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技术·装备 技术应用 Technology & Equipment·Technology Application

数据仿真与物理模拟技

术决定钻井工具的选择

□ 编译 / 杨霞 中石化江钻石油机械有限公司

定 向钻井中，钻头 相互作用的几乎所有类型的岩石 维梁单元，包含从钻头到地面的

和螺杆故障占起
所有部件。该模型考虑了影响钻
进行室内测试。
螺杆钻具仿真。螺杆钻具由
柱动态性能的因素，可预测时域
钻前事故的一半
以上。下面介绍 多个部件组成，马达总成包括定 的瞬态响应。此模型实现了井下
一种技术方法，旨在优化钻头、 子 / 转子组，负责将水利能转化 驱动工具的详细工作机制和几何
螺杆钻具和井底钻具组合的匹 为机械能。转子是运动的部件， 形状，来研究这些工具的动态特

配，以降低失效风险并提高钻井 静止的定子是内部粘结橡胶的金 征和定向性能。在对所有备选的
性能。整个工作流程包括每个复 属管。开发出优化螺杆钻具建模 井底钻具组合进行比较分析的基

50 杂部件的详细建模和算法，在系 的工作流程，用来评估螺杆钻具 础上，模拟结果为特定的应用而
统级别内有效地对其进行组合， 在任何钻井条件下的性能和耐用 开发并检查集成的井底钻具组合
下面将一一介绍。 性。模型包括性能、疲劳和滞后 的解决方案提供了机会。
发热模拟能力。在此工作流程的 组合模拟和数据分析。以适
数据仿真技术 框架内，技术人员使用三种模拟， 当和有效的方式组合钻头、螺杆
结果之间存在相互关联。 钻具、其它井底钻具组合及钻柱
钻头仿真。在四维——三维 的详细模型是一项挑战。机器学
空间及随时间的瞬态行为中对钻 习用于从钻头、螺杆和其它井底
钻柱模拟技术
头模型进行建模。在四维有限元 钻具组合中学习特定的输入和输
建模中，能对 PDC 钻头和反向循 正确的钻柱模拟对成功评估 出模式。完整的三维有限元分析
钻井性能和设备的可靠性至关重
环钻头进行建模。详细的切削结 动态模型将使用机器学习算法以
要。此研究中，钻柱和井底钻具
构模型包括确定切削齿的数量以 确保在系统级别内组合其它部件
组合的分析包括全面的有限元分
及如何在三维切削齿空间内布齿， 的效果前，能模拟每个独立的部
析模型，还包括四维分析中对钻 件。
必须正确模拟钻头切削齿和岩石
的相互作用来模拟真实的工况。 井过程进行适当的瞬态分析。此 典型输出。此系统级建模提
此相互作用的特点是对与切削齿 有限元模型使用六个自由度的三 供了新功能，特别是它能通过评