[发明专利]一种利用钻具振动参数判断岩石岩性的方法

权利要求书

1.一种利用钻具振动参数判断岩石岩性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

提取钻具的振动数据；

利用所述振动数据，根据加速度均方根、应力应变关系和机械比能对岩石岩性进行分析；其中所述机械比能为清除单位体积岩石所需要的最小能量；机械比能包括两部分，一部分是钻头轴向的能量E₁，另一部分是垂直于钻头轴向的扭转能量E₂；

钻头轴向的能量E₁利用钻头轴向力乘以钻头轴向位移计算得到；扭转能量E₂根据扭转位移乘以扭力计算得到；

根据机械比能对岩石岩性进行分析包括：

(1)在已经完成转制滤波的数据中选取轴向加速度，然后利用轴向加速度计算出轴向加速度的均方根值；

(2)此时单位时间内轴向位移等同于轴向位移谱的零频值；

(3)根据步骤(1)和(2)计算出单位时间内轴向作用到岩体的能量E₁；

(4)根据陀螺仪记录数据，计算出角加速度，利用角加速度计算出单位时间内钻具的旋转位移；

(5)根据已经计算出的角加速度计算出角加速度的均方根值；

(6)根据步骤(4)和(5)计算出钻具所消耗的旋转能量E₂；

(7)根据步骤(3)和(6)的计算结果计算出所消耗的比能，并根据不同岩体的所需要的比能来判断岩性的强度；当比能随着钻头的不断钻进，破坏岩体所需要的比能越大，则说明岩石强度在不断增大。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据加速度均方根对岩石岩性进行分析包括：利用所述钻具的轴向加速度计算出钻具加速度的均方根，根据加速度的均方根分析岩性。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述钻具的轴向加速度计算出钻具加速度的均方根，根据加速度的均方根分析岩性包括：

(1)获取测量短节中存储的三轴加速度计数据Ax，Ay，Az；

(2)对三轴加速度数据进行滤波处理；

(3)计算单位时间内轴向加速度Az的均方根值RMS；

(4)根据RMS数值变化情况判断钻进过程岩体岩性的变化；当RMS值增大，表明钻具所钻岩体的强度降低；当RMS值减小，表明钻具所钻岩体的强度增大。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据应力应变关系对岩石岩性进行分析包括：

(1)将近钻的记录仪中的数据提取出来，完成数据转制并进行滤波处理除去杂波，得到轴向加速度、轴向角速度的数据；

(2)当钻具垂直岩层钻进时，钻具所受最大主应力为扭力δ₁、最小主应力为轴向应力δ₃；在单位时间T内，钻具钻进位移为ε₃；此时将角加速度的均方根值视为扭力δ₁；将轴向加速度的均方根值视为轴向应力δ₃；单位时间内轴向位移为ε₃等同于轴向位移谱的零频值；

(3)当钻具钻进方向与岩层平行时，钻具所受最大主应力为轴向应力δ₁、最小主应力为扭力δ₃；在单位时间T内，钻具钻进位移为ε₃；此时将轴向加速度的均方根值视为轴向应力δ₁；将角加速度的均方根值视为扭力δ₃；单位时间内轴向位移为ε₃等同于旋转位移谱的零频值；

根据以上数据得到应力应变关系。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用加速度均方根、应力应变关系和机械比能三种分析方法计算的结果进行比对，并利用相关性分析来判断三种分析方法结果的相互依赖关系。