[发明专利]钻具组合结构优化配置方法及装置

说明书

本发明提供了一种钻具组合结构优化配置方法及装置，包括：基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程；通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵；根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个；根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。本发明能够降低钻具组合发生横向振动的风险。

技术领域

本发明涉及勘探技术领域，尤其涉及一种钻具组合结构优化配置方法及装置。

背景技术

钻进过程中，当钻柱在井内以一定转速按顺时针方向绕自身轴线旋转时，在压力、拉力、离心力和扭矩的联合作用下，扶正器、钻杆接头等在小环隙时将不规则地跳离井壁，这种接触方式产生的摩擦力会诱发一定位移振幅的BHA(钻具组合)横向振动，即多支点自激横振。其主要的表现特征是BHA自转的同时也会绕井眼中心线公转，称之为涡动(whirl)；随着横振频率的增加，BHA甚至会按逆时针方向绕井的轴线旋转，发生反转涡动(backwhirl)，如图1a至图1c所示，其中，图1a为模拟钻具组合旋转的示意图，图1b为按顺时针绕井轴线涡动的示意图，图1c为按逆时针绕井轴线涡动的示意图。反转运动产生的高频幅交变应力波沿整个BHA向井口传递且逐渐衰减，因此地表很难察觉，但对BHA的各构成单元会产生致命的破坏。

发明内容

本发明提供一种钻具组合结构优化配置方法及装置，以降低钻具组合发生横向振动的风险。

本发明实施例提供一种钻具组合结构优化配置方法，包括：基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程；通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵；根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个；根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。

本发明实施例还提供一种钻具组合结构优化配置装置，包括：受力平衡方程建立单元，用于：基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程；状态矢量传递矩阵生成单元，用于：通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵；状态矢量生成单元，用于：根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个；钻具组合优化单元，用于：根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例所述方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例所述方法的步骤。

本发明实施例的钻具组合结构优化配置方法、钻具组合结构优化配置装置、计算机可读存储介质及计算机设备，通过欧拉伯努利理论建立受力平衡方程，并根据该受力平衡方程得到钻具组合微元体的总状态矢量传递矩阵，通过该总状态矢量传递矩阵可以在钻井前对外激励条件下的不同配置的钻具组合的微元体分布进行受力分析，并模拟计算微元体的横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力，以此能够量化评估不同配置钻具组合发生横向振动的风险，优化钻具组合的配置，从而提高破岩效率及降低钻具疲劳受损。

附图说明