(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211198991.X (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 中煤科工西安研究院 （集团） 有限公 司 地址 710077 陕西省西安市高新区锦业 一 路82号 (72)发明人 姚宁平　张幼振　宋海涛　李旺年　 姚克　魏宏超　马斌　彭光宇　 (74)专利代理 机构 西安恒泰知识产权代理事务 所 61216 专利代理师 孙雅静 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/02(2012.01) (54)发明名称 基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数 自适应决策方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于给进阻尼和机械比 能的钻进操作参数自适应决策方法， 包括： S1： 获 取给进压力、 转速、 扭矩和钻速为钻进参数， 利用 滑动窗口进行中值滤波， 得到 滤波钻进 参数； S2： 计算给进阻尼系数， 确定给进阻尼系数的变化范 围， 将给进阻尼 系数转化为自适应调整指标； S3： 计算机械比能， 结合给进阻尼变化率， 判断更新 操作参数的方向是否需要改变， 调整参数更新标 志位； S4： 根据所述的自适应调整指标和参数更 新标志位， 决策最终给进压力的变化值。 本发明 基于给进阻尼系数大小设计操作参数自适应调 整策略， 将 机械比能作为评价操作参数优劣的关 键指标， 实现不同地层环境下的最佳操作参数钻 进； 实验数据表明， 利用所提方法能有效降低机 械比能， 实现低能耗、 高效率钻 进。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115526400 A 2022.12.27 CN 115526400 A 1.一种基于给进阻尼和机 械比能的钻进操作参数自适应决策 方法， 其特 征在于， 包括： S1获取给进压力、 转速、 扭矩和钻速为钻进参数： 利用滑动窗口进行中值滤波， 得到滤 波钻进参数； S2计算给进阻尼系数： 滤波钻进参数带入给进阻尼系数计算公式， 计算反映当前地层 钻进难易程度的关键指标， 对当前给进阻尼系 数和上一时刻给进阻尼系 数进行差分， 得到 给进阻尼变化 率； 确定给进阻尼系数的变化范围， 将给进阻尼系数转 化为自适应调整指标； S3计算机械比能： 滤波钻进参数带入机械比能计算公式， 计算反映当前钻进状态优劣 的关键指标， 同时记录滑动窗口内机械比能的最小值； 比较当前机械比能和所述滑动窗口 内最小机械比能， 同时结合所述给进阻尼变化率， 判断更新操作参数的方向是否需要改变， 调整参数 更新标志位； S4根据所述的自适应调整指标和参数 更新标志位， 决策最终给进压力的变化 值。 2.根据权利要求1所述的基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数自适应决策方法， 其特征在于， 所述的利用滑动窗口进行中值滤波得到滤波钻进参数， 包括： Dataf(k)＝Φ[ Data(k),Data(k ‑1),…,Data(k‑n+1)]； 其中， Data代表给进压力、 转速、 扭矩和钻速； Dataf(k)表示第k个采样时间的滤波数据； Data(k)表示第k个采样时间的原始数据； Φ[ ·]表示对·代表的采样数据进行中值滤波， 取序列中位数； n表示滑动窗口 的大小。 3.根据权利要求1或2所述的基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数自适应决策方 法， 其特征在于， 所述的计算反映当前地层钻进难易 程度的关键指标， 包括： 式中： kr(k)代表第k个采样时间的给进阻尼系数大小； WOBf(i)代表第i个采样时间的滤 波给进压力大小； ROPf(i)代表第i个采样时间的滤波钻速大小； n表示滑动窗口 的大小。 4.根据权利要求1或2所述的基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数自适应决策方 法， 其特征在于， 所述的给进阻尼变化 率表示为： 式中： δ代表第k个采用时间的给进阻尼变化率； kr(k)代表第k个采样时间的给进阻尼系 数大小； kr(k‑1)代表第k‑1个采样时间的给进阻尼系数 大小； |·|代表取绝对值。 5.根据权利要求1或2所述的基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数自适应决策方 法， 其特征在于， 所述的确定给进阻尼系数的变化范围， 将给进阻尼系数转化为自适应调整 指标， 包括： 式中： θ代表自适应调整指标； krmax与krmin为设定的给进阻尼系数 上下界。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115526400 A 26.根据权利要求1或2所述的基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数自适应决策方 法， 其特征在于， 所述的机 械比能计算如下： 式中： MSE(k)代表第k个采样时间的机械比能， WOBf(k)代表第k个采样时间的滤波给进 压力大小； RPMf(k)代表第k个采样时间的滤波转速大小； TORf(k)代表第k个采样时间的滤波 扭矩大小； ROPf(k)代表第k个采样时间的滤波钻速大小。 7.根据权利要求6所述的基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数自适应决策方法， 其特征在于， 所述的滑动窗口内最小机 械比能表示如下： MSEmin(k)＝MIN[MSE(k),MSE(k ‑1),…,MSE(k‑n+1)]； 式中： MSEmin(k)代表第k个采样时间的最小机械比能； MIN[ ·]表示对·代表对采样数 据取最小值。 8.根据权利要求1或2所述的基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数自适应决策方 法， 其特征在于， 所述的S3具体包括： S31、 判断工序和工况 是否可以开始钻进； S32、 判断钻速是否超过最大钻速上限， 超过则减小给进压力； S33、 判断扭矩是否超过最大 扭矩上限， 超过则减小给进压力； S34、 若S32和 S33都未超过上限， 则根据所述自适应调整指标和参数更新标志位对给进 压力进行调整； S35、 根据给进阻尼变化 率和机械比能， 判断参数 更新标志位是否需要更新； S36、 重复上述 步骤实现自适应钻进。 9.根据权利要求8所述的基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数自适应决策方法， 其特征在于， 所述的给进阻尼标志位调整基于当前机 械比能和最小机 械比能的比较； 若在一次调整中导致当前机械比能大于最小机械比能的1.1倍， 且给进阻尼变化率小 于0.2， 则改变参数 更新标志位， 即正向变为负向， 亦或是负向变为 正向； 若给进阻尼变化 率大于0.2， 则不改变标志位。 10.根据权利要求8所述的基于给进阻尼和机械比能的钻进操作参数自适应决策方法， 其特征在于， 对给进压力进行调整包括： WOBd(k)＝WOBd(k‑1)+ΔWOBd(k)； ΔWOBd(k)＝SIGN ·θ·ΔWOB； 式中： WOBd(k)代表第k个采样时间的期望给进压力； WOBd(k‑1)代表第k ‑1个采样时间的 期望给进压力； ΔWOBd(k)代表第k个采样时间的期望给进压力增量； SIGN代表标志位， 取 位‑1或1； θ代 表自适应调整指标； ΔWOB代 表基础增量大小， 为 正的常数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115526400 A 3