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专利号: 2023109461248
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法,其特征在于,包括:S1.进行钻进过程中切削岩石的受力分析,确定岩石抗压强度和切削力之间的关系;

S2.以摩尔‑库伦强度准则为破坏条件进行受力分析,确定切削力与岩石基本力学参数内聚力、内摩擦角的关系;

S3.确定以岩石抗压强度和切削力表示的岩石内聚力和内摩擦角的函数表达式;

S4.将切削力、抗压强度、一次钻进给进深度通过随钻测量参数钻速、转速、扭矩来表示,确定以随钻测量参数和钻刃参数来表示的内摩擦角和内聚力;

S5.分析误差,校检内摩擦角、内聚力计算的准确性;

应用于钻孔过程中测量岩石的内摩擦角、内聚力和单轴抗压强度;

所述岩石抗压强度的函数表达式为:

式中Fk,p为切削力,ξ2为动荷载系数,取ξ2=5,b为楔形钻头的宽度,h为一次钻进给进的深度,μ切削刃与岩石之间的摩擦系数,θ为楔形钻头的1/2刃角,即切削刃角,Rc为抗压强度;

所述切削力的函数表达式为:

式中,Fk,p为切削力,ξ1为切削力动载系数,取ξ1=0.6,b为楔形钻头的宽度,h为一次钻进给进的深度,C为岩石的内聚力,θ为楔形钻头的1/2刃角,即切削刃角,为岩石的内摩擦角;

所述内摩擦角的函数表达式为:

式中,Fk,p为切削力,Rc为抗压强度,h为一次钻进给进的深度,b为楔形钻头的宽度,θ为楔形钻头的1/2刃角,即切削刃角,ξ1为切削力动载系数,取ξ1=0.6,β为辅助角,为岩石的内摩擦角;

所述岩石的内摩擦角计算公式为:

式中M为扭矩,m为切削刃的数量,r为钻头的半径,θ为楔形钻头的1/2刃角,即切削刃角,为岩石的内摩擦角,μ为切削刃与岩石之间的摩擦系数,ξ1为切削力动载系数,取ξ1=

0.6,ξ2为动荷载系数,取ξ2=5;

所述岩石的内聚力计算公式为:

式中M为扭矩,N为转速,Vd为钻速,r为钻头的半径,θ为楔形钻头的1/2刃角,即切削刃角,为岩石的内摩擦角,b为楔形钻头的宽度,ξ1为切削力动载系数,取ξ1=0.6;

所述岩石的抗压强度计算公式为:

式中M为扭矩,N为转速,Vd为钻速,r为钻头的半径,θ为楔形钻头的1/2刃角,即切削刃角,b为楔形钻头的宽度,μ为切削刃与岩石之间的摩擦系数,ξ2为动荷载系数,取ξ2=5。

2.根据权利要求1所述的一种基于随钻测量数据估算岩石材料强度参数的方法,其特征在于,所述内摩擦角最大相差0.55%,最小相差0.16%;内聚力最大相差25.6%,最小相差‑3.5%,单轴抗压强度最大相差22%,最小相差‑0.04%。