一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法，涉及岩石力学及测量技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法


[0001]本专利技术涉及岩石力学及测量
，尤其是提供了一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法
。

技术介绍

[0002]随钻测量技术
(MWD)
是矿山开采
、
隧道开挖
、
石油开采及地质勘探等工程领域的重要技术手段，它是在钻机钻进过程中对钻速
、
转速
、
扭矩
、
钻压等钻进参数进行实时监测，将数据同步上传至终端进行处理分析的技术
。
随钻岩性识别技术是随钻测量技术的进一步发展应用
。
随钻岩性识别就是钻进过程中实时区分各项岩石属性的特定过程
。
随钻测量技术在岩石钻探过程中一般监测四个参数，钻压
、
钻速
、
转速
、
扭矩
、
通过这四种随钻参数来反映岩石的应力分布情况或岩石分层分布的状况
。
[0003]在工程实际中摩尔
‑
库伦模型的应用较为广泛，其材料参数通常采用室内试验获取，现阶段，能够在工程实际现场通过随钻测量装置直接测出摩尔
‑
库伦模型所需材料强度参数的方法非常少，往往在施工时由于强度材料参数的获取导致施工步骤变得复杂繁琐，不仅仅要花多余的时间，还要考虑多余的经济因素
。
[0004]现场随钻测量相比较于传统获取摩尔
‑
库伦模型岩石材料强度参数而言，具有实时性
、
快捷性，更省时省力，且节省施工成本，通过现场随钻测量装置能够将我们需要的参数给记录下来，通过传感器输送到采集仪里边，再通过采集仪的数据去求出目标数据，甚至在条件充足的情况下，可以采用传感器与防爆电脑直接连接的方式，直接通过电脑将传感器的数据直接进行处理，就可以一边进行钻进一边得出目标数据，即可分析目标数据的曲线趋势，也可通过目标数据值的大小做出判别
。

技术实现思路

[0005]为了通过随钻测量装置收集到的参数如钻速
、
转速
、
扭矩以及钻头相关的尺寸参数来求出岩石的强度基本参数，实现工程现场岩石强度参数的快速估算，本专利技术提供了一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法，具体技术方案如下
。
[0006]一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法，包括：
[0007]S1.
进行钻进过程中切削岩石的受力分析，确定岩石抗压强度和切削力之间的关系；
[0008]S2.
以摩尔
‑
库伦强度准则为破坏条件进行受力分析，确定切削力与岩石基本力学参数内聚力
、
内摩擦角的关系；
[0009]S3.
以岩石抗压强度和切削力表示的岩石内聚力和内摩擦角的函数表达式；
[0010]S4.
将切削力
、
抗压强度
、
一次钻进给进深度通过随钻测量参数钻速
、
转速
、
扭矩来表示，确定以随钻测量参数和钻刃参数来表示的内摩擦角和内聚力；
[0011]S5.
分析误差，校检内摩擦角
、
内聚力计算的准确性
。
[0012]优选的是，该方法应用于钻孔过程中测量岩石的内摩擦角
、
内聚力和单轴抗压强
度
。
[0013]还优选的是，岩石抗压强度的函数表达式为：
[0014][0015]式中
F
k,p
为切削力，
ξ2为动荷载系数，取
ξ2＝5，
b
为楔形钻头的宽度，
h
为一次钻进给进的深度，
μ
切削刃与岩石之间的摩擦系数，
θ
为楔形钻头的
1/2
刃角，即切削刃角，
R
c
为抗压强度
。
[0016]还优选的是，切削力的函数表达式为：
[0017][0018]式中，
F
k,p
为切削力，
ξ1为动荷载系数，取
ξ1＝
0.6
，
b
为楔形钻头的宽度，
h
为一次钻进给进的深度，
C
为岩石的内聚力，
θ
为楔形钻头的
1/2
刃角，即切削刃角，为岩石的内摩擦角
。
[0019]还优选的是，内摩擦角的函数表达式为：
[0020][0021]式中，
F
k,p
为切削力，
R
c
抗压强度，
h
为一次钻进给进的深度，
b
为楔形钻头的宽度，
θ
为楔形钻头的
1/2
刃角，即切削刃角，
ξ1为动荷载系数，取
ξ1＝
0.6
，
β
为辅助角，为岩石的内摩擦角
。
[0022]还优选的是，岩石的内摩擦角计算公式为：
[0023][0024]式中
M
为扭矩，
m
为切削刃的数量，
r
为钻头的半径，
θ
为楔形钻头的
1/2
刃角，即切削刃角，为岩石的内摩擦角，
μ
为切削刃与岩石之间的摩擦系数，
N
为转速，
ξ1为切削力动载系数，取
ξ1＝
0.6
，
ξ2为动载荷系数，取
ξ2＝
5。
[0025]还优选的是，岩石的内聚力计算公式为：
[0026][0027]式中
M
为扭矩，
N
为转速，
V
d
为钻速，
r
为钻头的半径，
θ
为楔形钻头的
1/2
刃角，即切
削刃角，为岩石的内摩擦角，
b
为楔形钻头的宽度，
μ
为切削刃与岩石之间的摩擦系数，
ξ1为切削力动载系数，取
ξ1＝
0.6。
[0028]进一步优选的是，岩石的抗压强度计算公式为：
[0029][0030]式中
M
为扭矩，
N
为转速，
V
d
为钻速，
r
为钻头的半径，
θ
为楔形钻头的
1/2
刃角，即切削刃角，为岩石的内摩擦角，
b
为楔形钻头的宽度，
μ
为切削刃与岩石之间的摩擦系数，
ξ1为切削力动载系数，取
ξ1＝
0.6
，
ξ2为动载荷系数，取
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法，其特征在于，包括：
S1.
进行钻进过程中切削岩石的受力分析，确定岩石抗压强度和切削力之间的关系；
S2.
以摩尔
‑
库伦强度准则为破坏条件进行受力分析，确定切削力与岩石基本力学参数内聚力
、
内摩擦角的关系；
S3.
以岩石抗压强度和切削力表示的岩石内聚力和内摩擦角的函数表达式；
S4.
将切削力
、
抗压强度
、
一次钻进给进深度通过随钻测量参数钻速
、
转速
、
扭矩来表示，确定以随钻测量参数和钻刃参数来表示的内摩擦角和内聚力；
S5.
分析误差，校检内摩擦角
、
内聚力计算的准确性
。2.
根据权利要求1所述的一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法，其特征在于，应用于钻孔过程中测量岩石的内摩擦角
、
内聚力和单轴抗压强度
。3.
根据权利要求1或2所述的一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法，其特征在于，所述岩石抗压强度的函数表达式为：式中
F
k,p
为切削力，
ξ2为动荷载系数，取
ξ2＝5，
b
为楔形钻头的宽度，
h
为一次钻进给进的深度，
μ
切削刃与岩石之间的摩擦系数，
θ
为楔形钻头的
1/2
刃角，即切削刃角，
R
c
为抗压强度
。4.
根据权利要求1或3所述的一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法，其特征在于，所述切削力的函数表达式为：式中，
F
k,p
为切削力，
ξ1为动荷载系数，取
ξ1＝
0.6
，
b
为楔形钻头的宽度，
h
为一次钻进给进的深度，
C
为岩石的内聚力，
θ
为楔形钻头的
1/2
刃角，即切削刃角，为岩石的内摩擦角
。5.
根据权利要求1或4所述的一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法，其特征在于，所述内摩擦角的函数表达式为：式中，
F
k,p
为切削力，
R
c
抗压强度，
h
为一次钻进给进的深度，
b
为楔形钻头的宽度，
θ
为楔形钻头的
1/2<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志刚，赵同彬，齐炎山，尹延春，于凤海，张闯，
申请(专利权)人：鄂尔多斯市昊华红庆梁矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：