(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 202111482929.9 (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610000 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 付建红　陈一凡　彭炽　白璟　 刘伟　张超越　董广建　李兆丰　 (74)专利代理 机构 成都朗镜专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 51319 代理人 王镜 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 基于机器学习的钻井参数优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于机器学习的钻井参 数优化方法， 包括： 采集钻井所在区域的地层特 征参数， 并对地层特征参数进行预处理； 对预处 理的地层特征参数进行地层特征聚类； 结合聚类 后的地层特征和钻井参数， 并利用BP神经网络或 循环神经网络进行机械钻速预测， 并构建获得钻 井参数优化模型。 通过上述方案， 本发明具有逻 辑简单、 准确可靠等优点， 在钻井技术领域具有 很高的实用价 值和推广价 值。 权利要求书2页 说明书10页 附图11页 CN 114139458 A 2022.03.04 CN 114139458 A 1.基于机器学习的钻井参数优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 采集钻井所在区域的地层特 征参数， 并对地层特 征参数进行 预处理； 对预处理的地层特 征参数进行地层特 征聚类； 结合聚类后的地层特征和钻井参数， 并利用BP神经网络或循环神经网络进行机械钻速 预测， 并构建获得钻井参数优化模型。 2.根据权利要求1所述的基于机器学习的钻井参数优化方法， 其特征在于， 所述地层特 征参数包括地层岩性参数、 泥质含量、 抗压强度、 抗剪强度、 内摩擦角、 内摩 擦力、 岩石硬度、 可钻性极值和岩石研磨性 参数。 3.根据权利要求1所述的基于机器学习的钻井参数优化方法， 其特征在于， 对地层特征 参数进行 预处理， 包括数据清理、 离 散处理、 归一化和数据降维。 4.根据权利要求1所述的基于机器学习的钻井参数优化方法， 其特征在于， 采用K ‑ means算法、 MeanShif算法、 BDSCAN算法、 模糊聚类、 基于高斯混合模型的期望最大化聚类其 中之一对地层特 征参数进行地层特 征聚类。 5.根据权利要求4所述的基于机器学习的钻井参数优化方法， 其特征在于， 还包括对聚 类前后的地层特征进 行地层岩石力学标准差和变异系数对比， 以获得同一类别的地层特征 对应的数据。 6.根据权利要求1或2或3或4所述的基于机器学习的钻井参数优化方法， 其特征在于， 采用BP神经网络进行机 械钻速预测， 其包括以下步骤： 第一步， 对数据进行归一 化处理， 其表达式为： 其中， Xk表示输入样本； 表示输入样本的一个特征； Ck表示归一化后的输入样本； cmk 表示归一 化后的输入样本的一个特 征； k表示输入样本的数量； 给任一输入样本的信号源的权 重ωij， 阈值 μjt随机赋值； 第二步， 求得BP神经网络中隐藏层和输出层任一神经 元的输入和输出， 其表达式为： 其中， 表示隐藏层神经元的输出； 表示输出层神经元的输出； m表示隐藏层神经元 总数； n表示输出层神经 元总数； 第三步， 求得输出层和隐藏层的误差， 其表达式为： 其中， 表示输出层的误差； 表示隐藏层误差； 第四步， 更新权 重和阈值， 其表示 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114139458 A 2其中， r表示误差修正次数； η表示学习率； α 表示动量系数； 第五步， 设k ＝k+1， 重复第二 步至第五步， 直到训练完成全部的k 值， 再执行第六步； 第六步， 添加误差函数值， 其表示 为： 其中， Loss表示误差函数值， Ek表示单次误差值； 第七步， 重复步骤第二 步至第六步， 直至误差函数值小于预设的误差值。 7.根据权利要求1或2或3或4所述的基于机器学习的钻井参数优化方法， 其特征在于， 采用循环神经网络进行机 械钻速预测， 其包括以下步骤： 第一步， 将聚类后的地层特征对应的数据依次输入至循环神经网络的更新门， 其表达 式为： zt＝σ(Wz·[ht‑1,xt]+bf)             (3‑1) 其中， zt表示指更新门； ht‑1表示同层上一个神经元的输出信号； ht表示本次神经元的输 出信号； xt表示本次神经元的输入； Wz表示更新门的权重； σ 表示sigmoid函数； [ ]表示表连 接向量； 第二步， 将经过更新门的数据输入至 重置门， 其表达式为： rt＝σ(Wr·[ht‑1,xt])                 (3‑2) 其中， rt表示重置门； Wr表示重置门的权 重； 第三步， 求得待定的输出值， 其表达式为： 其中， 表示待定 输出值； 表示待定 输出值所占权 重； 表示待定 输出值的补偿值； 第四步， 求得最终的输出值及信号的输出ht， 其表达式为： 其中， 表示待定 输出值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114139458 A 3