用于PDC复合片的冲击力检测装置

本技术属于矿产资源勘探，具体地涉及一种用于pdc复合片的冲击力检测装置。

背景技术：

1、随着深地钻探工程的不断推进（如塔里木盆地等向地下万米级特深井进军的钻探工程），钻井所面临的岩层条件愈发极端，特别是在钻遇埋深大、压实作用极强、硬度高、研磨性强且不含泥质的地层（如纯致密白云岩地层）时，pdc复合片钻头在破岩过程中极易发生高频的粘滑振动与瞬间的剧烈冲击，这种在微秒级别发生的高频微振动会导致pdc复合片出现早期崩损、热裂或非正常磨损，严重制约了深地地层的机械钻速（rop）的提高。

2、目前，评估pdc复合片破岩性能的常规手段是利用立式车床进行切削实验并在刀架下方安装常规的三向测力仪来测量应力数据，但传统宏观测力仪存在严重的物理局限性，其系统的固有频率较低（通常在几千赫兹以内），且应力波在从pdc刀齿传递到测力仪的过程中，会被复杂的机床刀架结构和夹具刚度大幅度进行机械衰减与滤波，这种低频响应特性完全无法捕捉到pdc复合片在脆性破碎致密硬岩时释放的高频微振动和瞬态冲击波。这导致传统方法测得的受力数据是一条被大幅平滑后的平均值曲线，彻底掩盖了真实的破岩冲击峰值，无法准确地为pdc复合片的冲击受力分析、失效机制和寿命评估提供数据支撑。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种用于pdc复合片的冲击力检测装置，该冲击力检测装置能够检测高频应力波信息并计算输出包含高频应力波信息的真实冲击力数据。

2、为了实现上述目的，本技术提供一种用于pdc复合片的冲击力检测装置，冲击力检测装置包括：

3、pdc复合片夹持模块，用于夹持位于岩石样本的上方的pdc复合片；

4、切削力检测模块，与pdc复合片夹持模块连接并用于检测pdc复合片对岩石样本进行冲击切削时产生的切削力；

5、高频声发射信号检测模块，与pdc复合片的轴向一侧的侧壁连接并用于检测pdc复合片对岩石样本进行冲击切削时产生的预设频率的声发射信号，其中，预设频率的范围为100khz-1mhz；

6、处理器，与切削力检测模块、高频声发射信号检测模块通信连接并被配置为：

7、获取切削力和声发射信号；

8、对声发射信号进行降噪处理，以获得降噪声发射信号数据；

9、对降噪声发射信号数据进行特征提取处理，以获得关于降噪声发射信号数据的特征向量；

10、获取冲击力模型；

11、将切削力和特征向量输入到冲击力模型中，以计算出pdc复合片对岩石样本进行冲击切削时产生的冲击力。

12、在本技术的实施例中，特征向量包括降噪声发射信号数据的均值、降噪声发射信号数据的方差、降噪声发射信号数据的均方根、降噪声发射信号数据的峰值、降噪声发射信号数据的偏度、降噪声发射信号数据的峭度、降噪声发射信号数据的波形因子、降噪声发射信号数据的脉冲因子、降噪声发射信号数据的主频、降噪声发射信号数据的重心频率、降噪声发射信号数据的均方频率以及降噪声发射信号数据的特定高频带能量占比。

13、在本技术的实施例中，冲击力模型为：

14、

15、其中，是冲击力；是特征向量；是局部特征提取层；是融合隐藏状态向量输出层；是注意力机制层。

16、在本技术的实施例中，将切削力和特征向量输入到冲击力模型中，以计算出pdc复合片对岩石样本进行冲击切削时产生的冲击力包括：

17、将特征向量输入到冲击力模型的局部特征提取层中，以获得降噪声发射信号数据的局部特征；

18、将切削力、局部特征输入到冲击力模型的融合隐藏状态向量输出层中，以获得各个时间步的融合隐藏状态向量，其中，融合隐藏状态向量由局部特征与切削力融合形成；

19、将各个时间步的融合隐藏状态向量输入到冲击力模型的注意力机制层中，以获得pdc复合片对岩石样本进行冲击切削时各个时间步的冲击力。

20、在本技术的实施例中，通过以下方式构建冲击力模型：

21、获取冲击力模型的初始模型；

22、获取切削力训练样本时间序列和声发射信号训练样本时间序列，其中，切削力训练样本时间序列包括n个时间步的切削力训练样本值集合，声发射信号训练样本时间序列包括n个时间步的声发射信号训练样本值集合；

23、构建冲击力模型的目标损失函数，其中，目标损失函数根据以下公式确定：

24、

25、其中，是目标损失函数的计算值，目标损失函数的计算值为冲击力的均方误差损失值；是样本值数量；是第个样本的平滑预测冲击力；是第个切削力；

26、基于切削力训练样本时间序列、声发射信号训练样本时间序列以及目标损失函数对冲击力模型的初始模型进行训练，并得到冲击力模型的训练模型；

27、在目标损失函数满足预设收敛条件的情况下，使冲击力模型的训练模型停止训练并得到冲击力模型。

28、在本技术的实施例中，高频声发射信号检测模块的采样频率不小于预设频率的最大值的两倍。

29、在本技术的实施例中，pdc复合片包括pdc切削部和设置在pdc切削部一侧的pdc基底部，pdc切削部用于对岩石样本进行冲击切削，pdc基底部远离pdc切削部一侧的轴向侧壁上形成有粘接区域，高频声发射信号检测模块与粘接区域连接，粘接区域的粗糙度范围为0.8μm-1.6μm。

30、在本技术的实施例中，粘接区域的形状为边长不小于8mm的正方形或者直径不小于8mm的圆形。

31、在本技术的实施例中，高频声发射信号检测模块与pdc复合片之间通过耦合剂粘黏，耦合剂具有与预设频率相匹配的声阻抗以传递预设频率的声发射信号。

32、在本技术的实施例中，冲击力检测装置还包括滑轨座和夹持基座，夹持基座活动地设置在滑轨座的上方并用于夹持岩石样本，夹持基座的制作材质为相对阻尼系数位于20×10-4-100×10-4之间的ht300灰铸铁材料。

33、通过上述技术方案可知，该冲击力检测装置包括：pdc复合片夹持模块，用于夹持位于岩石样本的上方的pdc复合片；切削力检测模块，与pdc复合片夹持模块连接并用于检测pdc复合片对岩石样本进行冲击切削时产生的切削力；高频声发射信号检测模块，与pdc复合片的轴向一侧的侧壁连接并用于检测pdc复合片对岩石样本进行冲击切削时产生的预设频率的声发射信号，其中，预设频率的范围为100khz-1mhz；处理器，与切削力检测模块、高频声发射信号检测模块通信连接并被配置为：获取切削力和声发射信号；对声发射信号进行降噪处理，以获得降噪声发射信号数据；对降噪声发射信号数据进行特征提取处理，以获得关于降噪声发射信号数据的特征向量；获取冲击力模型；将切削力和特征向量输入到冲击力模型中，以计算出pdc复合片对岩石样本进行冲击切削时产生的冲击力。该冲击力检测装置的高频声发射信号检测模块与pdc复合片的一侧直接连接，降低了高频应力波的衰减，保证能够采集到真实的高频的声发射信号，并且通过处理器能够得出包含了高频应力波信息的真实冲击力数据，为pdc复合片抗冲击性能评价、钻井参数优化及异常工况预警提供了直接、准确的定量依据。

34、本技术实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。