摘要：钻头在钻进过程中所受到的力，主要为钻柱自重对钻头产生的钻压，以及地层对钻头的作用力。在钻进过程中，由于井身轨迹、岩石性质及走向的变化，表现出的力学行为是一个不稳定的状态。为了控制井身轨迹，尤其是钻定向井及水平井，确定钻头的工作状态意义十分重大。因此，本文以钻头受到的作用力为切入点，对钻头的工作状态进行分析评价。
【分类号】TE921.1
一、模型的基本假设条件
1、钻头、钻铤和稳定器（及井下工具）组成的下部钻具组合是弹性小变形体系；
2、钻头底面中心位于井眼中心线上；
3、钻压为常量，沿井眼轴线方向；
4、井壁为刚性体，井眼尺寸不随时间变化；
5、稳定器与井壁的接触点为点接触；
6、上切点以上的钻柱一般因自重而躺在下井壁；
7、不考虑转动和振动的影响。
二、 地层造斜力计算模型
钻井过程中，钻压作用线可能作用在与剖面成任意夹角的铅垂平面内，形成一个假象的以铅垂线为轴的倒立圆锥，即“钻压圆锥”，如图4所示。其中锥角为井斜角 ，母线长为钻压 值。钻压所在的铅垂平面与地层剖面（地层上倾方向所在的铅垂面）存在方位差 （井身方位与地层上倾方位之差），因而 产生的地层力不仅影响井斜角 ，也影响方位角 。
地层综合切削异性指数H可以利用在钻盘钻进中，钻具在斜井中处于稳斜状态（即平衡状态）时，钻具的变井斜力 和地层造斜力 平衡这一条件求得（平衡状态指钻进100 m以上，井斜角恒定不变或井斜角起伏变化在0.5度范围内）。平衡状态方程如下：
地层综合切削异性指数H = 轴向切削指数K0-横向切削指数 +地层各向异性指数H。
其中H包含了岩石各项异性、钻头类型和结构状况、钻头和地层相对位置、地层倾角和井斜角等因素。
由几何关系有 ，当 很小时： ，则：
由上式可知：（1）地层力与钻压成正比，系数为地层力系数Df ，即有： ；（2）当井斜角 小于地层倾角 时，地层力为正值，地层具有造斜性质；当井斜角 大于地层倾角 时，地层力为负值，地层具有降斜性质。
三、结论
通过本文所建立的分析模型，可以得出以下结论：
（1）随着钻遇地层越来越复杂，底部钻具的受力状态也越来越难以确定，采用合适的方法对底部钻具的受力情况开展研究具有重要意义。
（2）采用“钻压圆锥”模型对底部钻具进行评价，可直接从钻头处受到的作用力来评价底部钻具是否合适。
参考文献
[1] 李田军.PDC钻头破碎岩石的力学分析与机理研究.中国地质大学攻读期成果，2012年9月
[2] 管志川，史玉才，夏焱，马广军.底部钻具组合运动状态及钻进趋势评价方法研究[J].石油钻探技术，2005，33（5）：24～27
[3] 管志川，夏焱，王国胜，杨悦.底部钻具组合的参数设计及优化方法[J].石油钻采工艺，2006，28（4）：10～13
[4] 顾纯巍，杜威，王巍，闵锐，孟文波.井下钻具受交变应力影响分析[J].天然气工业，2007，29（6）：110～112
[5] 夏焱，管志川.随钻扩眼钻井钻进趋势影响因[J].中国石油大学学报（自然科学版），2008，32（6）：31～34
[6] PAYNEML，COCKNGDA.Critical technologies for success in Extended Reach Drilling[R].SPE 28 293，25～28
摘要：钻头在钻进过程中所受到的力，主要为钻柱自重对钻头产生的钻压，以及地层对钻头的作用力。在钻进过程中，由于井身轨迹、岩石性质及走向的变化，表现出的力学行为是一个不稳定的状态。为了控制井身轨迹，尤其是钻定向井及水平井，确定钻头的工作状态意义十分重大。因此，本文以钻头受到的作用力为切入点，对钻头的工作状态进行分析评价。
【分类号】TE921.1
一、模型的基本假设条件
1、钻头、钻铤和稳定器（及井下工具）组成的下部钻具组合是弹性小变形体系；
2、钻头底面中心位于井眼中心线上；
3、钻压为常量，沿井眼轴线方向；
4、井壁为刚性体，井眼尺寸不随时间变化；
5、稳定器与井壁的接触点为点接触；
6、上切点以上的钻柱一般因自重而躺在下井壁；
7、不考虑转动和振动的影响。
二、 地层造斜力计算模型
钻井过程中，钻压作用线可能作用在与剖面成任意夹角的铅垂平面内，形成一个假象的以铅垂线为轴的倒立圆锥，即“钻压圆锥”，如图4所示。其中锥角为井斜角 ，母线长为钻压 值。钻压所在的铅垂平面与地层剖面（地层上倾方向所在的铅垂面）存在方位差 （井身方位与地层上倾方位之差），因而 产生的地层力不仅影响井斜角 ，也影响方位角 。
地层综合切削异性指数H可以利用在钻盘钻进中，钻具在斜井中处于稳斜状态（即平衡状态）时，钻具的变井斜力 和地层造斜力 平衡这一条件求得（平衡状态指钻进100 m以上，井斜角恒定不变或井斜角起伏变化在0.5度范围内）。平衡状态方程如下：
地层综合切削异性指数H = 轴向切削指数K0-横向切削指数 +地层各向异性指数H。
其中H包含了岩石各项异性、钻头类型和结构状况、钻头和地层相对位置、地层倾角和井斜角等因素。
由几何关系有 ，当 很小时： ，则：
由上式可知：（1）地层力与钻压成正比，系数为地层力系数Df ，即有： ；（2）当井斜角 小于地层倾角 时，地层力为正值，地层具有造斜性质；当井斜角 大于地层倾角 时，地层力为负值，地层具有降斜性质。
三、结论
通过本文所建立的分析模型，可以得出以下结论：
（1）随着钻遇地层越来越复杂，底部钻具的受力状态也越来越难以确定，采用合适的方法对底部钻具的受力情况开展研究具有重要意义。
（2）采用“钻压圆锥”模型对底部钻具进行评价，可直接从钻头处受到的作用力来评价底部钻具是否合适。
参考文献
[1] 李田军.PDC钻头破碎岩石的力学分析与机理研究.中国地质大学攻读期成果，2012年9月
[2] 管志川，史玉才，夏焱，马广军.底部钻具组合运动状态及钻进趋势评价方法研究[J].石油钻探技术，2005，33（5）：24～27
[3] 管志川，夏焱，王国胜，杨悦.底部钻具组合的参数设计及优化方法[J].石油钻采工艺，2006，28（4）：10～13
[4] 顾纯巍，杜威，王巍，闵锐，孟文波.井下钻具受交变应力影响分析[J].天然气工业，2007，29（6）：110～112
[5] 夏焱，管志川.随钻扩眼钻井钻进趋势影响因[J].中国石油大学学报（自然科学版），2008，32（6）：31～34
[6] PAYNEML，COCKNGDA.Critical technologies for success in Extended Reach Drilling[R].SPE 28 293，25～28