[发明专利]用于测量近钻头随钻岩性的方法及监测随钻岩性的系统

权利要求书

1.一种用于测量近钻头随钻岩性的方法，其特征在于，包括：

步骤一，获取钻头实时到达破岩位置处产生的沿钻头前进方向的破岩振击力对应的音频时域信号，所述步骤一包括：通过按照预设的传感器设置距离安装在螺杆钻具与钻头之间的近钻头短节侧壁内的音频传感器，实时采集钻头破岩过程中产生的破岩振击力的音频原始信号，而后将所述音频原始信号进行包括放大、模数转换的预处理后，得到所述音频时域信号；

步骤二，按照预设的采样频率，将所述音频时域信号进行频谱转换处理，得到相应的含有地层岩性信息的音频信号频谱数据；

步骤三，根据所述音频信号频谱数据，得到用于描述当前随钻破岩位置处岩石性质的主成分频率数据和/或声压幅度变化数据，进一步将其整合成随钻破岩特征信息；

步骤四，将所述随钻破岩特征信息进行输出，以被地面装置接收，用来对钻头前方地质信息进行预测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三包括：

根据所述主成分频率数据，利用预设的主成分频率与岩样类型映射模型，得到表征当前随钻破岩位置处岩石性质的第一地层弹性模量，进一步识别出对应的岩石类型，其中，所述随钻破岩特征信息还包括所述第一地层弹性模量和所述第一地层弹性模量对应的岩石类型信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三包括：

根据所述声压幅度变化数据，利用预设的声幅分贝与岩样类型映射模型，得到表征当前随钻破岩位置处岩石性质的第二地层弹性模量，进一步识别出对应的岩石类型，其中，所述随钻破岩特征信息还包括所述第二地层弹性模量和所述第二地层弹性模量对应的岩石类型信息。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：

根据预设的主成分频率的阶数，从所述音频信号频谱数据中提取出与主成分频率阶数匹配的最大频谱分量，得到包括多个主频率数据的所述主成分频率数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述主成分频率阶数为1时，从所述音频信号频谱数据中提取峰值频谱分量，得到包括峰值主频率的所述主成分频率数据。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：

根据所述音频信号频谱数据得到所述音频信号频谱数据对应的电压幅度变化量；

根据所述电压幅度变化量、以及用于采集所述音频时域信号的音频传感器的灵敏度，得到表征当前钻头破岩时产生的声场压力变化能量的所述声压幅度变化数据。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

根据波阻抗系数、声波传播距离系数和声波在地层中的传播速度，得到频率与地层弹性模量关系式，用以构建所述主成分频率与岩样类型映射模型。

8.一种用于测量近钻头随钻岩性的装置，其特征在于，包括：

音频数据采集模块，其用于获取钻头实时到达破岩位置处产生的沿钻头前进方向的破岩振击力对应的音频时域信号；

音频数据转换模块，其用于按照预设的采样频率，将所述音频时域信号进行频谱转换处理，得到相应的含有地层岩性信息的音频信号频谱数据；

音频数据分析模块，其用于根据所述音频信号频谱数据，得到用于描述当前随钻破岩位置处岩石性质的主成分频率数据和/或声压幅度变化数据，进一步将其整合成随钻破岩特征信息；

信息传输发射模块，其用于将所述随钻破岩特征信息进行输出，以被地面装置接收，用来对钻头前方地质信息进行预测，其中，所述音频数据采集模块包括：

音频传感器，其按照预设的传感器设置距离安装在螺杆钻具与钻头之间的近钻头短节侧壁内，用于实时采集钻头破岩过程中产生的破岩振击力的音频原始信号；

信号调理单元，其用于将所述音频原始信号进行包括放大、模数转换的预处理后，得到所述音频时域信号。