超深井底部钻具组合动力学防斜特性研究

席传明; 王灿坤; 蒋振新; 余成秀; 罗江; 曾德智

doi:10.12473/CPM.202505090

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超深井底部钻具组合动力学防斜特性研究

钻井技术与装备 | 更新时间：2026-10-15

- 超深井底部钻具组合动力学防斜特性研究
- Deviation-Control Characteristics of Bottomhole Assemblies in Ultra-Deep Wells
- 石油机械 2026年54卷第9期页码：38-46
- 作者机构：
  
  1.中国石油新疆油田分公司采油工艺研究院
  2.中国石油新疆油田分公司油田工程技术部
  3.西南石油大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室
  4.中石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院
- 作者简介：
  
  席传明，高级工程师，生于1990年，2016年毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，现从事水平井、超深井钻完井技术研究工作。地址：（834000）新疆克拉玛依市。email：xichuanming2017@petrochina.com.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目“腐蚀与脉动冲击载荷共同作用下超高强度钻具疲劳损伤行为与控制机制研究”(51374177)
- DOI：10.12473/CPM.202505090
  中图分类号： TE921
- 收稿：2025-05-29，
  
  修回：2026-03-25，
  
  录用：2025-10-14，
  
  纸质出版：2026-09-25
- 稿件说明：
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席传明，王灿坤，蒋振新，等.超深井底部钻具组合动力学防斜特性研究［J］.石油机械，2026，54（9）：38-46.

Xi Chuanming，Wang Cankun，Jiang Zhenxin，et al.Deviation-control characteristics of bottomhole assemblies in ultra-deep wells［J］.China Petroleum Machinery，2026，54（9）：38-46.
席传明，王灿坤，蒋振新，等.超深井底部钻具组合动力学防斜特性研究［J］.石油机械，2026，54（9）：38-46. DOI： 10.12473/CPM.202505090.

Xi Chuanming，Wang Cankun，Jiang Zhenxin，et al.Deviation-control characteristics of bottomhole assemblies in ultra-deep wells［J］.China Petroleum Machinery，2026，54（9）：38-46. DOI： 10.12473/CPM.202505090.

摘要

防斜打快是实现安全高效钻井的关键技术之一。为进一步发挥螺杆钻具的高转速提速优势并增强其防斜作用，应用有限元仿真软件，建立了单弯单稳螺杆钻具组合和预弯曲动力学钻具组合的刚柔耦合模型，开展了不同井斜角和井眼扩径条件下钻铤形心运动轨迹、钻头动态冲击载荷及上稳定器碰撞力的动力学特征分析；以钻头动态冲击载荷和稳定器碰撞力作为优选评价指标，明确2种钻具组合的防斜能力。研究结果表明：井斜角由1°增至5°时，单弯单稳螺杆钻具组合的平均钻头动态冲击载荷增加约0.59 kN，预弯曲动力学钻具组合指向下井壁的钻头动态冲击载荷和上稳定器碰撞力均增大；井眼扩径系数由1.02增至1.20后，前者仍具较强防斜能力，后者稳定涡动形成时间延后约3.7 s，防斜能力减弱。现场应用结果表明，相较于单钟摆和直螺杆钻具，采用单弯单稳螺杆钻具组合可将井斜角从7.89°降至6.71°，平均机械钻速提高113.8%。研究结果可为超深井防斜钻具组合设计提供理论支持，对于提升超深井直井钻井效率具有重要参考价值。

Abstract

Deviation control and fast drilling is a key technology for safe and efficient drilling. It is necessary to further leverage the advantage of positive displacement motor （PDM） in accelerating drilling via its high rotational speed and enhance its performance in deviation control. In this study， using finite element simulation software， rigid-flexible coupling models of the single-bend single-stabilizer PDM bottomhole assembly （BHA） and the pre-bent dynamic BHA were established to analyze the dynamic characteristics of the drill-collar centroid trajectory， bit dynamic impact load， and upper stabilizer collision force under different borehole inclination angles and borehole enlargement conditions. The bit dynamic impact load and stabilizer collision force were adopted as evaluation indices to determine the deviation control capabilities of the two BHAs. The results show that， as the borehole inclination angle increases from 1° to 5°， the single-bend single-stabilizer PDM BHA demonstrates an increase of the average bit dynamic impact load by approximately 0.59 kN， while the pre-bent dynamic BHA exhibits increase in both the bit dynamic impact load directed toward the low sidewall of the borehole and the upper stabilizer collision force. When the borehole enlargement coefficient increases from 1.02 to 1.20， the single-bend single-stabilizer PDM BHA retains a strong deviation control capability， while the pre-bent dynamic BHA shows a delay in the formation of stable whirl by approximately 3.7 s， resulting in weakened deviation control capability. Field application indicates that， compared with single-pendulum and straight PDM BHAs， the single-bend single-stabilizer PDM BHA reduces the borehole inclination angle from 7.89° to 6.71° and increases the average rate of penetration （ROP） by 113.8%. The research results provide theoretical support for the design of deviation-control BHAs for ultra-deep wells and offer an important reference for improving vertical drilling efficiency in ultra-deep wells.

关键词

Keywords

references

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