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深部地质钻进过程地层特征参数建模与安全预警研究进展
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作者 杨豫龙 曹卫华 +2 位作者 甘超 黎育朋 吴敏 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期195-206,共12页
【意义】新一轮找矿突破战略行动持续开展,资源勘探向地球深部进军。深部地层的岩石种类多样,岩石力学参数复杂难测,存在高温、高压、高地应力的复杂环境,易发生钻具失效、井壁坍塌、井漏、井涌等井下事故,给地质钻探带来了挑战。【进... 【意义】新一轮找矿突破战略行动持续开展,资源勘探向地球深部进军。深部地层的岩石种类多样,岩石力学参数复杂难测,存在高温、高压、高地应力的复杂环境,易发生钻具失效、井壁坍塌、井漏、井涌等井下事故,给地质钻探带来了挑战。【进展】针对复杂地质环境的感知与建模问题,从地层可钻性、地层压力建模两方面梳理地层特征参数建模的研究现状,依据可钻性和压力两个关键地层特征参数,为地质钻进过程的工艺调整和效率优化提供指导;围绕地质钻进过程安全、高效的需求,从井壁稳定评估、井下故障监测两方面讨论地质钻进过程安全预警的研究进展,通过钻进过程的安全预警技术,帮助司钻人员及时发现并辨别已发生的井下事故,提前辨别并消除潜在的安全隐患。【展望】面对深部地层更加复杂、严苛的地质条件,地层特征参数模型将在地质钻探各个环节发挥更加重要的作用,钻进过程安全预警将成为新一代智能化地质钻进装备的核心技术。在未来,需要构建以地质勘探数据中台为核心的智能地质勘探系统,发挥数据在地质勘探和矿产开发全流程中的关键作用,推动人工智能技术在地质钻进过程优化、地层环境感知与找矿预测领域的落地应用,为地质钻探的安全和高效开展提供保障。 展开更多
关键词 地质钻探 地质钻进过程 环境感知 地层特征参数建模 安全预警 地质勘探数据中台
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基于Abaqus的软硬交错地层钻进过程仿真及动态特性分析 被引量:1
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作者 文国军 张冯豆 +3 位作者 贺鑫 刘浩杰 王玉丹 赵权 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期10-19,共10页
随着钻探技术向深部地层发展,研究钻进过程中钻头与深部复杂地层的动态特性及参数响应规律成为研究中的重难点。采用数值模拟和响应面分析相结合的方法,研究了聚晶金刚石复合片(PDC)钻头与典型复合地层在钻进破坏过程中的动力学特性,并... 随着钻探技术向深部地层发展,研究钻进过程中钻头与深部复杂地层的动态特性及参数响应规律成为研究中的重难点。采用数值模拟和响应面分析相结合的方法,研究了聚晶金刚石复合片(PDC)钻头与典型复合地层在钻进破坏过程中的动力学特性,并对其进行了参数分析;以带倾角的软硬交错地层作为典型复杂地层为研究对象,基于Abaqus建立了全真尺寸的PDC钻头与软硬交错地层之间的动态破坏有限元仿真模型,得出了钻头在钻进过程中受到地层反力的动态特性;通过正交试验进行了数值仿真试验,研究了在不同的地层参数及钻进参数下PDC钻头的动力学特性;采用单一因素分析法和响应面分析法对钻进参数及地层参数与钻头受到地层反力之间的关系进行了建模与辨识,得到了多参数下钻头受到的地层反力变化趋势及回归模型。研究结果表明:软硬地层倾角越大,钻头受到的地层反力平均值和冲击峰值亦越大。随着地层软硬程度比的增大,钻头受到的平均反力和峰值反力大幅增长。在一定范围内,增大转速会降低钻头受到的反力冲击。研究成果可以为深部复杂地层钻进时钻头反力的预测提供依据,同时对深部复杂地层钻进轨迹控制起指导作用,对地质深部钻进有重要意义。 展开更多
关键词 软硬交错地层 深部地质钻进 钻进过程仿真 ABAQUS
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旋挖机钻进过程的力学响应特征及地层强度确定 被引量:1
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作者 张立君 刘先珊 +1 位作者 牛万保 郝梓宇 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2023年第5期677-686,共10页
旋挖机的现场钻进参数表明随钻参数如钻进率、钻杆钻速、动力头压力及扭矩等实时改变可定性入岩判别,由此建立切削力与压力的关系,为地层辨识及终孔设计提供依据.以某输电变站场址为研究对象,建立旋挖钻机全钻头的三维数值模型,模拟钻... 旋挖机的现场钻进参数表明随钻参数如钻进率、钻杆钻速、动力头压力及扭矩等实时改变可定性入岩判别,由此建立切削力与压力的关系,为地层辨识及终孔设计提供依据.以某输电变站场址为研究对象,建立旋挖钻机全钻头的三维数值模型,模拟钻进过程中的给进力、扭矩实时变化及地层响应特征.结合地层物性特征与钻机随钻参数的关联性,建立多因素协同控制的地层强度模型,基于三维数值模型获得各工况的给进力及地层强度,与地勘及监测计算的地层强度值吻合,说明三维数值模拟表征地层强度的合理性.最后,基于该三维模型计算不同钻进深度的地层强度并进行持力层辨识,实际与设计的入岩深度一致,表明数值模拟地层强度确定持力层的可行性.其成果可为不同物性地层的旋挖机终孔设计提供理论支持. 展开更多
关键词 旋挖钻机 钻进过程 数值模拟 力学响应 地层强度模型
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地质钻进过程智能控制研究进展与发展前景 被引量:3
4
作者 陆承达 甘超 +3 位作者 陈略峰 陈鑫 曹卫华 吴敏 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期31-43,共13页
复杂多变的地质环境和恶劣的施工条件给地质钻进过程控制提出了巨大挑战,大数据、人工智能等前沿技术的蓬勃发展给钻探行业带来了全新的发展机遇。首先,从钻进过程感知与建模、钻进过程智能优化与钻进过程控制3个方面阐述地质钻进过程... 复杂多变的地质环境和恶劣的施工条件给地质钻进过程控制提出了巨大挑战,大数据、人工智能等前沿技术的蓬勃发展给钻探行业带来了全新的发展机遇。首先,从钻进过程感知与建模、钻进过程智能优化与钻进过程控制3个方面阐述地质钻进过程智能控制的国内外发展现状。在钻进过程感知与建模方面,利用多源钻进过程信息,建立地质环境模型,实现地质环境变化和钻进过程状态的感知,基于钻进信息特征进行故障诊断和预警;在钻进过程智能优化方面,建立钻速预测模型,提出适合地质钻进过程的钻速优化算法,面向多样约束条件和优化指标探索最优钻进轨迹的设计;在钻进过程控制方面,通过建立钻柱、钻进轨迹、钻井液循环模型,设计控制器来调整钻压、转速、泵量等操作参数,保障钻进过程的安全高效。其次,论述了地质钻进过程智能控制系统及其工程应用情况。最后,展望了未来需要攻克的基于工业物联网的信息物理融合与钻进过程智能控制技术,包括多目标和高维约束的优化决策与控制一体化技术以及融合大数据、云边协同技术的网络化智能管控,从而提升地质钻进这类复杂工业系统的感知深度、综合调度和全局优化能力。随着新一轮找矿突破战略行动的开展,需加快推进人工智能、新一代信息技术与地质钻探相关工艺、理论方法和技术的深度融合,突破地质钻进过程智能控制的关键科学问题,研发先进的智能地质装备,为资源勘探和开发提供技术支撑。 展开更多
关键词 地质钻进过程 感知与建模 智能优化 智能控制 研究进展
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潜孔钻机钻进过程动力学模型及特性分析
5
作者 于海成 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期228-232,共5页
针对潜孔钻机在钻进过程中关键部件耦合振动的问题,将潜孔钻机简化为多自由度多弹性系统,基于拉格朗日方程构建潜孔钻机钻进过程动力学模型,分析钻机钻进过程中的位移、振动加速度,并通过动力学分析软件ADAMS对钻进过程进行刚柔耦合动... 针对潜孔钻机在钻进过程中关键部件耦合振动的问题,将潜孔钻机简化为多自由度多弹性系统,基于拉格朗日方程构建潜孔钻机钻进过程动力学模型,分析钻机钻进过程中的位移、振动加速度,并通过动力学分析软件ADAMS对钻进过程进行刚柔耦合动力学求解,利用后处理程序PostProcessor对钻杆在垂直和倾斜条件下的加速度曲线进行傅里叶变换,得到相应的功率谱密度分布情况,分析垂直与倾斜工况下钻杆的动力响应特征。研究表明:受煤岩突变等因素影响,在垂直钻孔时钻杆加速度存在瞬时峰值响应,但不影响整体振动特征;倾斜钻进过程的振动加速度强于垂直钻进过程的振动加速度,钻杆三向的振动加速度最大值依次为4、100、80 m/s^(2)。 展开更多
关键词 潜孔钻机 钻进过程 动力学模型 响应特征 振动
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基于钻进过程指数定量评价岩体完整性原位试验研究 被引量:15
6
作者 曹瑞琅 王玉杰 +3 位作者 赵宇飞 汪小刚 和孙文 彭林军 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期679-687,I0004,共10页
钻孔过程中钻具实时响应特征蕴藏着大量工程地质信息,通过解译钻进数据定量评价岩体完整性,可为快速获取工程岩体的地质特征提供新途径。采用高精度数字液压、扭矩、转速和激光位移传感器监测地质钻机传动部位,搭建了新型地质钻机数字... 钻孔过程中钻具实时响应特征蕴藏着大量工程地质信息,通过解译钻进数据定量评价岩体完整性,可为快速获取工程岩体的地质特征提供新途径。采用高精度数字液压、扭矩、转速和激光位移传感器监测地质钻机传动部位,搭建了新型地质钻机数字钻进监测系统。开展了均质材料和裂隙岩体原位钻进试验,根据实时、连续及同步获取的钻具响应特征参数,建立了钻进压力、钻进扭矩、钻头转速和钻进速度的函数关系。在此基础上,滤除钻机机械参数对钻进速度的影响,提出了用于表达岩体完整性的新指标——钻进过程指数。研究发现,钻进过程指数的数字变化趋势能综合反映岩体的破碎程度,能通过信息化方法和数据运算获取岩体完整性,削减了人工统计RQD和编纂岩芯柱状素描图等繁杂的工序,还降低了人为主观因素的不利影响。 展开更多
关键词 岩体完整性 地质钻机 钻进过程指数 钻进速度 原位试验
原文传递
钻进过程中天然气水合物的分解抑制和诱发分解 被引量:15
7
作者 蒋国盛 宁伏龙 +3 位作者 黎忠文 张凌 向先超 窦斌 《地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2001年第6期86-87,共2页
讨论了在天然气水合物钻进过程中 ,抑制和诱发孔底出露水合物分解的途径、方法和原理 。
关键词 天然气水合物 抑制 诱发 钻进过程 压力控制法 化学稳定法
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金刚石钻头钻进过程中金刚石磨损规律试验研究 被引量:7
8
作者 杨俊德 彭振斌 +1 位作者 陈石林 陈启武 《矿冶工程》 CAS CSCD 北大核心 2003年第4期64-66,70,共4页
通过对人造岩石 (瓷砖 )进行钻进试验 ,并在试验过程中采用连续显微照相和称重的方法 ,对人造金刚石孕镶钻头在钻进过程中金刚石的磨损规律进行试验研究。实验结果表明 ,如能提高金刚石的包镶强度和金刚石本身的强度 ,减少金刚石脱粒和... 通过对人造岩石 (瓷砖 )进行钻进试验 ,并在试验过程中采用连续显微照相和称重的方法 ,对人造金刚石孕镶钻头在钻进过程中金刚石的磨损规律进行试验研究。实验结果表明 ,如能提高金刚石的包镶强度和金刚石本身的强度 ,减少金刚石脱粒和破碎 ,则金刚石钻头钻速和寿命能够大幅度提高。 展开更多
关键词 金刚石钻头 钻进过程 磨损规律 试验研究 瓷砖 连续显微照相 称重
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复合钻头钻进过程的有限元模拟 被引量:7
9
作者 邓嵘 安美 唐东 《西南石油大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期145-152,共8页
设计了一种新型的"2+2"型牙轮-PDC复合钻头(包括CL型和BL型两种结构),并采用显式动力学有限元分析方法对两种结构的钻头钻进凝灰岩和花岗岩的物理过程进行了数值模拟。结果表明,CL型钻头适合于钻进较硬的地层,而BL型钻头适合... 设计了一种新型的"2+2"型牙轮-PDC复合钻头(包括CL型和BL型两种结构),并采用显式动力学有限元分析方法对两种结构的钻头钻进凝灰岩和花岗岩的物理过程进行了数值模拟。结果表明,CL型钻头适合于钻进较硬的地层,而BL型钻头适合于钻进较软的地层;两种钻头钻进硬岩时的牙轮切削齿轴向力均比钻进软岩时的牙轮切削齿轴向力大,在相同岩石中钻进时,CL型钻头比BL型钻头的牙轮切削齿轴向力大;PDC切削齿轴向载荷沿钻头径向的分布形态与刀翼的冠部形状相似,位于锥顶的切削齿轴向载荷最大;钴压在牙轮和刀翼上的分配与钻头的结构类型相关。 展开更多
关键词 复合钻头 钻进过程 LSDYNA 有限元模拟 牙齿载荷
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模拟煤层钻进过程中钻孔稳定性试验研究 被引量:6
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作者 韩颖 张飞燕 刘少飞 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期32-39,共8页
钻孔钻进过程的实验室模拟及失稳现象捕捉,是钻孔失稳破坏机制研究的关键环节。通过构建模拟煤层钻进过程中钻孔失稳监测系统及方法,探讨了轴压、吸附平衡压力、气体种类及煤的变质程度对钻孔稳定性的影响规律,得出不同试验条件下的孔... 钻孔钻进过程的实验室模拟及失稳现象捕捉,是钻孔失稳破坏机制研究的关键环节。通过构建模拟煤层钻进过程中钻孔失稳监测系统及方法,探讨了轴压、吸附平衡压力、气体种类及煤的变质程度对钻孔稳定性的影响规律,得出不同试验条件下的孔周煤体应力变化及孔壁、孔底破坏特征。研究结果表明:随轴压及吸附平衡压力的增大,孔周煤体峰值应力最大值逐渐增大,孔壁变形及孔底破坏趋于严重,甚至发生喷孔;与N2相比,当煤样吸附CO2时,孔周煤体峰值应力最大值较大,孔壁变形及孔底破坏也较为严重;随煤的变质程度的加大,孔周煤体峰值应力最大值及卸压范围呈先增大后减小的趋势,试验所用焦煤应力集中现象及孔壁、孔底破坏程度最为严重。 展开更多
关键词 模拟煤层 钻进过程 钻孔稳定性 监测系统 峰值应力
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钻进过程实时状态监控与事故诊断专家系统——人工智能在钻井工程中的应用之一 被引量:6
11
作者 史玉升 梁书云 《地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 1999年第2期52-55,共4页
提出了钻进过程实时状态监控与事故诊断的人工智能方法—专家系统,给出了实现钻进过程实时状态监控与事故诊断专家系统的总体思想,以及如何建立综合数据库、产生式规则和控制策略的具体方法和步骤。试验证明这种方法切实可行。
关键词 钻进过程 状态监控 事故诊断 专家系统 钻井工程
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PDC钻头钻进过程的动态仿真 被引量:4
12
作者 华剑 程永瑞 陈明 《石油机械》 北大核心 2009年第9期17-20,183,共4页
计算机软件模拟试验可对各种形式的PDC钻头在不同的岩层条件和钻井参数下进行试验。将井架、钻柱和钻头作为一个系统,建立了PDC钻头动力学模型,包括纵向振动、横向振动、扭转振动以及钻头与井壁碰撞模型。通过面向对象的编程方法,在Visu... 计算机软件模拟试验可对各种形式的PDC钻头在不同的岩层条件和钻井参数下进行试验。将井架、钻柱和钻头作为一个系统,建立了PDC钻头动力学模型,包括纵向振动、横向振动、扭转振动以及钻头与井壁碰撞模型。通过面向对象的编程方法,在Visual C6.0的环境下将模型实现为计算机软件。实例证明,仿真软件计算结果与PDC钻头实际工况吻合。利用该软件可在不同岩石性质和钻井参数下,对PDC钻头进行仿真,研究各种设计方案在钻进过程中的工作性能,进行分析对比,优选出较好的设计方案。 展开更多
关键词 PDC钻头 钻进过程 动力学模型 面向对象 仿真软件
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钻进过程实时状态监控与诊断系统的设计和研制 被引量:3
13
作者 史玉升 李红杰 谢家熏 《地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 1997年第6期47-51,共5页
论述了一种基于微机的钻进过程实时状态监控与诊断系统的设计思想和研制方法,这种系统可以对钻进过程中的卡钻、烧钻等常见事故进行实时在线监控与诊断。试验表明该系统达到了预期的设计目的,并取得了良好的效果。
关键词 钻进过程 实时 状态监控 事故诊断 微机控制系统
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专家系统和神经网络相结合用于钻进过程安全监控 被引量:1
14
作者 史玉升 张嗣伟 +1 位作者 樊启蕴 李相方 《现代地质》 CAS CSCD 北大核心 1999年第3期367-370,共4页
提出了把专家系统和神经网络混合起来使用的新方法, 这种方法可以克服专家系统和神经网络单独使用时的缺陷。以钻进过程的安全监控为例, 研究了这种方法在确定性和不确定性条件下的使用步骤及效果。
关键词 专家系统 BP系统网络 钻进过程 安全监控 钻探
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钻进过程井上与井下动态参数同步采集系统硬件设计 被引量:1
15
作者 龚元明 补家武 《西部探矿工程》 CAS 1997年第2期55-57,共3页
系统分析了钻进过程井上与井下参数同步采集系统硬件设计方法和设计要点。
关键词 钻探工程 钻进过程 动态参数 采集系统 硬件
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射流泵仪表在钻进过程中的作用 被引量:1
16
作者 卜长根 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 1995年第3期52-54,共3页
本文定性地分析了钻进过程中管道压力损失的变化.根据射流泵的工作持性,给出了射流泵的压力表示值、真空表示值、循环流量和管道压力损失间的关系式,司钻可通过射流泵上仪表显示值大小和变化监视反循环系统,并迅速准确地排除该系统... 本文定性地分析了钻进过程中管道压力损失的变化.根据射流泵的工作持性,给出了射流泵的压力表示值、真空表示值、循环流量和管道压力损失间的关系式,司钻可通过射流泵上仪表显示值大小和变化监视反循环系统,并迅速准确地排除该系统出现的故障. 展开更多
关键词 射流泵 引射流量 压力损失 钻进过程 桩基础
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钻进过程孔内动态参数同步采集系统的研制 被引量:2
17
作者 补家武 龚元明 吴翔 《探矿工程》 1998年第1期29-30,共2页
介绍了钻进过程孔内参数采集系统的组成原理、性能指标与特点、试验情况和应用前景。
关键词 钻进过程 孔内 动态参数 同步采集系统 钻探工程
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钻进过程自动节能与保护微机控制系统 被引量:1
18
作者 史玉升 《探矿工程》 1995年第6期35-36,共2页
钻进过程自动节能与保护微机控制系统中国地质大学(武汉)史玉升1系统的组成及工作原理系统组成:该系统主要由电源、单片机及其外围电路、接口电路、键盘、传感器、双向可控硅、降压起动装置等组成.见图1。工作原理:无论是超载、... 钻进过程自动节能与保护微机控制系统中国地质大学(武汉)史玉升1系统的组成及工作原理系统组成:该系统主要由电源、单片机及其外围电路、接口电路、键盘、传感器、双向可控硅、降压起动装置等组成.见图1。工作原理:无论是超载、卡钻、断相还是轻载,都会使电动机的... 展开更多
关键词 钻机 钻进过程 节能 自动化 微机 控制系统
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钻进过程中的煤田地质管理工作
19
作者 夏逻 《黑龙江科学》 2016年第8期118-119,共2页
地质人员要加强地质管理工作,在钻进过程中应做好煤心提取与管理工作。具体做好岩(煤)心的提取、残留岩心的判断、取心及岩心长度的测定、岩心整理等工作。在见煤前后的地质管理工作中,要下准见煤预告,认真做好煤心采取和煤心处理工作,... 地质人员要加强地质管理工作,在钻进过程中应做好煤心提取与管理工作。具体做好岩(煤)心的提取、残留岩心的判断、取心及岩心长度的测定、岩心整理等工作。在见煤前后的地质管理工作中,要下准见煤预告,认真做好煤心采取和煤心处理工作,填写取煤报告书。在取准第一手地质资料的条件下,提高钻探效率,好中求快。 展开更多
关键词 钻进过程 煤田地质 管理
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基于贝叶斯网络的钻进过程井漏井涌事故预警 被引量:9
20
作者 张正 赖旭芝 +3 位作者 陆承达 陈略峰 曹卫华 吴敏 《探矿工程(岩土钻掘工程)》 2020年第4期114-121,144,共9页
近年来,地质钻探在钻探装备和技术领域取得了长足发展,但在钻进过程事故预警方面的研究仍较欠缺。为保证钻进过程安全高效,降低事故造成的损失,本文提出了一种钻进过程井漏、井涌事故预警方法。首先,通过事故特性分析,选取表征事故特性... 近年来,地质钻探在钻探装备和技术领域取得了长足发展,但在钻进过程事故预警方面的研究仍较欠缺。为保证钻进过程安全高效,降低事故造成的损失,本文提出了一种钻进过程井漏、井涌事故预警方法。首先,通过事故特性分析,选取表征事故特性的钻进参数。其次,考虑事故发生时钻进参数变化的不确定性,基于贝叶斯网络建立井漏、井涌事故预警模型。再者,为从含噪声的实际钻进数据中有效提取钻进参数的变化趋势,综合利用归一化、滑动平均和最小二乘线性拟合方法进行节点状态判断。最后,利用实际钻进数据对井漏、井涌事故预警模型的有效性进行验证,并对不同趋势判断界限和滑动窗口对报警性能的影响进行探讨。实验结果表明,该预警模型可对井漏、井涌事故进行有效预警,并且合适的趋势判断界限和滑动窗口可降低报警延迟,减少误报和漏报现象。 展开更多
关键词 地质钻探 钻进过程 事故预警 贝叶斯网络 井漏 井涌
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