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石油机械

—60—CHINAPETROLEUMMACHINERY2025年第53卷第6期

◀钻井技术与装备▶

基于ABAQUS显示动力学的柔性钻具

水平钻进动力学特性分析*

刘鑫黄中伟武晓光李根生史怀忠王佳睿王铭颢

（中国石油大学（北京）油气资源与工程全国重点实验室）

刘鑫，黄中伟，武晓光，等.基于ABAQUS显示动力学的柔性钻具水平钻进动力学特性分析［J］.石油机械，

2025，53（6）：60-68.

LiuXin，HuangZhongwei，WuXiaoguang，etal.Dynamiccharacteristicsofhorizontaldrillingwithflexibledrill

stringbasedonABAQUSexplicitdynamics［J］.ChinaPetroleumMachinery，2025，53（6）：60-68.

摘要：在柔性钻具超短半径径向水平井钻进过程中，井眼轨迹的垂直偏移影响靶点钻遇率。

为了揭示柔性钻具水平钻进动力学特性，减少轨迹垂直偏移，基于ABAQUS显式动力学建立了柔

性钻具水平段的钻进模型并展开计算。研究重点包括柔性钻具管柱运动、钻头姿态、岩石破碎特

性、轨迹偏移特性、地层适应性以及轨迹和井径扩大量对钻压的敏感性。研究结果表明：柔性钻

具钻进过程呈螺旋形运动姿态，在绕井眼轴线旋转的同时也绕自身轴线旋转；钻头以近似圆锥形

扫描姿态破岩，破碎岩石过程具有不对称性。通过现场试验验证了模型准确性，柔性钻具轨迹偏

移主要产生在重力方向上，解释了现场试验中垂直轨迹偏移的原因；软、中和硬岩石对应轨迹偏

移率分别为4.44%、3.71%和3.52%，在软岩中轨迹偏移率更显著，大钻压条件下轨迹偏移率更

高；钻压增大会减小钻头侧向切削及井径扩大量，优选适用于水平钻进的钻压为（30±5）kN。所

得结果可为柔性钻具的运动研究提供一种可行方案。

关键词：水平井；柔性钻具；轨迹偏移；超短半径；显式动力学；数值模拟

中图分类号：TE243文献标识码：ADOI：10.12473/CPM.202406038

DynamicCharacteristicsofHorizontalDrillingwithFlexible

DrillStringBasedonABAQUSExplicitDynamics

LiuXinHuangZhongweiWuXiaoguangLiGenshengShiHuaizhongWangJiaruiWangMinghao

（StateKeyLaboratoryofPetroleumResourcesandEngineering，ChinaUniversityofPetroleum-Beijing）

Abstract：Duringthedrillingofultrashort-radiusradialhorizontalwellwithflexibledrillstring，thevertical

shiftofwellboretrajectoryaffectstheencounteringrateoftargetpoints.Torevealthedynamiccharacteristicsofhori‐

zontaldrillingwithflexibledrillstringandreducetheverticalshiftofwellboretrajectory，ahorizontaldrillingmodel

offlexibledrillstringwasbuilt