[发明专利]基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1采集不同围压条件下钻机的钻进参数，并据此计算相应的钻进能量；

S2根据步骤S1设定的围压条件，进行三轴压缩试验，以获取应力-应变全过程曲线，并据此得到不同类别岩石的静载能量大小；

S3根据所述钻进能量和不同类别岩石的静载能量大小构建围压与钻进能量的关系，并据此构建地应力计算模型，

其中，所述围压与钻进能量的关系表示如下：

，

，

式中，为总能量，为静载能量，为钻进能量，为地应力，、A、B为拟合参数，F为钻进压力，为钻进速度，M为钻头扭矩，N为钻头转速，S为钻头面积；

S4采集现场钻进参数和钻进过程中的岩石种类，并根据所述应力计算模型计算测点地应力的大小。

2.根据权利要求1所述的一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法，其特征在于，步骤S1中，所述钻进参数包括钻进压力、钻进速度、钻头转速和钻头扭矩。

3.根据权利要求1所述的一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：

S11设置围压：将岩样放置在围压应力系统中，通过千斤顶和压力传感器控制岩样周围压力的大小，从而模拟地层中不同应力环境；

S12设置钻机钻进模式：根据现场钻机工作模式，选择室内标定试验的钻进模式，并设置好能与现场试验要求相吻合的钻进参数；

S13根据不同围压条件下采集获取的钻进参数计算相应的钻进能量。

4.根据权利要求1所述的一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法，其特征在于，步骤S1中，所述钻进能量的计算模型如下：

，

式中，为钻进能量，F为钻进压力，为钻进速度，M为钻头扭矩，N为钻头转速，S为钻头面积。

5.根据权利要求1所述的一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法，其特征在于，步骤S3中，所述地应力计算模型如下：

，

式中，为地应力，为总能量，、A、B为拟合参数，F为钻进压力，为钻进速度，M为钻头扭矩，N为钻头转速，S为钻头面积。

6.一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量系统，其特征在于，包括：

第一主控模块，用于采集不同围压条件下钻机的钻进参数，并据此计算相应的钻进能量；

第二主控模块，用于根据设定的围压条件，进行三轴压缩试验，以获取应力-应变全过程曲并据此得到不同类别岩石的静载能量大小；

第三主控模块，用于根据所述钻进能量和不同类别岩石的静载能量大小构建围压与钻进能量的关系，并据此构建地应力计算模型，其中，

所述围压与钻进能量的关系表示如下：

，

，

式中，为总能量，为静载能量，为钻进能量，为地应力，、A、B为拟合参数，F为钻进压力，为钻进速度，M为钻头扭矩，N为钻头转速，S为钻头面积；

第四主控模块，用于采集现场钻进参数和钻进过程中的岩石种类，并根据所述应力计算模型计算测点地应力的大小。

7.根据权利要求6所述的一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量系统，其特征在于，所述第一主控模块包括室内钻孔试验平台，所述室内钻孔试验平台包括围压应力单元、伺服钻进单元以及数据采集单元，其中，围压应力单元对的岩石试件施加围压约束，伺服钻进单元实时控制钻孔试验的钻进参数，从而实现均匀钻进，采集单元包括多个传感器，用于高频采集钻进数据。