本發(fā)明涉及一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置及方法，屬于石油鉆井。
背景技術(shù)：
1、水平井鉆井過(guò)程中面臨一個(gè)主要難題是巖屑經(jīng)由水平段環(huán)空返出時(shí)，極易在環(huán)空底部積聚成床，導(dǎo)致井眼不潔，帶來(lái)了諸多工程上的技術(shù)挑戰(zhàn)，主要包括：鉆頭磨損消耗、減緩鉆進(jìn)速度、井壁不穩(wěn)定性增加、鉆具遭遇卡阻、地層污染加劇。
2、上述工程問(wèn)題嚴(yán)重制約了油氣資源的有效開發(fā)。因此，在鉆井作業(yè)中特別是大斜度井或水平井中，精確監(jiān)測(cè)巖屑床的形成情況，確定其厚度分布，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)井段及時(shí)制定有效的工程解決方案和安全措施清除巖屑床具有重要意義?，F(xiàn)有的技術(shù)不能夠模擬實(shí)際工況中井涌和漏失這些復(fù)雜工況，但是井涌井漏工況在鉆井過(guò)程中普遍存在?，F(xiàn)有的技術(shù)多是模擬水平井狀態(tài)下的巖屑沉降過(guò)程，不能模擬不同斜度下的巖屑沉降情況。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置及方法。
2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所提供的技術(shù)方案是：一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置，包括模擬井筒、模擬鉆柱、攝像組件、巖屑注入組件、鉆井液水箱、巖屑及鉆井液回收箱，所述模擬鉆柱安裝在所述模擬井筒內(nèi)，所述模擬井筒兩端分別設(shè)有左外接圓筒、右外接圓筒；所述鉆井液水箱上設(shè)有兩個(gè)水泵，所述左外接圓筒、模擬井筒左半部分的中部分別通過(guò)管道與兩個(gè)水泵連通，所述右外接圓筒、模擬井筒右半部分的中部分別通過(guò)管道與巖屑及鉆井液回收箱連通，所述鉆井液水箱、巖屑及鉆井液回收箱之間通過(guò)管道連通；所述巖屑注入組件安裝在所述模擬井筒上，所述攝像組件對(duì)所述模擬井筒進(jìn)行攝像；所述右外接圓筒內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)模擬鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)組件。
3、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述模擬鉆柱內(nèi)設(shè)有兩個(gè)偏心轉(zhuǎn)子馬達(dá)。
4、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，該裝置還包括斜度調(diào)節(jié)組件，所述斜度調(diào)節(jié)組件包括兩個(gè)伸縮桿、支撐桿，所述模擬井筒的兩端分別安裝在兩個(gè)伸縮桿的頂端上，中部安裝在所述支撐桿的頂端上。
5、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述巖屑及鉆井液回收箱內(nèi)設(shè)有巖屑濾網(wǎng)。
6、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述巖屑注入組件包括螺旋送料器、漏斗，所述漏斗安裝在所述螺旋送料器的左端上，所述螺旋送料器的右端與所述模擬井筒的左端連通。
7、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述漏斗的底部設(shè)有進(jìn)料閥門。
8、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述攝像組件包括攝像機(jī)、相機(jī)支架、計(jì)算機(jī)，所述攝像機(jī)安裝在所述相機(jī)支架上，所述計(jì)算機(jī)與攝像機(jī)連接，所述攝像機(jī)對(duì)所述模擬井筒進(jìn)行攝像。
9、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述鉆井液水箱與左外接圓筒之間設(shè)有壓力表ⅰ、流量計(jì)ⅰ，所述模擬井筒與鉆井液水箱之間設(shè)有壓力表ⅱ、流量計(jì)ⅱ。
10、一種可視化巖屑運(yùn)移模擬方法，具體包括以下步驟：
11、步驟s1、分別通過(guò)水泵將鉆井液水箱內(nèi)的鉆井液注入左外接圓筒內(nèi)和模擬井筒左半部分的中部，然后鉆井液分別進(jìn)入模擬井筒、模擬鉆柱內(nèi)；
12、步驟s2、啟動(dòng)巖屑注入組件，將巖屑注入模擬井筒內(nèi)；
13、步驟s3、啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件，驅(qū)動(dòng)組件帶動(dòng)模擬鉆柱在模擬井筒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；
14、步驟s4、持續(xù)向模擬井筒內(nèi)注入鉆井液和巖屑，其中一部分鉆井液和巖屑在模擬井筒右半部分的中部直接進(jìn)入到巖屑及鉆井液回收箱內(nèi)，另一部分則再進(jìn)入右外接圓筒后，再進(jìn)入到巖屑及鉆井液回收箱內(nèi)；
15、步驟s5、持續(xù)注入鉆井液和巖屑的同時(shí)，通過(guò)攝像組件實(shí)時(shí)生成巖屑床的分布情況；通過(guò)實(shí)時(shí)生成的巖屑床的分布情況，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)在當(dāng)前工況下整段巖屑的分布情況；
16、步驟s6、同時(shí)調(diào)節(jié)模擬鉆柱內(nèi)兩個(gè)偏心轉(zhuǎn)子馬達(dá)的振幅，分別獲得不同振幅下巖屑的運(yùn)動(dòng)軌跡以及成床情況和成床位置，分析鉆柱振動(dòng)對(duì)攜巖效果的影響；
17、步驟s7、同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)伸縮桿的伸縮高度，模擬井筒斜度，分別獲得不同井筒斜度下巖屑的運(yùn)動(dòng)軌跡以及成床情況和成床位置，分析井筒斜度對(duì)攜巖效果的影響。
18、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述步驟s50的具體過(guò)程為：
19、步驟s51、采集實(shí)時(shí)圖像：通過(guò)軟件同步確保兩相機(jī)圖像同步獲取巖屑床的分布情況；
20、步驟s52、對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行預(yù)處理：灰度化、去噪、對(duì)比度增強(qiáng)，提高特征提取穩(wěn)定性；
21、步驟s53、立體匹配：通過(guò)尋找兩相機(jī)圖像中同一位置點(diǎn)的像素位置差，計(jì)算該點(diǎn)的三維深度；
22、步驟s54、從深度圖到點(diǎn)云：對(duì)每個(gè)像素，根據(jù)深度值和相機(jī)內(nèi)參，通過(guò)投影逆變換得到三維坐標(biāo)，生成點(diǎn)云；
23、步驟s55、點(diǎn)云映射到體素：對(duì)每個(gè)點(diǎn)云點(diǎn)，直接映射到每個(gè)體素網(wǎng)格中，計(jì)算該體素網(wǎng)格中點(diǎn)云的像素灰度值，平均每個(gè)點(diǎn)云的灰度值進(jìn)而得到該體素的灰度值，通過(guò)每個(gè)體素的灰度值重構(gòu)巖屑床的分布；
24、步驟s56、將上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程的鉆柱的轉(zhuǎn)速、鉆柱的振幅、鉆井液流速、巖屑密度、每個(gè)體素的灰度值、每段巖屑的體積、井筒傾角、井漏流量和井涌流量九個(gè)輸入數(shù)據(jù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法學(xué)習(xí)前一段的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)后段體素網(wǎng)格的灰度值，即預(yù)測(cè)后段巖屑床的體積和分布狀態(tài)。
25、本發(fā)明的有益效果：
26、1、本發(fā)明通過(guò)內(nèi)置偏心轉(zhuǎn)子馬達(dá)，能夠很好的模擬鉆柱振動(dòng)條件下的巖屑運(yùn)移狀況；
27、2、本發(fā)明能通過(guò)改變井筒的斜度來(lái)模擬真實(shí)工況下斜度井筒的巖屑運(yùn)移狀況；
28、3、本發(fā)明通過(guò)鉆井液漏失管和鉆井液注入管來(lái)模擬真實(shí)工況下鉆井液漏失和井涌狀態(tài)；
29、4、本發(fā)明能夠較完整模擬鉆井過(guò)程中遇到的大多數(shù)狀況，并分析這些狀況對(duì)巖屑運(yùn)移的影響；
30、5、本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)巖屑運(yùn)動(dòng)情況并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)巖屑成床位置；
31、6、本發(fā)明能夠通過(guò)拉格朗日粒子追蹤法預(yù)測(cè)少量巖屑的運(yùn)動(dòng)軌跡及成床位置，通過(guò)監(jiān)測(cè)某段井筒的巖屑分布，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)后續(xù)巖屑的分布情況。
1.一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置，其特征在于，包括模擬井筒(6)、模擬鉆柱(8)、攝像組件、巖屑注入組件、鉆井液水箱(19)、巖屑及鉆井液回收箱(25)，所述模擬鉆柱(8)安裝在所述模擬井筒(6)內(nèi)，所述模擬井筒(6)兩端分別設(shè)有左外接圓筒(2)、右外接圓筒；所述鉆井液水箱(19)上設(shè)有兩個(gè)水泵(18)，所述左外接圓筒(2)、模擬井筒(6)左半部分的中部分別通過(guò)管道與兩個(gè)水泵(18)連通，所述右外接圓筒、模擬井筒(6)右半部分的中部分別通過(guò)管道與巖屑及鉆井液回收箱(25)連通，所述鉆井液水箱(19)、巖屑及鉆井液回收箱(25)之間通過(guò)管道連通；所述巖屑注入組件安裝在所述模擬井筒(6)上，所述攝像組件對(duì)所述模擬井筒(6)進(jìn)行攝像；所述右外接圓筒內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)模擬鉆柱(8)轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置，其特征在于，所述模擬鉆柱(8)內(nèi)設(shè)有兩個(gè)偏心轉(zhuǎn)子馬達(dá)(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置，其特征在于，該裝置還包括斜度調(diào)節(jié)組件，所述斜度調(diào)節(jié)組件包括兩個(gè)伸縮桿(27)、支撐桿(9)，所述模擬井筒(6)的兩端分別安裝在兩個(gè)伸縮桿(27)的頂端上，中部安裝在所述支撐桿(9)的頂端上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置，其特征在于，所述巖屑及鉆井液回收箱(25)內(nèi)設(shè)有巖屑濾網(wǎng)(26)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置，其特征在于，所述巖屑注入組件包括螺旋送料器(5)、漏斗(3)，所述漏斗(3)安裝在所述螺旋送料器(5)的左端上，所述螺旋送料器(5)的右端與所述模擬井筒(6)的左端連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置，其特征在于，所述漏斗(3)的底部設(shè)有進(jìn)料閥門(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置，其特征在于，所述攝像組件包括攝像機(jī)(12)、相機(jī)支架(13)、計(jì)算機(jī)(14)，所述攝像機(jī)(12)安裝在所述相機(jī)支架(13)上，所述計(jì)算機(jī)(14)與攝像機(jī)(12)連接，所述攝像機(jī)(12)對(duì)所述模擬井筒(6)進(jìn)行攝像。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置，其特征在于，所述鉆井液水箱(19)與左外接圓筒(2)之間設(shè)有壓力表ⅰ(16)、流量計(jì)ⅰ(17)，所述模擬井筒(6)與鉆井液水箱(19)之間設(shè)有壓力表ⅱ(21)、流量計(jì)ⅱ(20)。
9.一種可視化巖屑運(yùn)移模擬方法，其特征在于，該方法采用權(quán)利要求1-8任一所述的一種智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)巖屑運(yùn)移模擬裝置進(jìn)行模擬，具體包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可視化巖屑運(yùn)移模擬方法，其特征在于，所述步驟s5的具體過(guò)程為：