基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统技术方案

本发明专利技术提供的基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，包括：数据获取模块、数字孪生体和健康检测模块，数据获取模块用于获得刀盘磨损量；数字孪生体包括可视化的刀盘孪生体；健康检测模块用于根据刀盘磨损量能够实时更新刀盘孪生体，从而对刀盘的磨损情况进行监控。本发明专利技术提供的基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，应用数字孪生技术，实时调整刀盘参数，从而较少刀盘磨损，降低事故率。率。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统


[0001]本专利技术属于反井钻井领域，特别涉及一种基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统。

技术介绍

[0002]数字孪生，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。这种技术之所以具有颠覆性，就在于它可以完全绕过现实实物，直接通过操控数字孪生体进行模拟、仿真和预测。
[0003]反井钻机已经广泛应用于矿井开发、地铁隧道等工程建设中。岩层复杂情况下反井钻机刀盘处于不同地质层，会受到不同程度的磨损和振动，在复合地层工作时，洞身围岩性质不同，岩石抗压强度存在较大的差距，面临着周期性的不平衡力和倾覆力矩，使得大直径反井钻机工作环境进一步恶化，情况严重时甚至会引起刀盘的偏心姿态难以控制。为了减少磨损提高工作效率，工作人员需要及时判断刀盘工作的地质环境，对调钻压，钻速等参数进行调整。但目前工作人员对地质环境判断依靠观察循环到地表的泥浆成分，对刀盘参数的调整依靠工作经验，实时性较差，最终导致刀盘磨损严重，钻头损坏，甚至造成卡钻等事故。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，应用数字孪生技术，实时调整刀盘参数，从而较少刀盘磨损，降低事故率。
[0005]本专利技术提供的基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，包括：数据获取模块、数字孪生体和健康检测模块，
[0006]所述数据获取模块用于获得刀盘磨损量；
[0007]所述数字孪生体包括可视化的刀盘孪生体；
[0008]所述健康检测模块用于根据所述刀盘磨损量能够实时更新所述刀盘孪生体，从而对刀盘的磨损情况进行监控。
[0009]本专利技术提供的基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统的工作原理如下：通过数字孪生体可视化的实时监控刀盘的状态，远程指导人员实时调整刀盘参数，从而较少刀盘磨损，降低事故率。
[0010]根据本专利技术提供的一实施方式，所述数据获取模块还用于获得刀盘的钻压、转速和扭矩，所述健康检测模块能够根据钻压、转速和扭矩对刀盘磨损情况进行仿真分析，预测刀盘的磨损速度，并实时调整刀盘的钻压、转速和扭矩，降低刀盘实际磨损速度。
[0011]根据本专利技术提供的一实施方式，所述数字孪生体还包括可视化的岩层孪生体。
[0012]根据本专利技术提供的一实施方式，所述数据获取模块还用于获取刀盘的位置参数，并更新刀盘孪生体在所述岩层孪生体中的位置。
[0013]根据本专利技术提供的一实施方式，所述数据获取模块还用于获得当前深度的地质数据，并更新对应深度的岩层孪生体。
[0014]根据本专利技术提供的一实施方式，构建所述岩层孪生体所需的地质数据通过如下方法获得：
[0015]在导孔钻头上安装随钻传感器，导孔时同步获得连续深度的地质数据。
[0016]根据本专利技术提供的一实施方式，所述智能监控系统还包括岩层数据库，所述岩层数据库按地质数据对岩层进行分类，每类岩层对应一种适用刀盘。
[0017]根据本专利技术提供的一实施方式，所述岩层数据库还对每类岩层按照地质数据进行分组，每组岩层对应一套适用滚刀配置。
[0018]根据本专利技术提供的一实施方式，构建所述岩层孪生体的步骤包括：
[0019]根据预先获得的地质数据构建岩层模型，
[0020]对所述岩层模型按照所述岩层数据库进行分类和分组。
[0021]根据本专利技术提供的一实施方式，所述健康检测模块还用于进行风险评估。
[0022]根据本专利技术提供的一实施方式，构建刀盘孪生体的步骤包括：
[0023]步骤1，建立物理模型；
[0024]步骤2，根据步骤1建立的物理模型建立逻辑模型；
[0025]步骤3，建立由所述逻辑模型驱动的刀盘孪生体。
具体实施方式
[0026]下面将对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0027]需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0028]本实施例提供的基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，包括：数据获取模块、数字孪生体和健康检测模块。
[0029]数据获取模块用于获得刀盘磨损量；数字孪生体包括可视化的刀盘孪生体；健康检测模块能够根据刀盘磨损量实时更新刀盘孪生体，从而对刀盘的磨损情况进行监控。
[0030]通过数字孪生体可视化的实时监控刀盘的状态，远程指导人员实时调整刀盘参数，从而较少刀盘磨损，降低事故率。
[0031]具体地，数据获取模块还用于获得刀盘的钻压、转速和扭矩，健康检测模块能够根据钻压、转速和扭矩对刀盘磨损情况进行仿真分析，预测刀盘的磨损速度，并实时调整刀盘的钻压、转速和扭矩，降低刀盘实际磨损速度。磨损速度指钻进单位长度时刀盘的磨损量。刀盘上设置磨损监视器和随钻传感器，磨损监视器用于获得刀盘磨损量，随钻传感器用于获得钻压、转速和扭矩等参数。根据预测的刀盘磨损速度实时调整刀盘的工作状态，从而降低磨损量。
[0032]更具体地，数字孪生体还包括可视化的岩层孪生体。通过预先获得的地质数据按深度构建岩层孪生体。
[0033]更具体地，数据获取模块还用于获取刀盘的位置参数，并更新刀盘孪生体在岩层孪生体中的位置。位置参数为刀盘的当前深度。
[0034]更具体地，数据获取模块还用于获得当前深度的地质数据，并更新对应深度的岩层孪生体。地质数据通过随钻传感器获得，包括：岩层压强和岩层湿度。
[0035]更具体地，构建岩层孪生体所需的地质数据通过如下方法获得：
[0036]在导孔钻头上安装随钻传感器，导孔时同步获得连续深度的地质数据。获取连续深度的地质参数的方法为：导孔时，在导孔钻头上安装随钻传感器，用于获得深度、岩层压强、岩层湿度等地质数据。
[0037]更具体地，智能监控系统还包括岩层数据库，岩层数据库按地质数据对岩层进行分类，每类岩层对应一种适用刀盘，用于刀盘快速选型。
[0038]更具体地，岩层数据库还对每类岩层按照地质数据进行分组，每组岩层对应一套适用滚刀配置。用于对刀盘的滚刀配置快速选型。
[0039]更具体地，构建岩层孪生体的步骤包括：
[0040]根据预先获得的地质数据构建岩层模型；对岩层模型按照岩层数据库进行分类和分组。对岩层模型按照岩层数据库进行分类和分组，以不同的颜色分层显示，并对每层按照岩层数据库进行刀盘选型。
[0041]更具体地，健康检测模块还用于进行风险评估。风险评估内容包括：
[0042]1、刀盘磨损量是否达到阈值，如达到，则提醒更换滚刀；
[0043]根据磨损监视器的数据来判断镶齿滚刀在扩孔工作中的磨损量，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，其特征在于，包括：数据获取模块、数字孪生体和健康检测模块，所述数据获取模块用于获得刀盘磨损量；所述数字孪生体包括可视化的刀盘孪生体；所述健康检测模块用于根据所述刀盘磨损量能够实时更新所述刀盘孪生体，从而对刀盘的磨损情况进行监控。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，其特征在于，所述数据获取模块还用于获得刀盘的钻压、转速和扭矩，所述健康检测模块能够根据钻压、转速和扭矩对刀盘磨损情况进行仿真分析，预测刀盘的磨损速度，并实时调整刀盘的钻压、转速和扭矩，降低刀盘实际磨损速度。3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，其特征在于，所述数字孪生体还包括可视化的岩层孪生体。4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，其特征在于，所述数据获取模块还用于获取刀盘的位置参数，并更新刀盘孪生体在所述岩层孪生体中的位置。5.根据权利要求4所述的基于数字孪生的反井钻机扩孔刀盘的智能监控系统，其特征在于，所述数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张君，高晓慧，黄庆学，刘庆华，陈云，曹伟，王继国，孟庆良，马红生，涂伟，冯景浦，孔进，余洋，黄文东，王帆，
申请(专利权)人：太原理工大学太原科技大学，
类型：发明
国别省市：