(19)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 202210934145.3 (22)申请日 2022.08.04 (71)申请人 中国地质调查局长 沙自然资源综合 调查中心 地址 410600 湖南省长 沙市宁乡市城郊街 道学府路258号 (72)发明人 潘德元　贺前平　蔡隽　王杰　 方国庆　李毅　刘文辉　周成建　 吕敬尊　张昭　崔海龙　汪勇　 (74)专利代理 机构 长沙智勤知识产权代理事务 所(普通合伙) 43254 专利代理师 曾芳琴 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01)E21B 7/28(2006.01) E21B 17/10(2006.01) E21B 25/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于连续梁绳索取心防 斜钻具力学模 型的计算方法， 本方法首先基于材 料力学和定向井下部钻具组合设计标准中切点 的辅助方程， 得到切点跨距计算方程； 基于跨距 计算方程得到切点跨距关系图， 然后基于目标孔 斜和目标钻压， 根据关系图得到对应的切点跨 距， 并标记为目标跨距； 最后于绳索取心钻杆上 安装多个稳定器， 且相邻的稳定器 之间的距离不 超过目标跨距， 这样设置， 多个稳定器能够大大 提升对于绳索取心钻 杆的稳定作用， 减少钻进 过 程中的位移， 从而预防钻孔弯曲； 且因稳定器之 间的距离不超 过目标跨距， 能够 避免绳索取心钻 杆重新形成触点而导致的防斜效果降低， 即提升 钻进防斜效果。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 115270345 A 2022.11.01 CN 115270345 A 1.一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法， 其特征在于， 应用于绳索 取心钻具系统； 所述钻具系统包括扶正器、 绳索取心钻杆、 上扩孔器与钻杆导正器， 且上扩 孔器与钻杆导 正器统称为稳定器； 所述方法， 包括： 基于材料力学和定向井下部钻具组合设计标准中切点的辅助方程， 得到切点跨距计算 方程； 所述切点跨距计算方程通过二分法迭代逼近精确值， 以得到不同孔斜和钻压作用下的 切点跨距关系图， 其中， 根据纵横弯曲梁理论的假设条件， 依据绳索取心钻头、 下扩孔器与 钻孔孔径之间的参数关系， 将绳索取心钻具 的假设条件进行优化， 岩心钻头与下扩孔器视 为钻头整体， 不考虑二者的跨连接； 根据绳索取心管柱结构 中的上扩孔器与钻杆导正器与 钻孔孔壁间间隙为零的特点， 稳定器作为支点不会产生径向位移， 增加了稳定器在纵横连 续梁理论中相应的边界条件； 获取预设孔斜和预设钻压， 其中， 管柱结构中的稳定器外径大于钻头外径， 下扩孔器的 作用为修整孔壁， 保持取心钻具的稳定性， 防止钻头磨损导致孔径逐渐减小， 确保钻孔直径 符合要求； 稳定器与钻孔孔壁之间全接触无间隙， 以保证不会产生径向位移导致稳定器产 生转角； 基于预设孔 斜和预设钻压， 根据所述关系图得到对应的切点 跨距， 并标记为目标跨距； 于所述绳索取心钻杆上安装多个稳定器， 且相邻的稳定器之间的距离不超过所述目标 跨距。 2.根据权利要求1所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法， 其 特征在于， 所述切点 跨距计算方程 为： 其中： 式中： l1为切点跨距， 单位为m； S1为钻柱自重引起的轴向力， 单位为N； I为钻柱的惯性 矩， 单位为m4； E为钻柱的弹性模量， 单位为N/m2； u为稳定系数； q为钻柱自重引起的横向荷 载， 单位为N/m；△r1为管柱与井壁的半径差， 单位 为m。 3.根据权利要求2所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法， 其 特征在于， 扶正器的上部的主动钻杆在自重作用下与钻孔壁的接触点称为切 点， 所述切 点 跨距为所述切点与扶正器之间的距离 。 4.根据权利要求1所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法， 其 特征在于， 在相同的参数条件下， 当相 邻稳定器间的跨距小于切点跨距时， 将该段管柱简化 视为不产生弯曲变形 的刚体； 根据钻具结构特点和力学模型假设条件， 稳定器安装在相同 参数条件 下光杆钻柱的切点距离， 能够发挥出最大的降斜作用； 当稳定器间的跨距过大时， 管柱与孔 壁将会产生 新的接触点， 降低防斜效果， 导 致该稳定器的防斜作用失效。 5.根据权利要求2所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法， 其 特征在于， 所述系统还包括取心钻头； 所述基于目标孔斜和目标钻压， 根据所述关系图得到 对应的切点 跨距， 并标记为目标跨距， 之后还 包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270345 A 2基于目标跨距和目标钻压计算得到取心钻头的钻头侧向力； 分析所述钻头侧向力以判断所述目标跨距是否合理。 6.根据权利要求5所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法， 其 特征在于， 所述基于目标跨距和目标钻压计算得到取心钻头的钻头侧向力的计算公式为： 式中： Pc为所述钻头侧向力， 单位 为N； l2为所述目标跨距， 单位 为m； S0为钻压， 单位 为N。 7.根据权利要求1所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法， 其 特征在于， 所述定向井下部钻具组合设计标准的标准 号为SY/T5619‑2018。 8.根据权利要求1所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法， 其 特征在于， 所述预设孔 斜为0° ‑90°。 9.根据权利要求1所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法， 其 特征在于， 所述钻具系统还包括钻头、 下扩孔器、 绳索取心钻具、 上扩孔器、 钻杆和主动钻 杆。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270345 A 3