[发明专利]一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统

说明书

本发明提供了一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统，主要解决了现有地质钻进过程钻速优化方法大多采用离线优化方式难以在地层环境多变的条件下，推荐合适的操作参数(钻压设定值、转速设定值)给司钻，导致钻速优化效率不高的问题。钻速优化框架分为两层(智能优化层和基础自动化层)。在智能优化层，钻速建模和钻速优化是随着钻进过程开展依次交替进行，滑动窗口、极限学习机、十折交叉验证等多种技术被运用建立钻速与井深、钻压、转速之间的动态关系模型；接着运用混合蝙蝠算法通过优化钻进操作参数(钻压、转速)提升钻速。本发明的有益效果是：能够适应不同的地层条件，有效提升了钻进过程的效率。

技术领域

本发明涉及复杂地质钻进过程智能控制领域，尤其涉及一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统。

背景技术

资源能源安全是国家安全的重要组成部分，也是国家经济可持续发展的关键之一。保障资源能源安全应立足于国内。随着浅层矿产资源的日益枯竭、深部成矿理论的发展以及国内外大量深部矿产资源的探明使得深部地质勘探和开发成为必然。但是深部地质钻进过程中存在“三高一扰动”的复杂地质力学环境，非线性、强耦合、强干扰等特性突出，导致地质钻进过程效率低、安全性差。因此，钻速智能控制是实现复杂地质钻进过程安全高效目标的重要基础。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统，能够适应不同的地层条件，在线智能优化钻进过程参数参数(钻压、转速)，并下发给基础自动化层分别进行闭环控制，有效提升钻进过程效率。该地质钻进过程钻速智能控制系统主要包括：两层：智能优化层和基础自动化层，智能优化层为上层，基础自动化层为下层；

所述智能优化层，用于根据钻进过程数据建立钻速与钻进过程参数之间的钻速动态关系模型和对钻速及钻压进行优化操作，进而实现钻速智能优化计算，并将优化后的钻压和钻速作为设定值下发至下层；

所述基础自动化层，用于分别对钻压和转速进行闭环控制，并将采集的各类钻进过程数据发送至上层。

进一步地，所述钻进过程数据包括：当前时刻的钻速、钻压和深度。

进一步地，所述智能优化层包括钻速建模阶段和钻速优化阶段。

进一步地，在所述钻速建模阶段，采用滑动窗口、极限学习机方法和十折交叉验证方法，利用钻进过程数据建立钻速与钻进过程参数之间的动态关系模型，该动态关系模型的输入为当前钻速、当前钻压和当前深度，输出为下一刻钻速。

进一步地，在所述钻速优化阶段，首先是对钻进过程数据进行预处理，然后再利用混合蝙蝠算法，得到优化的转速和钻压。

进一步地，建立所述钻速动态关系模型包括以下过程：

1)运用极限学习机方法建立当前时刻钻压、当前时刻转速、当前时刻深度与下一时刻钻速之间的关系模型，该关系模型公式如下：

β＝H⁺T

式中，H是隐含层矩阵，H⁺是H的Moore-Penrose逆，T是输出向量，β是隐含层到输出层的权值，g()是激活函数，x_i是输入参数，k为隐含层节点数，ω_i是输入层到隐含层的权值，b_i是隐含层偏置，i＝1,2,...,n；

2)在所述关系模型中，引入滑动窗口和十折交叉验证方法，建立钻速动态关系模型；

3)在利用样本数据集对钻速动态关系模型进行训练时，需要对所述样本数据集进行归一化处理；