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    基于可钻性知识图谱的深部在钻地层可钻性智能推断

    甘超 刘勇 汪拓 曹卫华 张毅

    甘超, 刘勇, 汪拓, 曹卫华, 张毅, 2026. 基于可钻性知识图谱的深部在钻地层可钻性智能推断. 地球科学, 51(8): 3065-3075. doi: 10.3799/dqkx.2026.144
    引用本文: 甘超, 刘勇, 汪拓, 曹卫华, 张毅, 2026. 基于可钻性知识图谱的深部在钻地层可钻性智能推断. 地球科学, 51(8): 3065-3075. doi: 10.3799/dqkx.2026.144
    Gan Chao, Liu Yong, Wang Tuo, Cao Weihua, Zhang Yi, 2026. An Intelligent Inferring Method of Deep Formation Drillability Based on Drillability Knowledge Graph. Earth Science, 51(8): 3065-3075. doi: 10.3799/dqkx.2026.144
    Citation: Gan Chao, Liu Yong, Wang Tuo, Cao Weihua, Zhang Yi, 2026. An Intelligent Inferring Method of Deep Formation Drillability Based on Drillability Knowledge Graph. Earth Science, 51(8): 3065-3075. doi: 10.3799/dqkx.2026.144

    基于可钻性知识图谱的深部在钻地层可钻性智能推断

    doi: 10.3799/dqkx.2026.144
    基金项目: 

    地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项 2024ZD1000800

    地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项 2024ZD1000806

    国家自然科学基金重点项目 62333019

    详细信息
      作者简介:

      甘超(1990-),男,副教授,博士,主要从事复杂地质钻进过程建模与优化控制的研究工作. ORCID:0000-0002-4460-2279. E-mail:ganchao@cug.edu.cn

      通讯作者:

      曹卫华, ORCID: 0000-0002-9677-9586. E-mail: weihuacao@cug.edu.cn

      张毅,ORCID: 0009-0004-1472-9115. E-mail: shidazhangyang@163.com

    • 中图分类号: TD41

    An Intelligent Inferring Method of Deep Formation Drillability Based on Drillability Knowledge Graph

    • 摘要: 地层可钻性作为衡量钻进过程中地层被钻难易程度的关键指标,是合理选择钻进方法和优化钻进操作参数的重要依据. 针对深部地质钻进过程中可钻性信息获取成本高昂、许多岩石没有对应的地层可钻性范围标准等问题,提出一种基于可钻性知识图谱的深部在钻地层可钻性智能推断方法. 该方法首先构建包含岩石关键特征的可钻性知识图谱,设计基于岩石相似性度量的可钻性推理算法,将地矿行业标准中的67种地层可钻性级别推广至已知的292种岩石. 其次,通过钻孔地层岩性动态分析与可钻性智能推断,实时分析地层岩性分布,推断在钻地层可钻性级别. 最后,通过微钻实验和压入硬度实验验证所提方法的有效性. 该方法为深部地质钻进过程智能控制奠定了重要基础.

       

    • 图  1  基于可钻性知识图谱的在钻地层可钻性智能推断框架

      Fig.  1.  An intelligent framework of drillability inferring method of in-drilling formation based on drillability knowledge graph

      图  2  地层可钻性知识图谱构建

      Fig.  2.  Construction of rock drillability knowledge graph

      图  3  已知岩石的可钻性级别分布图

      图中可钻性级别为其地层可钻性范围平均值

      Fig.  3.  A distribution chart of the drillability grades of known rocks

      图  4  基于岩石相似度度量的可钻性推理算法流程图

      Fig.  4.  Flowchart of the drillability inference algorithm based on rock similarity measurement

      图  5  部分地层可钻性知识图谱

      Fig.  5.  Knowledge graph of the drillability of some rocks

      图  6  推算后所有岩石的可钻性级别分布图

      图 3说明

      Fig.  6.  A distribution chart of the drillability grades of all rocks after calculation

      图  7  微钻实验法装置

      Fig.  7.  Micro-drill experimental apparatus

      图  8  压入硬度法装置

      Fig.  8.  Indentation hard-ness testing apparatus

      图  9  岩石样本图

      a.白云岩dolomite;b. 中粒砂岩medium sandstone;c. 花岗岩moorstone;d. 石英岩quartzite;e.大理岩marble;f. 泥质页岩muddy shale;g. 石灰岩limestone;h. 角砾岩breccia;i. 千枚岩phyllite;j.片岩schist;k.麻粒岩granulite;l.霞石正长岩nepheline syenite;m.辉长岩gabbro;n. 火山角砾岩volcanic breccia

      Fig.  9.  Rock sample image

      表  1  DZ/T 0227-2010地质岩心钻探规程中给出的地层可钻性分级表(自然资源部, 2010

      Table  1.   DZ/T 0227-2010 The rock drillability classification table provided in the geological core drilling regulations(Ministry of Natural Resources, 2010)

      地层可钻性级别 代表岩石举例 钻进时效(m/h)
      1~4 粉砂质泥岩、碳质页岩、粉砂岩、中粒砂岩、透闪岩、煌斑岩 /
      5 硅化粉砂岩、碳质硅页岩、滑石透闪岩、橄榄大理岩、白色大理岩、石英闪长玢岩、黑色片岩、透辉石大理岩、大理岩 2.90~3.60
      6 角闪斜长片麻岩、白云斜长片麻岩、石英白云石大理岩、黑云母大理岩、白云岩、蚀变角闪闪长岩、角闪变粒岩、角闪岩、黑云母石英片岩、角岩、透辉石榴石矽卡岩、黑云白云母大理岩 2.30~3.10
      7 白云斜长片麻岩、石英白云石大理岩、透辉石化闪长玢岩、混合岩化浅粒岩、黑云角闪斜长岩、透辉石岩、白云母大理岩、蚀变石英闪长玢岩、黑云角石英片岩 1.90~2.60
      8 花岗岩、矽卡岩化闪长玢岩、石榴石矽卡岩、石英闪长斑岩、黑云母斜长角闪岩、伟晶岩、黑云母花岗岩、斜长角闪岩、石英角闪岩、混合片麻岩、凝灰岩、闪长岩、混合岩化浅粒岩 1.50~2.10
      9 混合岩化浅粒岩、花岗岩、斜长角闪岩、混合闪长岩、斜长闪长岩、钾长伟晶岩、橄榄岩、混合岩、闪长玢岩、石英闪长玢岩、似斑状花岗岩、斑状花岗闪长岩 1.10~1.70
      10 硅化大理岩、矽卡岩、混合斜长片麻岩、钠长斑岩、钾长伟晶岩、斜长角闪岩、安山质熔岩、混合岩化角闪岩、斜长岩、花岗岩、石英岩、硅质凝灰砂砾岩、英安质角砾熔岩 0.80~1.20
      11 凝灰岩、熔凝灰岩、石英岩、英安岩 0.50~0.95
      12 石英岩、硅质岩、熔凝灰岩 < 0.60
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      表  2  地层可钻性知识抽取结果

      Table  2.   The extracted knowledge regarding the drillability of rocks

      岩石类型 岩浆岩 沉积岩 变质岩
      总数 103 104 85
      其中已知可钻性的岩石数量 18 11 38
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      表  3  9种常见岩石的可钻性智能推断结果与实验标定结果对比

      Table  3.   A comparison between the inferred results and experimental calibration outcomes for the drillability of nine common rock types

      岩石类别 实验标定的可钻性级别 可钻性级别推断值 参考岩石
      A 白云岩 6.82 6.00 白云岩
      中粒砂岩 3.87 [1.00, 4.00] 中粒砂岩
      花岗岩 8.22 [8.00, 10.00] 花岗岩
      石英岩 12.00 [10.00, 12.00] 石英岩
      大理岩 5.81 5.00 大理岩
      B 泥质页岩 3.00 [3.00, 4.50] 碳质页岩、碳质硅页岩
      石灰岩 5.17 6.00 白云岩
      角砾岩 6.00 [6.50, 8.00] 粉砂岩、硅质岩
      千枚岩 6.50 [6.80, 7.30] 大理岩、石英岩、黑色片岩、黑云角石英片岩、黑云母石英片岩、角闪斜长片麻岩、白云斜长片麻岩、斜长角闪岩、角闪岩、混合岩
      片岩 7.00 6.00 黑云角石英片岩、黑云母石英片岩、黑色片岩
      麻粒岩 7.00 [6.83, 7.67] 角闪斜长片麻岩、白云斜长片麻岩、斜长角闪岩、角闪岩、石英岩、大理岩
      霞石正长岩 8.00 [7.40, 8.10] 闪长岩、斜长闪长岩、闪长玢岩、石英闪长玢岩、石英闪长斑岩、蚀变角闪闪长岩、钠长斑岩、安山质熔岩、煌斑岩、伟晶岩
      辉长岩 9.00 10.00 斜长岩
      火山角砾岩 10.00 [8.00, 11.00 ] 凝灰岩
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    出版历程
    • 收稿日期:  2026-01-21
    • 刊出日期:  2026-08-25

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