(19)中华 人民共和国 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 202111252036.5 (22)申请日 2021.10.26 (71)申请人 中国地质大 学 （武汉） 地址 430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 388号 (72)发明人 甘超　曹卫华　吴敏　 (74)专利代理 机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42 238 代理人 吴晓茜 (51)Int.Cl. E21B 44/00(2006.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智 能控制系统 (57)摘要 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。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114000862 A 2022.02.01 CN 114000862 A 1.一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统， 其特征在于： 该地质钻进过 程钻速智能控制系统包括两层： 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。 2.如权利要求1所述的一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统， 其特征 在于： 所述钻进过程数据包括： 当前时刻的钻速、 钻压和深度。 3.如权利要求1所述的一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统， 其特征 在于： 所述智能优化层包括钻速建模阶段和钻速优化阶段。 4.如权利要求3所述的一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统， 其特征 在于： 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 时刻钻速、 当前时刻钻压和当前时刻深度， 输出为下一时刻钻速 。 5.如权利要求3所述的一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统， 其特征 在于： 在所述钻速优化阶段， 首先是对钻进过程数据进 行预处理， 然后基于钻速动态关系模 型和钻进约束 条件， 建立钻速动态优化模型， 最后再利用混合蝙蝠算法， 得到优化的转速和 钻压。 6.如权利要求1所述的一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统， 其特征 在于： 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， xi是输入参数， k为隐含层节点数， ωi是输入层到隐含层的权值， bi 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； 其中， xnorm是归一化后的数据集， x是真实的数据集， xmin是数据集中最小的数据， xmax是 数据集中最大的数据；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114000862 A 24)利用测试集对训练后的钻速动态关系模型进行测试时的验证指标如下： 式中， RMSE是均方根 误差， NRMSE是归一 化均方根 误差， yi是测量数据， 是预测数据。 7.如权利要求1所述的一种基于动态优化的地质钻进过程钻速智能控制系统， 其特征 在于： 对钻速和钻压进行优化操作的过程如下： 1)对钻进过程数据进行预处理， 然后基于钻速动态关系模型和钻进约束条件， 建立钻 速动态优化模型； 式中， y是下一时刻钻 速， H是隐含层矩阵， g()是激活函数， Xn是输入数据集合， xi是输入 参数， k为隐含层节点数， H+是H的Moore ‑Penrose逆， Tt， ωt， bt是t时刻的权值、 偏置和输出 向量， x1min， x1max， x2min， x2max分别是钻压和转速的下界和上界数值； 2)基于钻速动态优化模型， 利用混合蝙蝠算法， 对钻进操作参数进行优化操作， 所述钻 进操作参数包括钻压和转速 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114000862 A 3