토목 공학, 건축, 수리, 광업, 석유 가스 등의 산업 분야에서 시추는 일반적으로 암토층의 물리적 역학 매개변수를 파악하여 지층을 합리적으로 평가하고 공사 설계와 시공 공예를 결정하는 가장 직접적이고 신뢰할 수 있는 방법이다. 지구 물리학 방법은 큰 진전을 이루었지만, 지구 물리학 방법의 불확실성과 다양성은 방법 자체가 지 자기장의 다양성에 의존하고, 다른 한편으로는 외부 인공 전자기장의 간섭에 의해 불가피하게 결정된다. 이러한 불가피한 모순과 동원과 비동원의 전자기 차이와 간섭은 지구 물리 방법의 불확실성과 다양성을 결정한다. 또한, 지구 물리학 적 방법은 지층과 암석의 기계적 특성을 밝히기가 어렵 기 때문에 포괄적 인 지질 분석에 더 의존해야하며 공학 응용 기술에는 여전히 많은 한계가 있습니다. 전통적인 시추 및 탐사 방법은 시추 과정에서 현장 토공 실험, 샘플링, 목록 작성, 실내 토공 물리적 역학 특성 테스트 및 암석 인식을 수행해야 하는데, 작업량이 많고 주기가 길고 비용이 많이 든다. 기초 시추 탐사에서 순수 시추 시간은 전체 시추 탐사에 소요되는 시간의 30% 미만이며, 시추 탐사 비용은 일반적으로 전체 공사 비용의 15% ~ 28%[ 1] 를 차지하는 것으로 집계됐다. 따라서 암토공학의 시추는 여전히 매우 복잡한 작업이다. 광산, 교통, 수리, 전략적 보호, 심부 기초 물리 실험이 깊어짐에 따라 심층 시추와 탐사가 특히 중요하다. 국제 암토공학 분야에서는 지층지질공학 정보를 간단하고 효과적으로 얻을 수 있는 방법을 모색해 왔으며, 지능 시추 기술과 이론은 미래 연구의 중요한 선봉과제다. 이 글은 이 분야의 중요한 진전과 문제점을 중점적으로 소개하고 앞으로의 연구 내용과 방향을 명확하게 하였다. 1 스마트 드릴링의 핵심 기술 1. 1 스마트 드릴링 시스템의 기본 구성 요소 및 원리 스마트 드릴링의 기본 기술은 주로 다음 다섯 가지 시스템으로 구성됩니다. (1) 구멍 바닥 동력 전달 시스템. 시스템은 시추 및 시추 아래 측정 (DMWD) 드릴 작업의 강전, 측정 시스템 및 정보 전송 시스템의 약한 전력 요구 사항을 충족해야 합니다. (2) 드릴링 장비 작동 매개 변수 측정 및 진단 시스템. 참고 문헌 [1] 을 참조하십시오. (3) 드릴링 중 디지털 DTH 측정 통합 시스템. MWD 유닛과 다양한 전자 제어 스마트 유닛에 형성 저항률 및 암석 특성 측정 프로브, 감마 및 중성자 밀도 프로브, 음파 프로브, 핵 자기 진동 프로브, 형성 구멍 압력 센서, 우물 경사, 방위각, 안내 도구 면각, 바닥 WOB, 드릴 토크, 드릴 세그먼트 힘 센서, 드릴 스트레인 및 온도 센서와 같은 다양한 고급 센서가 설치되어 있습니다 (4) 구멍 바닥의 정보 전송 시스템. 센서에서 측정한 정보는 유선 데이터가 전송하는 신호선을 통해 직렬 버스로 실시간으로 지면으로 전송됩니다. (5) 지상 데이터 분석 시스템. 컴퓨터, 모니터, 프린터, 플로터 등의 터미널로 구성되며 네트워크 시스템의 정보 처리 센터에 연결되어 있습니다. 이렇게 하면 시추와 처리를 통해 실제 지층 단면 및 지층 분류와 같은 데이터를 정확하게 얻을 수 있습니다. 지능형 드릴링 시스템의 기본 원리는 드릴 내부 또는 드릴 근처에 드릴링 측정 시스템을 설치하는 것입니다. 다양한 센서 기술을 통해 드릴의 작동 매개변수, 드릴 위치, 드릴링 경사, 드릴링 방향, 드릴링 암석, 드릴링 경도 및 드릴링 강도, 드릴 변형 등을 실시간으로 측정하여 드릴링 궤적, 드릴링 히스토그램, 물리적 역학 매개변수, 암석 분류 및 관련 지층의 geostress 데이터를 얻을 수 있습니다 드릴의 작동 상태를 실시간으로 진단, 관리, 제어, 피드백 및 조정합니다. 측량 수집, 분석 결정, 제어 실행, 재측정 수집, 재분석 결정, 재제어 실행의 연속 프로세스를 통해 지능형 시추의 목적을 달성할 수 있습니다. 1.2 시추 프로세스 모니터링 기술기기 시추 시스템 (IDS) 은 스마트 시추 기술의 초기 형태이다. 영국, 구소련, 독일, 프랑스, 일본, 캐나다, 미국, 중국 모두 일련의 연구를 진행했다. 은파솔, 파페로, 사슴섬 건설 [2], KYPC, HDK, Da-Ta-Sentry [3] 등의 기기 시추 시스템은 드릴에 가해진 압력, 드릴 속도, 토크, 드릴 변위 등 드릴의 작동 매개변수와 드릴링 매개변수를 자동으로 모니터링합니다. 이전 IDS 의 경우 드릴링 프로세스 모니터링 시스템 (DPM) [4] 의 주요 발전은 큰 샘플과 복잡한 비선형 그래프의 유사성 인식 이론을 확립하여 드릴링 매개변수 [1] 에서 큰 샘플 데이터 간의 상관 분석 문제를 해결하는 것입니다. 시추 매개변수와 에너지를 기반으로 한 실시간 드릴 가능성 분류 방법, 다중 피크 비선형 그래프의 기울기 검색 및 인식, 알 수 없는 범주 및 분류 수를 기반으로 하는 지층 클러스터 판별 방법 [5-7] 이 수립되었으며, 최신 기술 및 이론적 성과는 문헌 [1] 에서 논의되었습니다. 1.3 비트 위치 탐색 기술 비트 위치 지정에는 3D 공간 좌표 (경도, 위도, 고도) 및 방향이 포함됩니다. 1980 년대 말, 3 축 자력계와 3 방향 가속도계를 바탕으로 시추 항법을 실현하였다. 자력계와 가속도계는 관성 측정 단위의 주요 하드웨어이다. 이들은 하단 드릴 어셈블리 (BHA) 에 설치됩니다. 측정하는 동안 BHA 는 정지 상태에 있습니다. 자력계와 가속도계는 각각 지구의 세 직각 방향의 자기장 구성요소와 중력 가속도 컴포넌트를 측정합니다. 지 자기장 구성요소는 수학적 계산을 통해 방위각을 얻습니다. 중력 가속도 구성요소는 기울기 각도를 계산하고 BHA 의 위치를 설정하는 데 사용됩니다. 그러나 자력계는 지하 자기장, 시추 시스템 재료 등 외야원의 방해를 받는다 [8]. 유타대학의 발리와 쇼트힐이 1976 년 처음으로 광섬유 팽이의 개념을 제시한 이후 광섬유 팽이가 크게 발전했다. 현재 광섬유 팽이는 주로 간섭형이며, 통합 광학 팽이는 커플러, 편향기, 변조기 등의 주요 광학 요소를 1 칩에 통합하고 칩에 광섬유 코일, 광원 및 탐지기를 적절하게 연결하여 실용적인 통합 광학 팽이를 형성합니다. 광섬유 팽이의 발전 방향에서 볼 때, 통합 광섬유 팽이는 가장 유망한 광섬유 팽이의 형태이다. 모든 광섬유 팽이는 1 편광 광섬유에서 모든 주요 광학 부품을 가공하여 구성요소 연결로 인한 오류를 방지합니다. 현재 전 광섬유 팽이 기술은 성숙하고 성능이 가장 뛰어나 현 단계에서 실용적인 상용 광섬유 팽이를 개발하는 데 적합하다. 폐쇄 루프 광섬유 팽이는 환경, 특히 진동에 민감하지 않기 때문에 고정밀 광섬유 팽이를 개발하는 데 이상적인 형태입니다. 금세기 초에 광섬유 팽이 [9] 가 자력계 대신 사용되었다. 광섬유 팽이는 부피가 작고, 회전 부품이 없고, 전력 소비량이 낮고, 안정성이 높으며, 온도 동적 특성과 진동에 민감하지 않아 자기장의 영향을 받지 않는다. 따라서 IMU 는 더 이상 마그네틱 슬리브 보호가 필요하지 않고, 부피가 작으며, 품질과 비용을 절감하고 정확도를 높입니다. 광섬유 팽이는 자력계를 대체하는 가장 이상적인 방법으로 여겨진다. 안개 기반 IMU 는 안개 크기의 영향으로 단일 안개 [9], 이중 안개 [10], 3 안개 [1 1] 의 발전 과정을 거쳤다. 최근 3 방향 광섬유 팽이는 상업적으로 응용되어 비용이 낮고 설치가 쉬우며 소형화되는 추세다. 광섬유 팽이와 가속도계가 관성 항법 시스템의 새로운 하드웨어를 구성할 것으로 예상된다. 스마트 드릴링에는 드릴링 방향 및 기울기 측정 (DIWD) 도 포함됩니다. DIWD 는 드릴링 프로세스 및 드릴링 궤적 정보를 제공하며, 이는 추진 방향 및 수평 드릴링을 결정하는 데 매우 중요합니다. 제어 시스템에서 DIWD 피드백 정보는 설정된 경로를 따르거나 드릴링의 생성 궤적을 결정하도록 드릴링 프로세스를 조정할 수 있습니다. 연구에 따르면 자기 센서 기반 DTH 측정에서는 IMU 를 보호하기 위해 특수 비자성 전선관이 필요하며 전선관 길이는 드릴링의 정밀도, 위치 및 기울기에 따라 달라집니다. 북위 지역에서는 자기 센서에서 드릴까지의 거리 ≥ 27 m [12] 가 필요합니다. FOG IMU 에서 IMU 는 단일 안개에서 3 방향 안개로, 안개에서 드릴까지의 거리는 7 ~ 8 m 로 단축되고, 드릴 파이프 지름은 165. 1mm, IMU 선내에 3 방향 안개와 3 방향 가속도계 설치, IMU 전후 단일 안개 IMU 의 출력 오차는 경사각이 45 보다 큰 우물에서 0. 1 보다 작고, 경사각이 20 인 우물에서는 0.3 보다 작고, 북방에 접근할 때는 방위각이 3 보다 작다. 속도가 0 인 업데이트 프로그램 (ZUPT) 을 사용할 경우 방위각 정밀도는 0.5 도 미만일 수 있습니다. 1.4 지층암성 판별은 현재 DPM 이 시추 매개변수 개괄화 시추 에너지 지수를 통해 지층 분류를 하고 있으며, 암성 판별은 주로 지질분석에 의존하고 있다. 스마트 드릴링의 또 다른 주요 목적은 시추지층평가 (FEWD) 로, 사용 가능한 기술로는 저항률, 감마선, 중성자, 밀도 센서가 있습니다. 샘플링 정보는 구멍을 뚫을 때 메모리 칩에 직접 저장하거나 정보 전송 시스템을 통해 지면으로 전송할 수 있습니다. 저항률과 감마선 자료는 지층 식별에 사용되며 중성자와 밀도 센서를 결합하여 암석, 구멍 틈새, 오일 또는 수분 채도에 대한 자료를 제공합니다. 펄스 중성자 포획 (PNC) 및 스펙트럼 펄스 중성자 로깅 (SPN) 방법이 적용되었으며 드릴링 PNC 로깅에서 생성된 감마선은 지층 밀도 정보를 제공할 수 있습니다. FEWD 는 기존의 유선 로깅과 마찬가지로 드릴링 지질 데이터를 제공합니다. 1.5 DTH 신호 전송 시추 과정에서 BHA 테스트 시스템의 감지 데이터를 지상 정보 처리 센터로 실시간으로 전송하는 방법은 스마트 드릴링의 또 다른 핵심 기술입니다. 석유 및 가스 분야에서는 시추에서 지하 감지 신호를 전송하는 네 가지 방법, 즉 진흙 펄스, 절연 케이블, 전자파, 음파가 있습니다. 전송 원리에 따라 케이블 신호 전송은 감지 전송과 하드 연결 전송의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 케이블 신호 전송은 1930 년대에 시작되었다. 1939 년 크리터스 등은 먼저 드릴 기둥을 이용하여 바닥과 바닥 사이의 케이블 신호 전송 기술, 즉 케이블을 통해 지면과 바닥 사이의 양방향 폐쇄 루프 드릴링 측정 및 제어 정보 시스템을 구축했습니다.
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