复杂地质钻进过程智能控制

本书结合作者多年来的研究工作和实践经验，系统阐述复杂地质钻进过程智能控制方法与技术及其在实际工程中的应用。主要内容包括：地层可钻性智能建模、井壁稳定性判别；钻进轨迹优化设计；钻压控制和钻柱黏滑振动抑制；钻进轨迹控制；钻进状态预测、钻进过程智能协调优化；钻进工况识别与状态评估、钻进过程异常检测与预警、钻进过程故障诊断；钻进过程智能控制系统与实验系统及工程应用。

前言
符号说明
第1章 绪论 1
1.1 复杂地质钻进过程分析 1
1.1.1 钻进过程描述 1
1.1.2 钻进过程信息 3
1.1.3 钻进过程特点分析 5
1.2 地质钻进过程建模、优化与控制研究现状 6
1.2.1 地质钻进过程建模 6
1.2.2 钻进过程优化 10
1.2.3 钻进过程控制 16
1.2.4 钻进过程状态监测 23
1.3 本书主要内容 26
参考文献 27
第2章 地质环境建模 40
2.1 基于数据驱动的钻进点地层可钻性智能建模方法 40
2.1.1 钻进点地层可钻性融合建模方法 40
2.1.2 钻进点地层可钻性在线建模方法 43
2.2 基于地统计和机器学习的三维地层可钻性场空间建模方法 46
2.3 井壁稳定性判别 51
2.3.1 考虑数据不均衡特性的地层岩性识别方法 51
2.3.2 基于半监督学习的岩石力学参数计算 55
2.3.3 井壁稳定性分析 60
2.4 本章小结 64
参考文献 65
第3章 钻进轨迹优化设计 68
3.1 针对几何特性的钻进轨迹优化设计 68
3.1.1 考虑井身轮廓能量的钻进轨迹优化设计 68
3.1.2 具有参数不确定性的钻进轨迹优化设计 75
3.2 考虑地层特性的钻进轨迹优化设计 80
3.2.1 井壁稳定性约束下的钻进轨迹优化设计 82
3.2.2 考虑多地层井壁稳定性的钻进轨迹优化设计 87
3.3 本章小结 91
参考文献 92
第4章 钻压控制和钻柱黏滑振动抑制.95
4.1 钻压控制 95
4.1.1 钻柱轴向运动模型 95
4.1.2 考虑不确定给进阻尼系数的钻压鲁棒控制方法 102
4.1.3 考虑大范围给进阻尼系数的钻压增益调度控制方法 108
4.2 钻柱黏滑振动抑制 113
4.2.1 钻柱扭转运动模型 113
4.2.2 仅利用地面信息的黏滑振动抑制方法 117
4.2.3 同时利用地面信息和孔内信息的黏滑振动抑制方法 135
4.3 本章小结 147
参考文献 148
第5章 钻进轨迹控制 151
5.1 定向钻进轨迹控制 151
5.1.1 基于PI控制器和补偿器的定向钻具姿态控制方法 151
5.1.2 基于观测器的定向钻进轨迹控制方法 159
5.1.3 面向钻压不确定性的定向钻进轨迹鲁棒控制方法 170
5.2 垂钻轨迹纠偏控制 182
5.2.1 垂钻轨迹延伸模型 182
5.2.2 考虑测量噪声的垂钻轨迹纠偏控制方法 186
5.2.3 考虑造斜率不确定性的垂钻轨迹纠偏控制方法 190
5.3 本章小结 198
参考文献 198
第6章 钻进过程智能优化 201
6.1 钻进状态预测 201
6.1.1 基于混合支持向量回归的钻速预测模型 201
6.1.2 基于混合建模的总池体积预测模型 205
6.2 钻进过程智能协调优化 212
6.2.1 基于混合蝙蝠算法的钻柱系统钻速优化 212
6.2.2 考虑系统间耦合关系的钻柱系统与循环系统协调优化 214
6.3 本章小结 218
参考文献 219
第7章 钻进过程状态监测 221
7.1 钻进工况识别与状态评估 221
7.1.1 钻进数据可靠性判别与校正 221
7.1.2 钻进过程智能工况识别 226
7.1.3 钻进过程运行性能评估 230
7.2 钻进过程异常检测与预警 235
7.2.1 基于正常工作区域划分的孔内异常检测 235
7.2.2 基于幅值变化检测的孔内事故检测 239
7.2.3 基于贝叶斯定理的钻进过程事故预警 244
7.3 钻进过程故障诊断 248
7.3.1 基于时间序列特征聚类的井漏井涌故障诊断 249
7.3.2 基于多时间尺度特征的孔内故障诊断 255
7.4 本章小结 260
参考文献 261
第8章 钻进过程智能控制系统与实验系统 263
8.1 钻进过程智能控制系统 263
8.1.1 系统设计 263
8.1.2 系统实现 271
8.1.3 智能监控云平台 274
8.2 钻进过程智能控制实验系统 279
8.2.1 实验系统设计 279
8.2.2 实验系统实现 280
8.2.3 实验结果与分析 282
8.3 本章小结 295
参考文献 295
第9章 钻进过程智能控制系统工程应用 297
9.1 湖北省襄阳市2000m地热资源预可行性勘查项目应用 297
9.1.1 襄阳地热井概况 297
9.1.2 襄阳地热井系统应用 298
9.1.3 襄阳地热井系统运行效果 301
9.2 辽宁省丹东市3000m非煤固体科学钻探项目应用 306
9.2.1 丹东科探井概况 306
9.2.2 丹东科探井系统应用 307
9.2.3 丹东科探井系统运行效果 309
9.3 河北省保定市5000m地热地质勘查项目应用 318
9.3.1 保定勘查井概况 318
9.3.2 保定勘查井系统应用 319
9.3.3 保定勘查井系统运行效果 320
9.4 本章小结 326
参考文献 326
索引 328