
времени t сбора данных, соответствующего значению прочности горной породы на одноосное сжатие в e-ой последовательности
Figure 00000011
при этом толщину e-го слоя пластов горной породы вычисляют по формуле:In some cases, the method for determining the parameters of a rock formation provided by the present invention also includes: obtaining an expression V (t) of the speed V of drilling of the drill rod, which changes with the time t of data acquisition, and the rate of drilling of the drill rod is the depth to which the drill rod passes into the rock formation in a second, measured in m / s; wherein the method for obtaining the expression V (t) of the drilling speed V of the drill rod includes: adjusting the drilling speeds V of various drill rods and the points in time t of collecting the drilling speeds V to obtain the expression V (t); interval definition
Figure 00000010
time t of data collection corresponding to the value of the rock uniaxial compressive strength in the e-th sequence
Figure 00000011
while the thickness of the e-th layer of rock layers is calculated by the formula:

Figure 00000012
Figure 00000012

В некоторых случаях способ определения параметров пласта горной породы, предусмотренный настоящим изобретением, также включает: вычисление рабочего значения

Figure 00000013
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (3):In some cases, the method for determining the parameters of a rock formation provided by the present invention also includes: calculating an operating value
Figure 00000013
 the axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock according to the formula (3):

Figure 00000014
Figure 00000014

вычисление рабочего значения

Figure 00000015
крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (4):calculation of the working value
Figure 00000015
 of the drill rod torque when drilling a unit volume of rock according to the formula (4):

Figure 00000016
Figure 00000016

вычисление рабочего значения

Figure 00000017
трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (5):calculation of the working value
Figure 00000017
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock according to the formula (5):

Figure 00000018
Figure 00000018

где F - осевое усилие буровой штанги, измеренное в Н; λ - коэффициент расширения ствола скважины, т.е. отношение площади поперечного сечения скважины к площади поперечного сечения буровой штанги; r - диаметр коронки буровой штанги, измеренный в м; M - крутящий момент буровой штанги, измеренный в Н⋅м; n - частота вращения буровой штанги, измеренная в об/мин.; V - скорость бурения буровой штанги, т.е. глубина прохождения буровой штанги в пласт горной породы за секунду, измеренная в м/с;

Figure 00000019
- коэффициент трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины, и установленный равным 0,21. where F is the axial force of the drill rod, measured in N; λ is the expansion coefficient of the wellbore, i.e. the ratio of the cross-sectional area of the borehole to the cross-sectional area of the drill rod; r is the diameter of the drill rod bit, measured in m; M is the drill rod torque measured in N⋅m; n is the rotational speed of the drill rod, measured in rpm; V is the drilling speed of the drill rod, i.e. the depth of penetration of the drill rod into the rock formation per second, measured in m / s;
Figure 00000019
 - coefficient of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore, and set equal to 0.21.

В некоторых случаях способ определения формулы оценки прочности

Figure 00000004
горной породы на одноосное сжатие в способе определения параметров пласта горной породы, предусмотренном в данном варианте осуществления включает: использование рабочего значения
Figure 00000001
 осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочего значения
Figure 00000002
 крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочего значения
Figure 00000003
 трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы в качестве независимых переменных, использование прочности
Figure 00000004
горной породы на одноосное сжатие в качестве зависимой переменной и получение формулы оценки методом линейной регрессии. In some cases, the method for determining the formula for assessing strength
Figure 00000004
 rock for uniaxial compression in the method for determining the parameters of the rock formation provided in this embodiment includes: using a working value
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit of volume of rock, working value
Figure 00000002
 of the drill rod torque when drilling a unit of rock volume and the working value
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock as independent variables, the use of strength
Figure 00000004
 rock for uniaxial compression as a dependent variable and obtaining an estimation formula using linear regression.

Кроме того, настоящее изобретение дополнительно предусматривает устройство для определения параметров пласта горной породы, которое содержит: модуль сбора, выполненный с возможностью получения g групп данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных во время бурения горной породы, причем данные испытаний в группах данных испытаний содержат рабочие значения

Figure 00000001
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочие значения
Figure 00000002
 крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочие значения
Figure 00000003
 трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы; устройство также содержит модуль определения, выполненный с возможностью подстановки данных испытаний в g группах данных испытаний в формулу оценки прочности
Figure 00000004
 горной породы на одноосное сжатие для определения g значений
Figure 00000005
 прочности горной породы на одноосное сжатие, которые соответственно относятся к g группам данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных, причем
Figure 00000005
 представляет собой значение прочности горной породы на одноосное сжатие, которое соответствует i-ой группе данных испытаний, собранных в соответствии с последовательностью моментов времени сбора; причем модуль определения дополнительно выполнен с возможностью формирования последовательности
Figure 00000020
данных из определенных g значений
Figure 00000005
 прочности горной породы на одноосное сжатие в последовательности моментов времени сбора данных и анализа последовательности A данных с использованием программного обеспечения для кластерного анализа методом K-средних для определения окончательного результата категоризации, причем окончательный результат категоризации включает наилучшее количество категорий
Figure 00000007
 и подпоследовательностей в каждой категории; при этом наилучшее количество категорий
Figure 00000007
 представляет собой общее количество пластов горной породы, разделенных в соответствии с различием значений прочности горной породы на одноосное сжатие; если e-ая последовательность представлена в виде
Figure 00000021
среднее значение R прочности на одноосное сжатие e-го слоя пластов горной породы вычисляют по формуле:In addition, the present invention further provides an apparatus for determining the parameters of a rock formation, which comprises: an acquisition module configured to acquire g groups of test data collected at various points in time t of data collection while drilling the rock, wherein the test data in the groups of data tests contain operating values
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock, operating values
Figure 00000002
 torque of the drill rod when drilling a unit of volume of rock and working values
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock; the device also contains a determination module configured to substitute test data in g groups of test data into a strength assessment formula
Figure 00000004
 uniaxial compression to determine g values
Figure 00000005
 the uniaxial compressive strengths of the rock, which respectively refer to g groups of test data collected at different points in time t of data collection, with
Figure 00000005
 is the value of the uniaxial compressive strength of the rock, which corresponds to the i-th group of test data collected in accordance with the sequence of collection times; moreover, the determination module is additionally configured to form a sequence
Figure 00000020
data from defined g values
Figure 00000005
 the uniaxial compressive strength of the rock in a sequence of acquisition times and analysis of A data sequence using K-means cluster analysis software to determine the final categorization result, with the final categorization result including the best number of categories
Figure 00000007
 and subsequences in each category; with the best number of categories
Figure 00000007
 is the total number of rock strata divided according to the difference in uniaxial compressive strength of the rock; if the e-th sequence is represented as
Figure 00000021
the average value R of the uniaxial compressive strength of the e-layer of rock strata is calculated by the formula:

Figure 00000022
Figure 00000022

В некоторых случаях модуль сбора в устройстве для определения параметров пласта горной породы, предусмотренный настоящим изобретением, дополнительно выполнен с возможностью получения выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги, которая изменяется со временем t сбора данных, причем скорость бурения буровой штанги представляет собой глубину, на которую буровая штанга проходит в пласт горной породы за секунду, измеренную в м/с; причем способ получения выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги включает: подгонку скоростей V бурения различных буровых штанг и моментов времени t сбора скоростей V бурения для получения выражения V(t); определение интервала

Figure 00000023
времени t сбора данных, соответствующего значению прочности горной породы на одноосное сжатие в e-ой последовательности
Figure 00000024
при этом толщину e-го слоя пластов горной породы вычисляют по формуле:In some cases, the acquisition module in the rock formation determination apparatus of the present invention is further configured to obtain an expression V (t) of the drill rod drilling speed V that varies with the acquisition time t, the drill rod drilling speed being the depth the drill rod passes into the rock formation per second, measured in m / s; wherein the method for obtaining the expression V (t) of the drilling speed V of the drill rod includes: adjusting the drilling speeds V of various drill rods and the points in time t of collecting the drilling speeds V to obtain the expression V (t); interval definition
Figure 00000023
time t of data collection corresponding to the value of the rock uniaxial compressive strength in the e-th sequence
Figure 00000024
while the thickness of the e-th layer of rock layers is calculated by the formula:

Figure 00000025
Figure 00000025

В некоторых случаях, в устройстве для определения параметров пласта горной породы, предусмотренном настоящим изобретением, модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения рабочего значения

Figure 00000013
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (3):In some cases, in the device for determining the parameters of the rock formation provided by the present invention, the collection module is additionally configured to obtain an operating value
Figure 00000013
 the axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock according to the formula (3):

Figure 00000026
Figure 00000026

модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения рабочего значения

Figure 00000015
крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (4):the collection module is additionally configured to obtain an operating value
Figure 00000015
 of the drill rod torque when drilling a unit volume of rock according to the formula (4):

Figure 00000027
Figure 00000027

модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения рабочего значения

Figure 00000017
трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (5):the collection module is additionally configured to obtain an operating value
Figure 00000017
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock according to the formula (5):

Figure 00000028
Figure 00000028

где F - осевое усилие буровой штанги, измеренное в Н; λ - коэффициент расширения ствола скважины, т.е. отношение площади поперечного сечения скважины к площади поперечного сечения буровой штанги; r - диаметр коронки буровой штанги, измеренный в м; M - крутящий момент буровой штанги, измеренный в Н⋅м; n - частота вращения буровой штанги, измеренная в об/мин.; V - скорость бурения буровой штанги, т.е. глубина прохождения буровой штанги в пласт горной породы за секунду, измеренная в м/с;

Figure 00000019
- коэффициент трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины, и установленный равным 0,21.where F is the axial force of the drill rod, measured in N; λ is the expansion coefficient of the wellbore, i.e. the ratio of the cross-sectional area of the borehole to the cross-sectional area of the drill rod; r is the diameter of the drill rod bit, measured in m; M is the drill rod torque measured in N⋅m; n is the rotational speed of the drill rod, measured in rpm; V is the drilling speed of the drill rod, i.e. the depth of penetration of the drill rod into the rock formation per second, measured in m / s;
Figure 00000019
 - coefficient of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore, and set equal to 0.21.

В некоторых случаях, в устройстве для определения параметров пласта горной породы, предусмотренном настоящим изобретением, модуль определения дополнительно выполнен с возможностью определения формулы оценки прочности

Figure 00000004
горной породы на одноосное сжатие; причем способ определения формулы оценки прочности
Figure 00000004
 горной породы на одноосное сжатие включает: использование рабочего значения
Figure 00000001
 осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочего значения
Figure 00000002
 крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочего значения
Figure 00000003
 трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы в качестве независимых переменных, использование прочности
Figure 00000004
 горной породы на одноосное сжатие в качестве зависимой переменной и получение формулы оценки методом линейной регрессии.In some cases, in the device for determining the parameters of the rock formation provided by the present invention, the determination module is further configured to determine the strength estimation formula
Figure 00000004
 rock for uniaxial compression; moreover, the method for determining the formula for assessing strength
Figure 00000004
 rock formation for uniaxial compression includes: using the working value
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit of volume of rock, working value
Figure 00000002
 of the drill rod torque when drilling a unit of rock volume and the working value
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock as independent variables, the use of strength
Figure 00000004
 rock for uniaxial compression as a dependent variable and obtaining an estimation formula using linear regression.

В некоторых случаях, устройство для определения параметров пласта горной породы, предусмотренное настоящим изобретением, также включает сборщик данных, выполненный с возможностью сбора данных испытаний при выполнении буровой штангой бурения сквозь единицу объема горной породы; причем сборщик данных включает датчик скорости бурения, датчик частоты вращения, датчик давления и датчик крутящего момента; при этом датчик скорости бурения выполнен с возможностью обнаружения скорости V бурения; датчик частоты вращения выполнен с возможностью обнаружения частоты n вращения буровой штанги; датчик давления выполнен с возможностью обнаружения осевого усилия F буровой штанги; датчик крутящего момента выполнен с возможностью обнаружения крутящего момента M буровой штанги; устройство также содержит блок отображения, выполненный с возможностью отображения данных испытаний, собранных сборщиком данных при выполнении буровой штангой бурения сквозь единицу объема горной породы, данных, полученных модулем сбора, и данных, определенных модулем определения; причем модуль сбора выполнен с возможностью приема данных испытаний, собранных сборщиком данных при выполнении буровой штангой бурения сквозь единицу объема горной породы, и соответствующего значения

Figure 00000004
прочности на одноосное сжатие; а модуль определения выполнен с возможностью обработки информации в виде данных, собранных модулем сбора.In some cases, the rock formation determination apparatus of the present invention also includes a data collector configured to collect test data when the drill rod is drilling through a unit volume of rock; moreover, the data collector includes a drilling speed sensor, a rotational speed sensor, a pressure sensor and a torque sensor; the drilling speed sensor is configured to detect the drilling speed V; the rotational speed sensor is configured to detect the rotational speed n of the drill rod; the pressure sensor is configured to detect the axial force F of the drill rod; the torque sensor is configured to detect the torque M of the drill rod; the device also contains a display unit configured to display test data collected by the data collector when the drill rod is drilling through a unit volume of rock, data received by the acquisition module and data determined by the determination module; moreover, the acquisition module is configured to receive test data collected by the data collector when the drill rod is drilling through a unit volume of rock, and the corresponding value
Figure 00000004
 uniaxial compression strength; and the determining module is configured to process information in the form of data collected by the collecting module.

При помощи способа и устройства для определения параметров пласта горной породы, предусмотренных настоящим изобретением, рабочие значения осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочие значения крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочие значения трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы во множестве групп данных испытаний, собранных в различные моменты времени сбора данных в процессе бурения горной породы, подставляют в формулу оценки значения R c прочности горной породы на одноосное сжатие для получения множества значений прочности горной породы на одноосное сжатие, причем множество значений прочности горной породы на одноосное сжатие анализируют с использованием программного обеспечения для кластерного анализа методом K-средних для определения последовательностей, состоящих из значений прочности горной породы на одноосное сжатие в различных категориях пластов, при этом среднее значение прочности на одноосное сжатие пластов горной породы получают путем расчета среднего значения прочности горной породы на одноосное сжатие в подпоследовательности. Таким образом, процесс геологоразведочных работ значительно упрощается, осуществляется непрерывное обнаружение литологии для инженерного обеспечения горных работ, а также сокращается трудоемкость и временные затраты.Using the method and device for determining the parameters of the rock formation provided by the present invention, the operating values of the axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock, the operating values of the torque of the drill rod when drilling a unit of rock volume and the operating values of the friction between the drill bit and the bottom borehole when drilling a unit volume of rock in a plurality of test data groups collected at different points in time of data collection during rock drilling, are substituted into the formula for estimating the valueR c uniaxial rock strength to obtain multiple uniaxial rock strength values, with multiple uniaxial rock strength values analyzed using K-means cluster analysis software to determine sequences of rock uniaxial strength values compression in different categories of formations, whereby the mean uniaxial compressive strength of the rock formations is obtained by calculating the mean uniaxial compressive strength of the rock in a subsequence. Thus, the process of geological exploration is greatly simplified, continuous detection of lithology is carried out for engineering support of mining operations, and labor intensity and time costs are reduced.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Сопроводительные чертежи, которые включены в данное описание и составляют его часть, иллюстрируют варианты осуществления согласно настоящему изобретению и предназначены для использования вместе с описанием для объяснения принципа настоящего изобретения.The accompanying drawings, which are included in and form a part of this description, illustrate embodiments according to the present invention and are intended to be used in conjunction with the description to explain the principle of the present invention.

На фиг. 1 представлена блок-схема способа определения параметров пласта горной породы согласно варианту осуществления;FIG. 1 is a flow chart of a method for determining parameters of a rock formation according to an embodiment;

На фиг. 2 представлена схема соединений устройства для определения параметров пласта горной породы согласно варианту осуществления.FIG. 2 is a connection diagram of an apparatus for determining the parameters of a rock formation according to an embodiment.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения показаны на вышеупомянутых сопроводительных чертежах и будут описаны более подробно ниже. Эти чертежи и описание никоим образом не предназначены для ограничения объема изобретательской концепции настоящего изобретения, а используются для объяснения изобретательской концепции настоящего изобретения специалистам в данной области техники со ссылкой на конкретные варианты осуществления.Specific embodiments of the present invention are shown in the aforementioned accompanying drawings and will be described in more detail below. These drawings and description are in no way intended to limit the scope of the inventive concept of the present invention, but are used to explain the inventive concept of the present invention to those skilled in the art with reference to specific embodiments.

V. Осуществление изобретенияV. Implementation of the invention

Чтобы задача, техническое решение и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения стали более понятными, приведенное ниже техническое решение в вариантах осуществления настоящего изобретения будет подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи в вариантах осуществления настоящего изобретения. Очевидно, что описанные в настоящем документе варианты осуществления представляют собой только некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, а не все возможные варианты осуществления настоящего изобретения.To make the object, technical solution and advantages of the embodiments of the present invention more clear, the following technical solution in the embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in the embodiments of the present invention. Obviously, the embodiments described herein are only some embodiments of the present invention, and not all possible embodiments of the present invention.

На основе вариантов осуществления, представленных в настоящем изобретении, все другие варианты осуществления, полученные без каких-либо творческих усилий специалистами, имеющими обычные навыки в данной области техники, считаются подпадающими под объем защиты настоящего изобретения. Нижеследующие варианты осуществления и признаки в вариантах осуществления могут быть объединены друг с другом при условии отсутствия конфликта.Based on the embodiments presented in the present invention, all other embodiments obtained without any creative effort by those of ordinary skill in the art are considered to fall within the protection scope of the present invention. The following embodiments and features in the embodiments may be combined with each other as long as there is no conflict.

Как показано на фиг. 1, способ определения параметров пласта горной породы, предусмотренный в данном варианте осуществления включает следующие этапы:As shown in FIG. 1, the method for determining the parameters of a rock formation provided in this embodiment includes the following steps:

S1: получение g групп данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных во время бурения горной породы, причем данные испытаний в группах данных испытаний содержат рабочие значения

Figure 00000001
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочие значения
Figure 00000002
 крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочие значения
Figure 00000003
 трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы;S1: Obtain g groups of test data collected at different acquisition times t while drilling rock, where the test data in the test data groups contains operating values
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock, operating values
Figure 00000002
 torque of the drill rod when drilling a unit of volume of rock and working values
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock;

так например, в процессе бурения горной породы с помощью буровой установки данные испытаний, такие как рабочее значение

Figure 00000001
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочее значение
Figure 00000002
 крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочее значение
Figure 00000003
 трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы можно получить прямо или косвенно с помощью экспериментального устройства; при сборе таких данных экспериментальное устройство может одновременно регистрировать время сбора данных, и время сбора данных может быть синхронизированным.so for example, in the process of drilling rock with a drilling rig test data such as operating value
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit of volume of rock, working value
Figure 00000002
 torque of the drill rod when drilling a unit of volume of rock and the working value
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock can be obtained directly or indirectly using an experimental device; when collecting such data, the experimental device can simultaneously record the acquisition time and the acquisition time can be synchronized.

При этом выражение «g группы данных испытаний» означает множество групп данных испытаний, а не конкретно определяет количество групп данных. Оно является всего лишь выражением количества собранных групп данных испытаний для удобства описания в дальнейшем.Here, the expression “g of the test data group” means a plurality of test data groups, and does not specifically define the number of the test data groups. It is merely an expression of the number of collected test data sets for ease of description in the following.

S2: подстановку данных испытаний в g группах данных испытаний в формулу оценки значения

Figure 00000004
прочности горной породы на одноосное сжатие для определения g значений
Figure 00000005
 прочности горной породы на одноосное сжатие, которые соответственно относятся к g группам данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных, причем
Figure 00000005
 представляет собой значение прочности горной породы на одноосное сжатие, которое соответствует i-ой группе данных испытаний, собранных в соответствии с последовательностью моментов времени сбора;S2: Substitution of test data in g groups of test data into a value estimation formula
Figure 00000004
 uniaxial compressive strength of rock to determine g values
Figure 00000005
 the uniaxial compressive strengths of the rock, which respectively refer to g groups of test data collected at different points in time t of data collection, with
Figure 00000005
 is the value of the uniaxial compressive strength of the rock, which corresponds to the i-th group of test data collected in accordance with the sequence of collection times;

например, формула оценки значения

Figure 00000004
прочности горной породы на одноосное сжатие определяется заранее, и формула оценки значения
Figure 00000004
 прочности горной породы на одноосное сжатие может быть получена непосредственно с использованием справочной формулы, определенной в других литературных источниках, или может быть получена методом линейной регрессии на основе других данных испытаний. for example, the value estimation formula
Figure 00000004
 the uniaxial compressive strength of the rock is determined in advance, and the formula for estimating the value
Figure 00000004
 The uniaxial compressive strength of the rock can be obtained directly using a reference formula defined in other literature, or can be obtained by linear regression from other test data.

S3: формирование последовательности

Figure 00000029
данных из определенных g значений
Figure 00000005
 прочности горной породы на одноосное сжатие в соответствии с последовательностью моментов времени сбора данных и анализ последовательности A данных с использованием программного обеспечения для кластерного анализа методом K-средних для определения окончательного результата категоризации, причем окончательный результат категоризации включает наилучшее количество категорий
Figure 00000007
 и подпоследовательностей в каждой категории; при этом наилучшее количество категорий
Figure 00000007
 представляет собой общее количество пластов горной породы, разделенных в соответствии с различием в значении прочности горной породы; если e-ая последовательность представлена в виде
Figure 00000030
среднее значение R прочности на одноосное сжатие e-го слоя пластов горной породы вычисляют по формуле:S3: Sequencing
Figure 00000029
data from defined g values
Figure 00000005
 the uniaxial compressive strength of the rock according to the time sequence of data collection and analysis of the A data sequence using K-means cluster analysis software to determine the final categorization result, with the final categorization result including the best number of categories
Figure 00000007
 and subsequences in each category; with the best number of categories
Figure 00000007
 is the total number of rock strata divided according to the difference in rock strength; if the e-th sequence is represented as
Figure 00000030
the average value R of the uniaxial compressive strength of the e-layer of rock strata is calculated by the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

например, в процессе бурения литология пластов горной породы изменяется по мере увеличения глубины бурения, и g значения

Figure 00000005
прочности горной породы на одноосное сжатие, полученных в этом процессе, имеют свою собственную временную последовательность. Чтобы получить непрерывную литологию пластов горной породы, при анализе данных также накладывается ограничение временной последовательности. Подпоследовательность представляет собой сегмент последовательности A данных, и среди множества подпоследовательностей отсутствует перекрытие. В окончательном результате категоризации последовательность A данных делится на подпоследовательности
Figure 00000007
 и непрерывность данных может быть точно такой же, как у последовательности A данных, после того, как множество подпоследовательностей располагается в хронологическом порядке.for example, during drilling, the lithology of the rock formations changes as the drilling depth increases, and the g values
Figure 00000005
 The uniaxial compressive strengths of the rock obtained in this process have their own time sequence. To obtain a continuous lithology of the rock formations, a time sequence constraint is also imposed in the data analysis. The subsequence is a segment of the data sequence A, and there is no overlap among the plurality of subsequences. The final categorization result divides the data sequence A into subsequences
Figure 00000007
 and the data continuity may be exactly the same as the data sequence A after the plurality of sub-sequences are arranged in chronological order.

Алгоритм K-средних представляет собой аппаратно-реализованный алгоритм кластеризации и характерен для методов кластеризации на основе эталонных образов с использованием целевой функции. Он берет расстояние от точки данных до эталона в качестве целевой функции для оптимизации и получает правила настройки для итерационных операций, используя метод поиска экстремума функции. Алгоритм использует функцию критерия минимума суммы квадратов ошибок (SSE) в качестве функции критерия кластеризации. Программное обеспечение R или Matlab с функцией алгоритма K-средних является широко используемым программным обеспечением. Конкретный процесс кластерного анализа завершают с помощью существующего программного обеспечения. В данном варианте осуществления процесс и принцип кластерного анализа подробно не описаны; вместо этого в качестве примера приведены только исходные данные, которые должны быть введены, и типы данных, которые должны быть получены.The K-means algorithm is a hardware-implemented clustering algorithm and is typical for clustering methods based on reference images using an objective function. It takes the distance from the data point to the reference as an objective function for optimization and obtains tuning rules for iterative operations using the function extremum search method. The algorithm uses the minimum sum of squared error (SSE) criterion function as the clustering criterion function. R or Matlab software with K-means algorithm function is widely used software. The specific cluster analysis process is completed using existing software. In this embodiment, the process and principle of cluster analysis are not described in detail; instead, only the raw data to be entered and the data types to be retrieved are given as an example.

В некоторых случаях, на основе вышеупомянутого варианта осуществления способ определения параметров пласта горной породы, предусмотренный в данном варианте осуществления, дополнительно включает следующие этапы:In some cases, based on the aforementioned embodiment, the method for determining the parameters of a rock formation provided in this embodiment further includes the following steps:

S4: получение выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги, которая изменяется со временем t сбора данных, причем скорость бурения буровой штанги представляет собой глубину, на которую буровая штанга проходит в пласт горной породы за секунду, измеренную в м/с; способ получения выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги включает: подгонку скоростей V бурения различных буровых штанг и моментов времени t сбора скоростей V бурения для получения выражения V(t); определение интервала

Figure 00000010
времени t сбора данных, соответствующего значению прочности горной породы на одноосное сжатие в e-ой последовательности
Figure 00000011
при этом толщину e-го слоя пластов горной породы вычисляют по формуле:S4: deriving an expression V (t) for a drill rod drilling speed V that varies with acquisition time t, the drill rod drilling speed being the depth that the drill rod penetrates into the rock formation per second, measured in m / s; the method for obtaining the expression V (t) of the drilling speed V of the drill rod includes: adjusting the drilling speeds V of various drill rods and the points of time t collecting the drilling speeds V to obtain the expression V (t); interval definition
Figure 00000010
time t of data collection corresponding to the value of the rock uniaxial compressive strength in the e-th sequence
Figure 00000011
while the thickness of the e-th layer of rock layers is calculated by the formula:

Figure 00000025
Figure 00000025

например, в зависимости от прочности горной породы на одноосное сжатие, скорость бурения буровой штанги в пласте горной породы может изменяться. Датчик скорости бурения может периодически регистрировать скорость бурения буровой штанги, например, один раз в несколько миллисекунд. В соответствии с множеством полученных значений скорости бурения, соответствующих различным моментам времени за определенный период времени в эксперименте, выражение V(t) скорости V бурения буровой штанги, изменяющейся со временем t сбора данных, может быть получено посредством нелинейной аппроксимации.for example, depending on the uniaxial compressive strength of the rock, the drilling speed of the drill rod in the rock formation may vary. The drilling speed sensor can periodically record the drilling speed of the drill rod, for example, once every few milliseconds. According to a plurality of obtained drilling speed values corresponding to different points in time in a certain period of time in the experiment, the expression V (t) of the drilling speed V of the drill rod, changing with the acquisition time t, can be obtained by means of a non-linear approximation.

В альтернативном варианте средняя скорость бурения может быть взята, как скорость V бурения буровой штанги, при условии получения интервала

Figure 00000010
времени t сбора данных в сочетании с общей глубиной бурения в этот период времени.Alternatively, the average drilling speed can be taken as the drilling speed V of the drill rod, provided that the interval
Figure 00000010
the acquisition time t combined with the total drilling depth during this time period.

В некоторых случаях, на основе вышеупомянутого варианта осуществления, этап S1 может дополнительно включать: вычисление рабочего значения

Figure 00000013
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (3):In some cases, based on the above embodiment, step S1 may further include: calculating an operating value
Figure 00000013
 the axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock according to the formula (3):

Figure 00000014
Figure 00000014

вычисление рабочего значения

Figure 00000015
крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (4):calculation of the working value
Figure 00000015
 of the drill rod torque when drilling a unit volume of rock according to the formula (4):

Figure 00000016
Figure 00000016

вычисление рабочего значения

Figure 00000017
трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (5):calculation of the working value
Figure 00000017
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock according to the formula (5):

Figure 00000018
Figure 00000018

где F - осевое усилие буровой штанги, измеренное в Н; λ - коэффициент расширения ствола скважины, т.е. отношение площади поперечного сечения скважины к площади поперечного сечения буровой штанги; r - диаметр коронки буровой штанги, измеренный в м; M - крутящий момент буровой штанги, измеренный в Н⋅м; n - частота вращения буровой штанги, измеренная в об/мин.; V - скорость бурения буровой штанги, т.е. глубина прохождения буровой штанги в пласт горной породы за секунду, измеренная в м/с;

Figure 00000019
- коэффициент трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины, и установленный равным 0,21.where F is the axial force of the drill rod, measured in N; λ is the expansion coefficient of the wellbore, i.e. the ratio of the cross-sectional area of the borehole to the cross-sectional area of the drill rod; r is the diameter of the drill rod bit, measured in m; M is the drill rod torque measured in N⋅m; n is the rotational speed of the drill rod, measured in rpm; V is the drilling speed of the drill rod, i.e. the depth of penetration of the drill rod into the rock formation per second, measured in m / s;
Figure 00000019
 - coefficient of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore, and set equal to 0.21.

Например, некоторые испытательные устройства могут напрямую получать рабочее значение

Figure 00000001
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочее значение
Figure 00000002
 крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочее значение
Figure 00000003
 трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы; на практике эти значения также могут быть получены путем косвенного измерения.For example, some test devices can directly obtain the working value.
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit of volume of rock, working value
Figure 00000002
 torque of the drill rod when drilling a unit of volume of rock and the working value
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock; in practice, these values can also be obtained by indirect measurement.

В некоторых случаях, на основе вышеупомянутого варианта осуществления, этап S2 может дополнительно включать: способ определения формулы оценки значения

Figure 00000004
прочности горной породы на одноосное сжатие в способе определения параметров пласта горной породы, предусмотренном в данном варианте осуществления, включает: использование рабочего значения
Figure 00000001
 осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочего значения
Figure 00000002
 крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочего значения
Figure 00000003
 трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы в качестве независимых переменных, использование значения
Figure 00000004
 прочности горной породы на одноосное сжатие в качестве зависимой переменной и получение формулы оценки методом линейной регрессии.In some cases, based on the above embodiment, step S2 may further include: a method for determining a value estimation formula
Figure 00000004
 the uniaxial compressive strength of the rock in the method for determining the parameters of the rock formation provided in this embodiment includes: using a working value
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit of volume of rock, working value
Figure 00000002
 of the drill rod torque when drilling a unit of rock volume and the working value
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock as independent variables, using the value
Figure 00000004
 the uniaxial compressive strength of the rock as a dependent variable and a linear regression estimation formula.

Например, метод линейной регрессии представляет собой метод обработки данных, широко используемый в научных исследованиях, и является методом выработки эмпирической формулы путем предварительного получения надежных экспериментальных данных и последующего использования эмпирической формулы для оценки результата. Для многоэлементной линейной регрессии можно использовать программные комплексы для статистических продуктов и услуг (SPSS), Microsoft Excel или другое программное обеспечение, способное обрабатывать данные.For example, linear regression is a data processing technique widely used in scientific research and is a method of developing an empirical formula by first obtaining reliable experimental data and then using the empirical formula to estimate the result. For multi-element linear regression, you can use Statistical Products and Services Software (SPSS), Microsoft Excel, or other software that can process the data.

Дополнительно, как показано на фиг. 2, данный вариант осуществления также обеспечивает устройство для определения параметров пласта горной породы, которое содержит: модуль сбора, выполненный с возможностью получения g групп данных испытаний, получаемых в различное время t сбора данных во время бурения горной породы, причем данные испытаний в группах данных испытаний содержат рабочие значения

Figure 00000001
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочие значения
Figure 00000002
 крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочие значения
Figure 00000003
 трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы; устройство также содержит модуль определения, выполненный с возможностью подстановки данных испытаний в g группах данных испытаний в формулу оценки значения
Figure 00000004
 прочности горной породы на одноосное сжатие для определения g значений
Figure 00000005
 прочности горной породы на одноосное сжатие, которые соответственно относятся к g группам данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных, причем
Figure 00000005
 представляет собой значение прочности горной породы на одноосное сжатие, которое соответствует i-ой группе данных испытаний, собранных в соответствии с последовательностью моментов времени сбора; причем модуль определения дополнительно выполнен с возможностью формирования последовательности
Figure 00000006
данных из определенных g значений
Figure 00000005
прочности горной породы на одноосное сжатие в соответствии с последовательностью моментов времени сбора данных и анализа последовательности A данных с использованием программного обеспечения для кластерного анализа методом K-средних для определения окончательного результата категоризации, причем окончательный результат категоризации включает наилучшее количество категорий
Figure 00000007
 и подпоследовательностей в каждой категории; при этом наилучшее количество категорий
Figure 00000007
 представляет собой общее количество пластов горной породы, разделенных в соответствии с различием в значениях значении прочности горной породы на одноосное сжатие; если e-ая последовательность представлена в виде
Figure 00000008
среднее значение R прочности на одноосное сжатие e-го слоя пластов горной породы вычисляют по формуле:Additionally, as shown in FIG. 2, this embodiment also provides an apparatus for determining the parameters of a rock formation, which comprises: an acquisition module configured to acquire g groups of test data obtained at different acquisition times t while drilling the rock, the test data in the test data groups contain operating values
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock, operating values
Figure 00000002
 torque of the drill rod when drilling a unit of volume of rock and working values
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock; the device also contains a determination module configured to substitute test data in g groups of test data into a value estimation formula
Figure 00000004
 uniaxial compressive strength of rock to determine g values
Figure 00000005
 the uniaxial compressive strengths of the rock, which respectively refer to g groups of test data collected at different points in time t of data collection, with
Figure 00000005
 is the value of the uniaxial compressive strength of the rock, which corresponds to the i-th group of test data collected in accordance with the sequence of collection times; moreover, the determination module is additionally configured to form a sequence
Figure 00000006
data from defined g values
Figure 00000005
 the uniaxial compressive strength of the rock according to the time sequence of data collection and analysis of the A data sequence using K-means cluster analysis software to determine the final categorization result, with the final categorization result including the best number of categories
Figure 00000007
 and subsequences in each category; with the best number of categories
Figure 00000007
 is the total number of rock strata divided according to the difference in uniaxial rock strength values; if the e-th sequence is represented as
Figure 00000008
the average value R of the uniaxial compressive strength of the e-layer of rock strata is calculated by the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

В некоторых случаях, модуль сбора в устройстве для определения параметров пласта горной породы, предусмотренный в данном варианте осуществления, дополнительно выполнен с возможностью получения выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги, которая изменяется со временем t сбора данных, причем скорость бурения буровой штанги представляет собой глубину, на которую буровая штанга проходит в пласт горной породы за секунду, измеренную в м/с; способ получения выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги включает: подгонку скоростей V бурения различных буровых штанг и моментов времени t сбора скоростей V бурения для получения выражения V(t); определение интервала

Figure 00000010
времени t сбора данных, соответствующего значению прочности горной породы на одноосное сжатие в e-ой последовательности
Figure 00000008
при этом толщину e-го слоя пластов горной породы вычисляют по формуле:In some cases, the acquisition module in the rock formation determination apparatus provided in this embodiment is further configured to obtain an expression V (t) of the drill rod drilling speed V that changes with the acquisition time t, wherein the drill rod drilling speed represents the depth to which the drill rod penetrates the rock formation per second, measured in m / s; the method for obtaining the expression V (t) of the drilling speed V of the drill rod includes: adjusting the drilling speeds V of various drill rods and the points of time t collecting the drilling speeds V to obtain the expression V (t); interval definition
Figure 00000010
time t of data collection corresponding to the value of the rock uniaxial compressive strength in the e-th sequence
Figure 00000008
while the thickness of the e-th layer of rock layers is calculated by the formula:

Figure 00000012
Figure 00000012

В некоторых случаях, в устройстве для определения параметров пласта горной породы, предусмотренном в данном варианте осуществления, модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения рабочего значения

Figure 00000013
осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (3):In some cases, in the apparatus for determining the parameters of the rock formation provided in this embodiment, the collection module is further configured to obtain an operating value
Figure 00000013
 the axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock according to the formula (3):

Figure 00000014
Figure 00000014

модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения рабочего значения

Figure 00000015
крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (4):the collection module is additionally configured to obtain an operating value
Figure 00000015
 of the drill rod torque when drilling a unit volume of rock according to the formula (4):

Figure 00000016
Figure 00000016

модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения рабочего значения

Figure 00000017
трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (5):the collection module is additionally configured to obtain an operating value
Figure 00000017
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock according to the formula (5):

Figure 00000018
Figure 00000018

где F - осевое усилие буровой штанги, измеренное в Н; λ - коэффициент расширения ствола скважины, т.е. отношение площади поперечного сечения скважины к площади поперечного сечения буровой штанги; r - диаметр коронки буровой штанги, измеренный в м; M - крутящий момент буровой штанги, измеренный в Н⋅м; n - частота вращения буровой штанги, измеренная в об/мин; V - скорость бурения буровой штанги, т.е. глубина прохождения буровой штанги в пласт горной породы за секунду, измеренная в м/с;

Figure 00000019
- коэффициент трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины, и установленный равным 0,21.where F is the axial force of the drill rod, measured in N; λ is the expansion coefficient of the wellbore, i.e. the ratio of the cross-sectional area of the borehole to the cross-sectional area of the drill rod; r is the diameter of the drill rod bit, measured in m; M is the drill rod torque measured in N⋅m; n is the rotational speed of the drill rod, measured in rpm; V is the drilling speed of the drill rod, i.e. the depth of penetration of the drill rod into the rock formation per second, measured in m / s;
Figure 00000019
 - coefficient of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore, and set equal to 0.21.

Например, осевое усилие F буровой штанги может быть получено путем вычитания веса буровой установки из давления буровой установки, контактирующей с грунтом; коэффициент λ расширения ствола скважины представляет собой отношение площади поперечного сечения буровой скважины к площади поперечного сечения буровой штанги после того, как ствол буровой скважины пробурен; крутящий момент M буровой штанги может быть измерен при помощи датчика крутящего момента, соединенного с буровой установкой; частота n вращения буровой штанги может быть измерена при помощи датчика частоты вращения, соединенного с буровой установкой; скорость V бурения буровой штанги может быть измерена при помощи датчика скорости бурения, соединенного с буровой установкой.For example, the axial force F of the drill rod can be obtained by subtracting the weight of the rig from the pressure of the rig in contact with the ground; the borehole expansion coefficient λ is the ratio of the cross-sectional area of the borehole to the cross-sectional area of the drill rod after the borehole is drilled; the torque M of the drill rod can be measured by a torque sensor connected to the drilling rig; the rotational speed n of the drill rod can be measured using a rotational speed sensor connected to the drilling rig; the drilling speed V of the drill rod can be measured using a drilling speed sensor connected to the drilling rig.

В некоторых случаях, в устройстве для определения параметров пласта горной породы, предусмотренном в данном варианте осуществления, модуль определения дополнительно выполнен с возможностью определения формулы оценки значения

Figure 00000004
прочности горной породы на одноосное сжатие; способ определения формулы оценки значения
Figure 00000004
 прочности горной породы на одноосное сжатие включает: использование рабочего значения
Figure 00000001
 осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочего значения
Figure 00000002
крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочего значения
Figure 00000003
 трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы в качестве независимых переменных, использование значения
Figure 00000004
прочности горной породы на одноосное сжатие в качестве зависимой переменной и получение формулы оценки методом линейной регрессии.In some cases, in the apparatus for determining the parameters of the rock formation provided in this embodiment, the determining module is further configured to determine the formula for estimating the value
Figure 00000004
 uniaxial compressive strength of the rock; way of defining a value estimation formula
Figure 00000004
 uniaxial compressive strength of the rock includes: using the working value
Figure 00000001
 axial force of the drill rod when drilling a unit of volume of rock, working value
Figure 00000002
 of the drill rod torque when drilling a unit of rock volume and the working value
Figure 00000003
 friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock as independent variables, using the value
Figure 00000004
 the uniaxial compressive strength of the rock as a dependent variable and a linear regression estimation formula.

В некоторых случаях, устройство для определения параметров пласта горной породы, предусмотренное в данном варианте осуществления, также включает сборщик данных, выполненный с возможностью сбора данных испытаний при выполнении буровой штангой бурения сквозь единицу объема горной породы; сборщик данных включает датчик скорости бурения, датчик частоты вращения, датчик давления и датчик крутящего момента; датчик скорости бурения выполнен с возможностью обнаружения скорости V бурения; датчик частоты вращения выполнен с возможностью обнаружения частоты n вращения буровой штанги; датчик давления выполнен с возможностью обнаружения осевого усилия F буровой штанги; датчик крутящего момента выполнен с возможностью обнаружения крутящего момента M буровой штанги; устройство также содержит блок отображения, выполненный с возможностью отображения данных испытаний, собранных сборщиком данных при выполнении буровой штангой бурения сквозь единицу объема горной породы, данных, полученных модулем сбора, и данных, определенных модулем определения; модуль сбора выполнен с возможностью приема данных испытаний, собранных сборщиком данных при выполнении буровой штангой бурения сквозь единицу объема горной породы, и соответствующего значения

Figure 00000004
прочности на одноосное сжатие; модуль определения обрабатывает информацию в виде данных, собранных модулем сбора.In some cases, the rock formation determination apparatus provided in this embodiment also includes a data collector configured to collect test data when the drill rod is drilling through a unit volume of rock; the data collector includes a drilling speed sensor, a rotational speed sensor, a pressure sensor and a torque sensor; the drilling speed sensor is configured to detect the drilling speed V; the rotational speed sensor is configured to detect the rotational speed n of the drill rod; the pressure sensor is configured to detect the axial force F of the drill rod; the torque sensor is configured to detect the torque M of the drill rod; the device also contains a display unit configured to display test data collected by the data collector when the drill rod is drilling through a unit volume of rock, data received by the acquisition module and data determined by the determination module; the acquisition module is configured to receive test data collected by the data collector when the drill rod is drilling through a unit volume of rock, and the corresponding value
Figure 00000004
 uniaxial compression strength; the definition module processes the information in the form of data collected by the collection module.

Специалисты в данной области техники могут легко понять, что все или часть этапов, которые реализуют вышеупомянутый вариант осуществления способа, могут быть выполнены с помощью оборудования, связанного с программами и командами. Программа может храниться на машиночитаемом носителе. При исполнении программы, она выполняет этапы вышеупомянутого варианта осуществления способа; вышеупомянутые носители данных включают в себя ПЗУ, ОЗУ, магнитный диск или оптический диск и т.д., на которых могут храниться программные коды.Those skilled in the art can easily understand that all or part of the steps that implement the above method embodiment may be performed using equipment associated with programs and commands. The program can be stored on a computer-readable medium. When the program is executed, it performs the steps of the above method embodiment; the aforementioned storage media include ROM, RAM, magnetic disk or optical disk, etc., on which program codes can be stored.

Некоторые исследователи провели соответствующие исследования в лаборатории и использовали буровые коронки PDC диаметром 60 мм для проведения буровых экспериментов. Образцы бурения разделены на 28 групп образцов растворов, различающихся по прочности и пронумерованных как J1-J28, и 8 групп образцов песчаника, пронумерованных как S1-S8. В таблице 1 представлено 30 групп экспериментальных данных.Some researchers have done relevant research in the laboratory and have used 60mm PDC drill bits for drilling experiments. The drilling samples are divided into 28 groups of mud samples, differing in strength and numbered as J1-J28, and 8 groups of sandstone samples, numbered S1-S8. Table 1 presents 30 groups of experimental data.

На основании данных в таблице 1, модель оценки значения прочности горной породы на одноосное сжатие задают в виде формулы (1) для многоэлементной линейной регрессии, и формулу оценки значения прочности горной породы на одноосное сжатие получают в виде:Based on the data in Table 1, the model for estimating the value of the rock strength in uniaxial compression is set in the form of formula (1) for multi-element linear regression, and the formula for estimating the value of the rock strength in uniaxial compression is obtained in the form:

Figure 00000031
.
Figure 00000031
 ...

Таблица 1. Данные буровых экспериментовTable 1. Data from drilling experiments Тип образцаSample type №No. Скорость бурения, мм/минDrilling speed, mm / min Частота вращения, об/мин.Rotation frequency, rpm. Крутящий момент, Н⋅мTorque, N⋅m Осевое усилие, кНAxial force, kN

Figure 00000004
Figure 00000004
M5M5 J1J1 148,46148.46 5050 18,9218.92 0,020.02 1,901.90 J2J2 177,89177.89 100one hundred 14,4314.43 0,010.01 2,002.00 J3J3 185,07185.07 100one hundred 12,9812.98 0,010.01 1,941.94 J4J4 174,69174.69 100one hundred 13,9913.99 0,010.01 1,991.99 M7,5M7.5 J5J5 124,8124.8 5050 17,0117.01 0,030.03 2,372.37 J6J6 87,9487.94 100one hundred 7,307.30 0,020.02 2,582.58 J7J7 105,70105.70 100one hundred 6,196.19 0,030.03 3,293.29 M10M10 J9J9 81,5281.52 5050 17,0517.05 0,030.03 6,706.70 J10J10 103,09103.09 100one hundred 12,2212.22 0,020.02 7,207.20 J11J11 112,75112.75 100one hundred 10,1310.13 0,030.03 6,246.24 J12J12 130,77130.77 100one hundred 14,6714.67 0,030.03 6,996.99 M15M15 J13J13 83,8583.85 5050 28,7728.77 2,792.79 10,2310.23 J14J14 83,9583.95 100one hundred 16,4216.42 2,662.66 10,0510.05 J15J15 132,05132.05 100one hundred 22,3422.34 2,152.15 10,5410.54 J16J16 118,08118.08 100one hundred 21,4421.44 2,072.07 10,6010.60 M20M20 J17J17 83,9183.91 5050 45,4345.43 2,232.23 23,5423.54 J18J18 83,6583.65 100one hundred 29,8929.89 2,332.33 30,8130.81 J19J19 111,42111.42 100one hundred 35,8835.88 3,013.01 22,4322.43 M25M25 J21J21 83,4683.46 5050 43,6643.66 3,443.44 21,6621.66 J22J22 84,2384.23 100one hundred 26,1526.15 1,201.20 27,827.8 J23J23 137,82137.82 100one hundred 38,3038.30 3,163.16 22,2222.22 M30M30 J25J25 84,6484.64 5050 41,4941.49 0,850.85 27,7127.71 J26J26 82,8882.88 100one hundred 25,9925.99 0,510.51 35,2135.21 J27J27 137,84137.84 100one hundred 31,3631.36 1,491.49 22,7322.73 ПесчанникSandstone S1S1 79,9779.97 5050 103,08103.08 5,595.59 58,0958.09 S3S3 84,0784.07 150150 40,6940.69 2,652.65 59,9559.95 S5S5 84,9084.90 250250 28,0028.00 2,152.15 61,9161.91 S6S6 84,4184.41 300300 23,7823.78 2,052.05 60,8860.88 S7S7 110,72110.72 100one hundred 65,2065.20 5,485.48 51,4151.41 S8S8 136,47136.47 100one hundred 73,9673.96 6,106.10 49,8049.80

Claims (79)

1. Способ определения параметров пласта горной породы, включающий:1. A method for determining the parameters of a rock formation, including: - получение g групп данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных во время бурения горной породы,- obtaining g groups of test data collected at different points in time t of data collection while drilling the rock, причем данные испытаний в группах данных испытаний содержат рабочие значения WF осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочие значения Mw крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочие значения Wf трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы;moreover, the test data in the groups of test data contains the working values W F of the axial force of the drill rod when drilling a unit of volume of rock, the operating values of M w of the torque of the drill rod when drilling a unit of volume of rock and the operating values of W f of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit of volume of rock; - подстановку данных испытаний в g группах данных испытаний в формулу оценки значения Rc прочности горной породы на одноосное сжатие для определения g значений Rci прочности горной породы на одноосное сжатие, которые соответственно относятся к g группам данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных, при этом оценку значения Rc прочности горной породы на одноосное сжатие вычисляют по формуле:- substitution of test data in g groups of test data into the formula for evaluating the value of R c of rock strength in uniaxial compression to determine the g values R ci of rock strength in uniaxial compression, which respectively refer to g groups of test data collected at different points in time t collection data, while the estimate of the value R c of the rock strength for uniaxial compression is calculated by the formula:
Figure 00000032
Figure 00000032
 причем Rci представляет собой значение прочности горной породы на одноосное сжатие, которое соответствует i-й группе данных испытаний, собранных в соответствии с последовательностью моментов времени сбора;moreover, R ci is the value of the rock strength in uniaxial compression, which corresponds to the i-th group of test data collected in accordance with the sequence of collection times; - формирование последовательности
Figure 00000033
данных из определенных g значений Rci прочности горной породы на одноосное сжатие в соответствии с последовательностью моментов времени сбора данных и анализ последовательности А данных с использованием программного обеспечения для кластерного анализа методом K-средних для определения окончательного результата категоризации,- sequence formation
Figure 00000033
data from the determined g values R ci of the uniaxial compressive strength of the rock in accordance with the sequence of data acquisition time points and analysis of the sequence A of the data using K-means cluster analysis software to determine the final categorization result, причем окончательный результат категоризации включает наилучшее количество категорий ds и подпоследовательностей в каждой категории;moreover, the final categorization result includes the best number of categories d s and subsequences in each category; при этом наилучшее количество категорий ds представляет собой общее количество пластов горной породы, разделенных в соответствии с различием в значении прочности горной породы на одноосное сжатие;the best number of categories d s is the total number of rock strata divided according to the difference in the value of the uniaxial compressive strength of the rock; вычисление среднего значения R прочности е-го слоя пластов горной породы на одноосное сжатие.calculation of the average value R of the strength of the e-layer of rock strata for uniaxial compression. 2. Способ определения по п. 1, дополнительно включающий:2. The method of determination according to claim 1, additionally including: - получение выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги, которая изменяется со временем t сбора данных,- obtaining the expression V (t) of the speed V of drilling the drill rod, which changes with the time t of data collection, причем скорость бурения буровой штанги представляет собой глубину, на которую буровая штанга проходит в пласт горной породы за секунду, измеренную в м/с;moreover, the drilling speed of the drill rod is the depth to which the drill rod penetrates into the rock formation per second, measured in m / s; причем способ получения выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги включает: подгонку скоростей V бурения различных буровых штанг и моментов времени t сбора скоростей V бурения для получения выражения V(t);wherein the method for obtaining the expression V (t) of the drilling speed V of the drill rod includes: adjusting the drilling speeds V of various drill rods and the points in time t of collecting the drilling speeds V to obtain the expression V (t); - определение интервала Te=[ta, tb] времени t сбора данных, соответствующего значению прочности горной породы на одноосное сжатие в е-й подпоследовательности
Figure 00000034
- determination of the interval T e = [t a , t b ] of the time t of data collection, corresponding to the value of the rock strength for uniaxial compression in the e-th subsequence
Figure 00000034
 при этом толщину е-го слоя пластов горной породы вычисляют по формуле:while the thickness of the e-th layer of rock layers is calculated by the formula:
Figure 00000035
Figure 00000035
 3. Способ определения по п. 1, в котором3. The method of determination according to claim 1, in which рабочее значение WF осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы вычисляют по формуле (3):the working value W F of the axial force of the drill rod when drilling a unit volume of rock is calculated by the formula (3):
Figure 00000036
Figure 00000036
 рабочее значение WM крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы вычисляют по формуле (4):the working value W M of the drill rod torque when drilling a unit volume of rock is calculated by the formula (4):
Figure 00000037
Figure 00000037
 рабочее значение Wf трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы вычисляют по формуле (5):the working value W f of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock is calculated by the formula (5):
Figure 00000038
Figure 00000038
 гдеwhere F - осевое усилие буровой штанги, Н;F is the axial force of the drill rod, N; λ - коэффициент расширения ствола скважины, т.е. отношение площади поперечного сечения скважины к площади поперечного сечения буровой штанги;λ is the expansion coefficient of the wellbore, i.e. the ratio of the cross-sectional area of the borehole to the cross-sectional area of the drill rod; r - диаметр коронки буровой штанги, м;r is the diameter of the drill rod bit, m; М - крутящий момент буровой штанги, Н⋅м;M - drill rod torque, N⋅m; n - частота вращения буровой штанги, об/мин;n is the rotational speed of the drill rod, rpm; V - скорость бурения буровой штанги, т.е. глубина прохождения буровой штанги в пласт горной породы за секунду, м/с;V is the drilling speed of the drill rod, i.e. the depth of passage of the drill rod into the rock formation per second, m / s; μ - коэффициент трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины, установленный равным 0,21.μ is the coefficient of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore, set equal to 0.21. 4. Способ определения по п. 1, в котором способ определения формулы оценки значения Rc прочности горной породы на одноосное сжатие включает:4. The method of determination according to claim 1, in which the method for determining the formula for evaluating the value of R c of the rock strength in uniaxial compression includes: использование рабочего значения WF осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочего значения WM крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочего значения Wf трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы в качестве независимых переменных,using the working value W F of the axial force of the drill rod when drilling a unit of rock volume, the operating value W M of the torque of the drill rod when drilling a unit of rock volume and the operating value W f of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit of rock volume into as independent variables, использование значения Rc прочности горной породы на одноосное сжатие в качестве зависимой переменной и получение формулы оценки методом линейной регрессии.using the value R c of the uniaxial compressive strength of the rock as a dependent variable and obtaining an estimation formula by the linear regression method. 5. Устройство для определения параметров пласта горной породы, содержащее:5. A device for determining the parameters of a rock formation, containing: - модуль сбора, выполненный с возможностью получения g групп данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных во время бурения горной породы,- a collection module configured to obtain g groups of test data collected at different points in time t of data collection during rock drilling, причем данные испытаний в группах данных испытаний содержат рабочие значения WF осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочие значения WM крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочие значения Wf трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы;moreover, the test data in the groups of test data contains the working values W F of the axial force of the drill rod when drilling a unit of volume of rock, the operating values of W M of the torque of the drill rod when drilling a unit of volume of rock and the operating values of W f of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit of volume of rock; - модуль определения, выполненный с возможностью подстановки данных испытаний в g группах данных испытаний в формулу оценки значения Rc прочности горной породы на одноосное сжатие для определения g значений Rci прочности горной породы на одноосное сжатие, которые соответственно относятся к g группам данных испытаний, собранных в различные моменты времени t сбора данных,- a determination module configured to substitute test data in g groups of test data into the formula for evaluating the value R c of the uniaxial compressive strength of the rock to determine the g values R ci of the uniaxial compressive strength of the rock, which respectively refer to the g groups of test data collected at different points in time t of data collection, при этом оценка значения Rc прочности горной породы на одноосное сжатие вычислена по формуле:in this case, the estimate of the value R c of the uniaxial compression strength of the rock is calculated by the formula:
Figure 00000039
Figure 00000039
 причем Rci представляет собой значение прочности горной породы на одноосное сжатие, которое соответствует i-й группе данных испытаний, собранных в соответствии с последовательностью моментов времени сбора; moreover, R ci is the value of the rock strength in uniaxial compression, which corresponds to the i-th group of test data collected in accordance with the sequence of collection times; при этом модуль определения дополнительно выполнен с возможностью формирования последовательности
Figure 00000040
данных из определенных g значений Rci прочности горной породы на одноосное сжатие в соответствии с последовательностью моментов времени сбора данных и анализа последовательности А данных с использованием программного обеспечения для кластерного анализа методом К-средних для определения окончательного результата категоризации;in this case, the determination module is additionally configured to form a sequence
Figure 00000040
data from the determined g values R ci of the uniaxial compressive strength of the rock in accordance with the sequence of data acquisition time points and analysis of the data sequence A using K-means cluster analysis software to determine the final categorization result; причем окончательный результат категоризации включает наилучшее количество категорий ds и подпоследовательностей в каждой категории;moreover, the final categorization result includes the best number of categories d s and subsequences in each category; при этом наилучшее количество категорий ds представляет собой общее количество пластов горной породы, разделенных в соответствии с различием в значении прочности горной породы на одноосное сжатие;the best number of categories d s is the total number of rock strata divided according to the difference in the value of the uniaxial compressive strength of the rock; при этом вычислено среднее значение R прочности на одноосное сжатие е-го слоя пластов горной породы.meanwhile, the average value R of the uniaxial compression strength of the e-layer of rock strata is calculated. 6. Устройство для определения по п. 5, в котором6. The device for determining according to claim 5, in which модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги, которая изменяется со временем t сбора данных,the acquisition module is additionally configured to obtain an expression V (t) of the drilling speed V of the drill rod, which changes with the data acquisition time t, причем скорость бурения буровой штанги представляет собой глубину, на которую буровая штанга проходит в пласт горной породы за секунду, измеренную в м/с;moreover, the drilling speed of the drill rod is the depth to which the drill rod penetrates into the rock formation per second, measured in m / s; а способ получения выражения V(t) скорости V бурения буровой штанги включает: подгонку скоростей V бурения различных буровых штанг и моментов времени t сбора скоростей V бурения для получения выражения V(t);and the method for obtaining the expression V (t) of the drilling speed V of the drill rod includes: adjusting the drilling speeds V of various drill rods and the points in time t of collecting the drilling speeds V to obtain the expression V (t); определение интервала Te=[ta, tb] времени t сбора данных, соответствующего значению прочности горной породы на одноосное сжатие в е-й подпоследовательности
Figure 00000041
determination of the interval T e = [t a , t b ] of the data collection time t corresponding to the value of the rock uniaxial compressive strength in the e-th subsequence
Figure 00000041
 при этом толщина е-го слоя пластов горной породы вычислена по формуле:in this case, the thickness of the e-th layer of rock strata is calculated by the formula:
Figure 00000042
Figure 00000042
 7. Устройство для определения по п. 5, в котором7. A device for determining according to claim 5, in which модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения рабочего значения WF осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (3):The collection module is additionally configured to obtain the working value W F of the axial force of the drill rod when drilling a unit of rock volume according to the formula (3):
Figure 00000043
Figure 00000043
 модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения рабочего значения WM крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (4):The collection module is additionally configured to obtain the working value W M of the drill rod torque when drilling a unit of rock volume according to the formula (4):
Figure 00000044
Figure 00000044
 модуль сбора дополнительно выполнен с возможностью получения рабочего значения Wf трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы по формуле (5):The collection module is additionally configured to obtain the working value W f of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit volume of rock according to the formula (5):
Figure 00000045
Figure 00000045
 гдеwhere F - осевое усилие буровой штанги, Н;F is the axial force of the drill rod, N; λ - коэффициент расширения ствола скважины, т.е. отношение площади поперечного сечения скважины к площади поперечного сечения буровой штанги;λ is the expansion coefficient of the wellbore, i.e. the ratio of the cross-sectional area of the borehole to the cross-sectional area of the drill rod; r - диаметр коронки буровой штанги, м;r is the diameter of the drill rod bit, m; М - крутящий момент буровой штанги, Н⋅м;M - drill rod torque, N⋅m; n - частота вращения буровой штанги, об/мин;n is the rotational speed of the drill rod, rpm; V - скорость бурения буровой штанги, т.е. глубина прохождения буровой штанги в пласт горной породы за секунду, м/с;V is the drilling speed of the drill rod, i.e. the depth of passage of the drill rod into the rock formation per second, m / s; μ - коэффициент трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины, установленный равным 0,21.μ is the coefficient of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore, set equal to 0.21. 8. Устройство для определения по п. 5, в котором8. The device for determining according to claim 5, in which модуль определения дополнительно выполнен с возможностью определения формулы оценки значения Rc прочности горной породы на одноосное сжатие; the determination module is additionally configured to determine the formula for evaluating the value of R c of the rock strength in uniaxial compression; причем способ определения формулы оценки значения Rc прочности горной породы на одноосное сжатие включает: moreover, the method for determining the formula for evaluating the value of R c of the rock strength in uniaxial compression includes: использование рабочего значения WF осевого усилия буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы, рабочего значения WM крутящего момента буровой штанги при пробуривании единицы объема горной породы и рабочего значения Wf трения между буровой коронкой и забоем ствола скважины при пробуривании единицы объема горной породы в качестве независимых переменных,using the working value W F of the axial force of the drill rod when drilling a unit of rock volume, the operating value W M of the torque of the drill rod when drilling a unit of rock volume and the operating value W f of friction between the drill bit and the bottom of the wellbore when drilling a unit of rock volume into as independent variables, использование значения Rc прочности на одноосное сжатие горной породы в качестве зависимой переменной и получение формулы оценки методом линейной регрессии.using the value R c of the uniaxial compressive strength of the rock as a dependent variable and obtaining an estimation formula by the linear regression method. 9. Устройство для определения по п. 5, дополнительно содержащее:9. A device for determining according to claim 5, further comprising: - сборщик данных, выполненный с возможностью сбора данных испытаний при выполнении буровой штангой бурения сквозь единицу объема горной породы;- a data collector configured to collect test data while drilling through a unit of rock volume with a drill rod; причем сборщик данных включает датчик скорости бурения, датчик частоты вращения, датчик давления и датчик крутящего момента;moreover, the data collector includes a drilling speed sensor, a rotational speed sensor, a pressure sensor and a torque sensor; при этом датчик скорости бурения выполнен с возможностью обнаружения скорости V бурения; датчик частоты вращения выполнен с возможностью обнаружения частоты n вращения буровой штанги; датчик давления выполнен с возможностью обнаружения осевого усилия F буровой штанги; датчик крутящего момента выполнен с возможностью обнаружения крутящего момента М буровой штанги;the drilling speed sensor is configured to detect the drilling speed V; the rotational speed sensor is configured to detect the rotational speed n of the drill rod; the pressure sensor is configured to detect the axial force F of the drill rod; the torque sensor is configured to detect the torque M of the drill rod; - блок отображения, выполненный с возможностью отображения данных испытаний, собранных сборщиком данных при выполнении буровой штангой бурения сквозь единицу объема горной породы, данных, полученных модулем сбора, и данных, определенных модулем определения; - a display unit configured to display test data collected by the data collector when the drill rod is drilling through a unit of rock volume, data received by the acquisition module and data determined by the determination module; причем модуль сбора выполнен с возможностью приема данных испытаний, собранных сборщиком данных при выполнении буровой штангой бурения сквозь единицу объема горной породы, и соответствующего значения Rc прочности на одноосное сжатие; а модуль определения выполнен с возможностью обработки информации в виде данных, собранных модулем сбора.moreover, the acquisition module is configured to receive test data collected by the data collector when the drill rod is drilling through a unit volume of rock, and the corresponding value R c of uniaxial compressive strength; and the determining module is configured to process information in the form of data collected by the collecting module.
RU2020141122A 2019-04-01 2019-09-03 Method and apparatus for determining the parameters of a rock formation RU2762675C9 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910255972.8 2019-04-01
CN201910255972.8A CN110130883A (en) 2019-04-01 2019-04-01 The determination method and device of formation parameters
PCT/CN2019/104107 WO2020199495A1 (en) 2019-04-01 2019-09-03 Method and device for determining rock stratum parameters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2762675C1 true RU2762675C1 (en) 2021-12-21
RU2762675C9 RU2762675C9 (en) 2022-08-04

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2172834C2 (en) * 1996-03-25 2001-08-27 Дрессер Индастриз, Инк. Method of rock compression test
CN1671946A (en) * 2002-06-06 2005-09-21 贝克休斯公司 Method for in-situ analysis of formation parameters
WO2006127892A2 (en) * 2005-05-25 2006-11-30 Geomechanics International, Inc. Methods and devices for analyzing and controlling the propagation of waves in a borehole generated by water hammer
CN101460698B (en) * 2006-12-15 2013-01-02 哈里伯顿能源服务公司 Antenna coupling component measurement tool having rotating antenna configuration
RU2595278C1 (en) * 2015-07-29 2016-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕРС Технолоджи" Complex downhole device for exploration of wells during drilling
RU2613374C2 (en) * 2008-03-03 2017-03-16 Интеллизерв Интернэшнл Холдинг, Лтд Monitoring borehole indexes by means of measuring system distributed along drill string
CN110130883A (en) * 2019-04-01 2019-08-16 中国矿业大学 The determination method and device of formation parameters

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2172834C2 (en) * 1996-03-25 2001-08-27 Дрессер Индастриз, Инк. Method of rock compression test
CN1671946A (en) * 2002-06-06 2005-09-21 贝克休斯公司 Method for in-situ analysis of formation parameters
WO2006127892A2 (en) * 2005-05-25 2006-11-30 Geomechanics International, Inc. Methods and devices for analyzing and controlling the propagation of waves in a borehole generated by water hammer
CN101460698B (en) * 2006-12-15 2013-01-02 哈里伯顿能源服务公司 Antenna coupling component measurement tool having rotating antenna configuration
RU2613374C2 (en) * 2008-03-03 2017-03-16 Интеллизерв Интернэшнл Холдинг, Лтд Monitoring borehole indexes by means of measuring system distributed along drill string
RU2595278C1 (en) * 2015-07-29 2016-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "ГЕРС Технолоджи" Complex downhole device for exploration of wells during drilling
CN110130883A (en) * 2019-04-01 2019-08-16 中国矿业大学 The determination method and device of formation parameters

Also Published As

Publication number Publication date
AU2019439997A1 (en) 2021-01-07
WO2020199495A1 (en) 2020-10-08
CN110130883A (en) 2019-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020199495A1 (en) Method and device for determining rock stratum parameters
CN102216563B (en) Method for correcting the measured concentrations of gas components in drilling mud
US20090260883A1 (en) Continuous measurement of heterogeneity of geomaterials
US11821310B2 (en) Drilling fluid contamination determination for downhole fluid sampling tool
EP2772775A1 (en) Method for determining in real time the porosity and water saturation of an underground formation using gas level and drilling data
BR112014007821B1 (en) METHOD FOR DETERMINING THE LOCATION, SIZE, AND FLUID COMPOSITION OF A BELOW SURFACE HYDROCARBIDE ACCUMULATION
NO20101482A1 (en) Prediction of production zone
US11808147B2 (en) Multi-phase fluid identification for subsurface sensor measurement
CN109543915B (en) Method for identifying total organic carbon content of hydrocarbon source rock in whole well section based on logging information
US11885220B2 (en) System to determine existing fluids remaining saturation in homogenous and/or naturally fractured reservoirs
Ibrahim et al. Integration of pressure-transient and fracture area for detecting unconventional wells interference
US20120233095A1 (en) Analyzing Fluid Release Properties of a Subterranean Area of the Earth
RU2762675C9 (en) Method and apparatus for determining the parameters of a rock formation
CN116203631A (en) Method for predicting lithology based on seismic data
US10570733B2 (en) Synthetic chromatogram from physical properties
CN113311502A (en) Method and device for identifying conventional oil layer and shale oil layer in shale layer system
Wang et al. A case study of drilling process monitoring for geomaterial strength assessment along hydraulic rotary drillhole
SU1021657A1 (en) Method of geochemical prospecting of oil and gas deposits
CN116661019B (en) Microcrack evaluation method and device
CN114428049B (en) Method for calculating asphalt content of ancient carbonate reservoir
CN115822574A (en) Method for evaluating distribution of high-quality hydrocarbon source rock in low-exploration-degree area
CN115684540A (en) Method for determining original organic carbon of outcrop hydrocarbon source rock by using organic elements
Carugo et al. A Multidisciplinary Application for an Exploration Well in the Tano Basin, Ghana