[发明专利]基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统及其方法

权利要求书

1.一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统，其特征在于，包括：

孔内数据检测系统，布置于坑道钻机的钻具中，用于测量孔内钻进参数信息；

孔内数据采集系统，用于钻孔内信息采集与通信；

钻机工况监测系统，用于监测和采集钻机运行参数信息；

图像处理系统，用于采集孔口返渣图像特征信息；

智能专家系统，基于所述孔内钻进参数信息、钻机运行参数信息、返渣图像特征信息,得到钻进敏感参数，并对钻进敏感参数根据隶属度函数进行数据模糊化,根据模糊规则实时识别钻孔柱状地层特性和/或判别岩层横向走势变化；

其中，智能专家系统根据多源信息进行综合分析整理，去除不相关特征，得到相关钻进敏感参数，然后通过主成分分析法将n维特征参数信息映射到最小的k维特征参数上，其中，k＜n，实现对数据特征的降维处理，构造成全新正交的k维主成分信息，并对钻进参数根据隶属度函数进行数据模糊化；隶属度函数采用正态分布函数类型：

其中σ和x₀为调节参数，该参数根据实际钻进参数水平来确定，利用深度学习算法根据实际情况对其进行实时调整；

根据煤系地层—特征参数映射关系，确定模糊规则，形成专家规则集；根据模糊规则进行识别结果输出，将识别结果清晰化输出，清晰隶属度函数采用三角函数，其参数同样是实时调整的；实时识别判断钻孔柱状地层特性和/或判别岩层横向走势变化，完成目标区域煤系地层的识别和预测，通过三维Voronoi图绘制目标区域地层三维量化预测模型，并将结果显示到显示器上。

2.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统，其特征在于，所述孔内数据检测系统包括扭矩传感器、振动传感器、转速传感器、倾角传感器，分别用于检测钻孔内钻头扭矩参数、近钻头振动参数、钻头转速参数、钻头方位参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统，其特征在于，所述孔内数据采集系统包括信号放大器、数据转化器一、智能钻杆和数据转化器二，所述信号放大器主要用于信号的采集与放大，所述数据转化器一用于数据的重新编码、调制，所述智能钻杆用于数据集成和传输，所述数据转化器二用于数据的解调、解析和融合。

4.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统，其特征在于，

所述钻机工况监测系统包括数据采集器和数据集成器，所述数据采集器采集钻机的钻进速度、钻进深度、钻进压力、钻机转速和钻具位置参数，所述数据集成器用于在孔外将主要数据进行提取和融合。

5.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统，其特征在于，所述图像处理系统通过实时采集孔口返渣图得到岩石的色彩、灰度、块度特征参数。

6.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的煤系地层钻进智能识别系统，其特征在于，所述智能专家系统包括：

PDC钻头受力模型，用于获取钻具结构、钻头类别、钻具长度，并实时计算钻头所受切削力和水平力关键钻进参数；

煤系地层力学模型，主要用于读取煤系地层的特性参数，获得煤系地层分异特征，建立分级依据；

目标区域地层分析模型，用于对实时钻进参数反映的变化趋势进行地层分界，得到钻进过程中的地层特征分布；

预测模型，用于利用离散钻孔地层柱状变化，应用广义预测方法对目标区域地层走势全面估计分析，自动计算识别目标区域地层岩性；

模糊专家规则集，钻进参数根据隶属度函数进行数据模糊化，

利用煤系地层—特征参数映射关系，根据模糊规则进行识别结果清晰化输出。