CN109145392A - 钻具组合结构优化配置方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钻具组合结构优化配置方法及装置，包括：基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程；通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵；根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个；根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。本发明能够降低钻具组合发生横向振动的风险。
Description
技术领域
本发明涉及勘探技术领域，尤其涉及一种钻具组合结构优化配置方法及装置。
背景技术
钻进过程中，当钻柱在井内以一定转速按顺时针方向绕自身轴线旋转时，在压力、拉力、离心力和扭矩的联合作用下，扶正器、钻杆接头等在小环隙时将不规则地跳离井壁，这种接触方式产生的摩擦力会诱发一定位移振幅的BHA(钻具组合)横向振动，即多支点自激横振。其主要的表现特征是BHA自转的同时也会绕井眼中心线公转，称之为涡动(whirl)；随着横振频率的增加，BHA甚至会按逆时针方向绕井的轴线旋转，发生反转涡动(backwhirl)，如图1a至图1c所示，其中，图1a为模拟钻具组合旋转的示意图，图1b为按顺时针绕井轴线涡动的示意图，图1c为按逆时针绕井轴线涡动的示意图。反转运动产生的高频幅交变应力波沿整个BHA向井口传递且逐渐衰减，因此地表很难察觉，但对BHA的各构成单元会产生致命的破坏。
发明内容
本发明提供一种钻具组合结构优化配置方法及装置，以降低钻具组合发生横向振动的风险。
本发明实施例提供一种钻具组合结构优化配置方法，包括：基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程；通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵；根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个；根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。
本发明实施例还提供一种钻具组合结构优化配置装置，包括：受力平衡方程建立单元，用于：基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程；状态矢量传递矩阵生成单元，用于：通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵；状态矢量生成单元，用于：根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个；钻具组合优化单元，用于：根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例所述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例所述方法的步骤。
本发明实施例的钻具组合结构优化配置方法、钻具组合结构优化配置装置、计算机可读存储介质及计算机设备，通过欧拉伯努利理论建立受力平衡方程，并根据该受力平衡方程得到钻具组合微元体的总状态矢量传递矩阵，通过该总状态矢量传递矩阵可以在钻井前对外激励条件下的不同配置的钻具组合的微元体分布进行受力分析，并模拟计算微元体的横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力，以此能够量化评估不同配置钻具组合发生横向振动的风险，优化钻具组合的配置，从而提高破岩效率及降低钻具疲劳受损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1a为模拟钻具组合旋转的示意图；
图1b为按顺时针绕井轴线涡动的示意图；
图1c为按逆时针绕井轴线涡动的示意图；
图2是本发明一实施例的钻具组合结构优化配置方法的流程示意图；
图3是利用本发明方法得到的不同配置BHA结构的计算分析结果曲线图；
图4是本发明一实施例的钻具组合结构优化配置装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图2是本发明一实施例的钻具组合结构优化配置方法的流程示意图。如图2所示，本实施例的钻具组合结构优化配置方法，可包括：
步骤S110：基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程。
该钻具组合微元体可以是钻具组合上的任一点处的一个微元体，可以以钻头处的微元体作为首个微元体。该至少一种状态条件可以包括静态状态和动态状态中至少一个。不同状态条件下的受力平衡方程可不同。各种状态条件下的受力平衡方程可包含钻具组合的参数，例如，钻具组合杆件的杨氏弹性模量、钻具组合的惯性矩、钻具组合杆体受到的轴向应力等。各种状态条件下的受力平衡方程可以包含钻具组合微元体的重量。各种状态条件下的受力平衡方程可以包含钻具组合微元体相对于井轴线的位移变量和钻具组合微元体相对于钻头的位移变量。静态状态条件下的受力平衡方程可以包含表示钻具组合微元体相对于井轴线的倾角。动态状态条件下的受力平衡方程可以包含外激励频率。
步骤S120：通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵。
通过求解所述在静态状态条件下的受力平衡方程可以得到所述钻具组合微元体在静态状态条件下的状态矢量传递矩阵；通过求解所述在动态状态条件下的受力平衡方程可以得到所述钻具组合微元体在动态状态条件下的状态矢量传递矩阵。具体实施例中，可以先求受力平衡方程的特征根，然后依据钻头处状态矢量的向量形式、受力平衡方程、以及钻具组合微元体用钻头处状态矢量表示的状态矢量的表达式推出状态矢量传递矩阵。
步骤S130：根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个。
根据钻头处状态矢量和所述在静态状态条件下的状态矢量传递矩阵可以计算得到所述钻具组合微元体在静态状态条件下的状态矢量；根据所述钻头处状态矢量和所述在动态状态条件下的状态矢量传递矩阵可以计算得到所述钻具组合微元体在动态状态条件下的状态矢量。实施例中，通过将每个状态矢量传递矩阵和钻头处状态矢量相乘可以到相应的钻具组合微元体的状态矢量。该钻头处状态矢量可以是由横向位移、偏移角、弯矩、剪切应力及常量构成的五行一列的向量。
步骤S140：根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。
当状态条件包含多个，例如包含静态状态和动态状态时，可将在静态状态条件下的状态矢量和在动态状态条件下的状态矢量进行线性叠加得到所述钻具组合微元体的总状态矢量。可以根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。当钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力时，总状态矢量的元素也包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力，横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力的值越小，可以判断钻具组合结构配置越优化，所以通过调整钻具组合结构，例如扶正器的位置、杨氏模量、扭矩等，使得横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力的值尽可能小，可以实现优化钻具组合结构的配置。
本实施例中，通过欧拉伯努利理论建立受力平衡方程，并根据该受力平衡方程得到钻具组合微元体的总状态矢量传递矩阵，通过该总状态矢量传递矩阵可以在钻井前对外激励条件下的不同配置的钻具组合的微元体分布进行受力分析，并模拟计算微元体的横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力，以此能够量化评估不同配置钻具组合发生横向振动的风险，优化钻具组合的配置，从而提高破岩效率及降低钻具疲劳受损。
一些实施例中，所述至少一种状态条件可包括：静态状态和动态状态。通过考虑动态状态条件有助于得到外激励条件下的状态矢量传递矩阵。通过同时考虑静态状态和动态状态两种能够更符合钻具组合在使用过程中的实际情况。
一些实施例中，上述步骤S140，即，根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，可包括：根据静态状态条件下的所述状态矢量和动态状态条件下的所述状态矢量进行线性叠加得到所述钻具组合微元体的总状态矢量。线性叠加时，静态状态的状态矢量和动态状态的状态矢量的系数可以根据需要设置。
一些实施例中，进行线性叠加的公式可为：
μ(x,t)＝μs(x)+μd(x)sin(ωt)，
其中，μ(x,t)表示总状态矢量，x表示钻具组合微元体位置和t表示时间，μs(x)表示静态状态条件下的状态矢量，μd(x)表示动态状态条件下的状态矢量，ω表示外激励频率。
一些实施例中，静态状态条件下的状态矢量传递矩阵TS可为：
其中，L表示钻具组合微元体的长度，λ1表示静态状态条件下的受力平衡方程的特征根，P表示钻具组合所受拉力，W表示钻具组合微元体的重量，表示钻具组合微元体与井眼轴线的夹角，E表示钻具组合杆件的杨氏弹性模量，I表示钻具组合的惯性矩。
一些实施例中，动态状态条件下的状态矢量传递矩阵Td可为：
其中，λ2和κ表示动态状态条件下的受力平衡方程的特征根，特征根λ2满足ωn表示阶数为n的外激励频率，n可取1，g表示重力加速度，特征根κ满足
一些实施例中，静态状态条件下的受力平衡方程可为：
其中，E表示钻具组合杆件的杨氏弹性模量，I表示钻具组合的惯性矩，y表示钻具组合微元体相对于井轴线的位移，x表示钻具组合微元体相对于钻头的位移，p表示钻具组合杆体受到的轴向应力，W表示钻具组合微元体的重量，表示钻具组合微元体与井眼轴线的夹角。
一些实施例中，动态状态条件下的受力平衡方程可为：
其中，ω表示外激励频率，g表示重力加速度。
为了在钻前钻井设计过程中对BHA结构进行配置优选，配置优选过程主要包括数据录入、BHA状态矢量分析计算及图形化展示三个方面。一个实施例中，钻具组合结构优化配置方法可包括以下三个关键步骤：
步骤一，建立BHA横向振动运动方程。
通过线性分解，BHA发生横向振动时其状态矢量可分解为静态矢量和动态矢量。根据线性叠加原理，状态矢量μ由静态矢量μs与动态矢量μd组成，分别表示BHA静止与钻进两种运动状态。当BHA受到以频率为ω的外激励受迫振动时，BHA各点处的状态矢量μ可表示为任意位置x和任意时间t时的函数：
μ(x,t)＝μs(x)+μd(x)sin(ωt) (1)
其中，ω表示外激励频率。
微元体状态矢量可表示为：
步骤二，建立静止状态下BHA微元体状态矢量传递矩阵，计算BHA的静态矢量μs(x)。
静止状态下BHA微元体的表达式可为：
其中，μ0为钻头处状态矢量(可表示为公式(2)的形式，可为已知量)，为静止状态下第i个BHA微元体的状态矢量，Ts为静止状态下BHA微元体状态矢量的传递矩阵。
静止状态条件下，BHA微元体的受力平衡方程可为：
其中，上式中W为微元体重量，单位为N；E表示杆件的杨氏弹性模量，单位为Pa；I为惯性矩，单位为m4；p为杆体受到轴向应力，单位为N；y表示钻具组合微元体相对于井轴线的位移，x表示钻具组合微元体相对于钻头的位移，表示钻具组合微元体与井眼轴线的夹角。
根据公式(4)求解得到方程特征根：
y＝eβx，化简得：
根据方程特征根，公式(4)通解为：
y＝ax2+bx+c+deβx+f-βx (5)
其中，a、b、c、d、f、β为参数。
根据公式(4)得到钻具微元体位移、倾角、弯矩以及剪切应力方程：
联立方程(2)、(5)和(6)化简得静态时BHA微元体传递矩阵TS：
其中，P为拉力，单位为N；L为微元体长度；
步骤三，建立动态状态下BHA微元体状态矢量传递矩阵，计算BHA的动态矢量μd(x)。
动态状态下BHA微元体的状态矢量的表达式可为：
其中，μ0为钻头处状态矢量，为动态状态下BHA微元体的状态矢量，Td为动态状态下BHA微元体状态矢量的传递矩阵。
动态状态条件下，BHA微元体的受力平衡方程可为：
其中，y表示钻具组合微元体相对于井轴线的位移，x表示钻具组合微元体相对于钻头的位移，ω表示外激励频率，g表示重力加速度。
求解得公式(8)，四阶齐次微分方程的四个特征根，分别为其中k和λ2满足：
其中，ωn为阶数为1的外激励频率。
根据公式(8)，求解得到通解：
y＝acosh(kx)+bsinh(kx)+ccos(λ2x)+dsin(λ2x) (10)
其中，a、b、c、d为参数，k和λ2为公式(8)的特征根。
根据公式(8)得到钻具微元体位移、倾角、弯矩以及剪切应力方程：
联立方程(2)，(10)和(11)化简得动态时BHA微元体传递矩阵为：
其中，k和λ2为公式(8)的特征根，满足上述公式(9)。
本实施例的方法，将牛顿运动方程与欧拉伯努利方程融合，构建了外激励条件下的BHA受力分析分布质量模型。通过状态矢量传递矩阵，钻前能够对不同钻具组合配置进行模拟计算，对比分析钻具组合各微元体状态矢量，优选调整扶正器的位置，降低钻具组合发生横向振动的风险，对提高破岩效率及降低钻具疲劳受损具有重要指导意义。
本实施例的BHA配置优化方法能够在钻前对设计的BHA组合进行合理性评价，通过计算分析不同配置BHA微元体的横向位移、偏移角、剪切力及弯矩，并进行参数对比评价BHA配置的优劣，调整结构，能够优化BHA配置，提高破岩效率。该方法能够用于在钻井设计过程中对BHA结构优化，降低发生井下横向有害振动的风险，保障井下安全。
图3是利用本发明方法得到的不同配置BHA结构的计算分析结果曲线图，如图3所示，设计配置不同的钻具组合A、钻具组合B及钻具组合C，测试该三组钻具组合的位移曲线、倾角曲线、弯矩曲线及剪切力曲线，对比测试结果可知，钻具组合A的位移曲线、倾角曲线、弯矩曲线及剪切力曲线波动最小，所以钻具组合A的配置最佳。
本发明实施例提供的钻井设计过程中用于BHA结构配置优化的方法。基于频率域下的、有阻尼单自由度钻具横向振动预测模型，利用钻具组合数据、井眼轨迹数据、泥浆性能数据、地质数据及随钻过程中的动态工程参数，通过传递矩阵法描述BHA微元体的状态矢量，包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切力四个参数，为技术人员提供不同BHA结构配置的优劣。
基于与图2所示的钻具组合结构优化配置方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种钻具组合结构优化配置装置，如下面实施例所述。由于该钻具组合结构优化配置装置解决问题的原理与钻具组合结构优化配置方法相似，因此该钻具组合结构优化配置装置的实施可以参见钻具组合结构优化配置方法的实施，重复之处不再赘述。
图4是本发明一实施例的钻具组合结构优化配置装置的结构示意图。如图4所示，本实施例的钻具组合结构优化配置装置，可包括：受力平衡方程建立单元210、状态矢量传递矩阵生成单元220、状态矢量生成单元230及钻具组合优化单元240，上述各单元顺序连接。
受力平衡方程建立单元210，用于：基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程；
状态矢量传递矩阵生成单元220，用于：通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵；
状态矢量生成单元230，用于：根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个；
钻具组合优化单元240，用于：根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。
一些实施例中，所述至少一种状态条件包括：静态状态和动态状态。
一些实施例中，钻具组合结构优化配置装置主要包括数据录入模块、BHA状态矢量分析计算模块及图形化展示模块。BHA配置优化装置，钻前能够对不同配置的BHA结构进行受力分析及优化，为钻井设计中BHA优化提供了可视化工具。融合欧拉伯努利方程及牛顿运动方程，BHA微元体质量与弯曲形变融合在一个状态矢量传递矩阵函数中，利用传递矩阵计算出整个BHA各微元体状态矢量，进而评估不同BHA配置的优劣。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述各实施例所述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述各实施例所述方法的步骤。
综上所述，本发明实施例的钻具组合结构优化配置方法、钻具组合结构优化配置装置、计算机可读存储介质及计算机设备，通过欧拉伯努利理论建立受力平衡方程，并根据该受力平衡方程得到钻具组合微元体的总状态矢量传递矩阵，通过该总状态矢量传递矩阵可以在钻井前对外激励条件下的不同配置的钻具组合的微元体分布进行受力分析，并模拟计算微元体的横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力，以此能够量化评估不同配置钻具组合发生横向振动的风险，优化钻具组合的配置，从而提高破岩效率及降低钻具疲劳受损。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钻具组合结构优化配置方法，其特征在于，包括：
基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程；
通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵；
根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个；
根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。
2.如权利要求1所述的钻具组合结构优化配置方法，其特征在于，所述至少一种状态条件包括：静态状态和动态状态。
3.如权利要求2所述的钻具组合结构优化配置方法，其特征在于，根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，包括：
根据静态状态条件下的所述状态矢量和动态状态条件下的所述状态矢量进行线性叠加得到所述钻具组合微元体的总状态矢量。
4.如权利要求3所述的钻具组合结构优化配置方法，其特征在于，进行线性叠加的公式为：
μ(x,t)＝μs(x)+μd(x)sin(ωt)，
其中，μ(x,t)表示总状态矢量，x表示钻具组合微元体位置和t表示时间，μs(x)表示静态状态条件下的状态矢量，μd(x)表示动态状态条件下的状态矢量，ω表示外激励频率。
5.如权利要求2所述的钻具组合结构优化配置方法，其特征在于，
静态状态条件下的状态矢量传递矩阵TS为：
其中，L表示钻具组合微元体的长度，λ1表示静态状态条件下的受力平衡方程的特征根，P表示钻具组合所受拉力，W表示钻具组合微元体的重量，表示钻具组合微元体与井眼轴线的夹角，E表示钻具组合杆件的杨氏弹性模量，I表示钻具组合的惯性矩；
动态状态条件下的状态矢量传递矩阵Td为：
其中，λ2和κ表示动态状态条件下的受力平衡方程的特征根，特征根λ2满足ωn表示外激励频率，g表示重力加速度，特征根κ满足
6.如权利要求2所述的钻具组合结构优化配置方法，其特征在于，
静态状态条件下的受力平衡方程为：
其中，E表示钻具组合杆件的杨氏弹性模量，I表示钻具组合的惯性矩，y表示钻具组合微元体相对于井轴线的位移，x表示钻具组合微元体相对于钻头的位移，p表示钻具组合杆体受到的轴向应力，W表示钻具组合微元体的重量，表示钻具组合微元体与井眼轴线的夹角；
动态状态条件下的受力平衡方程为：
其中，ω表示外激励频率，g表示重力加速度。
7.一种钻具组合结构优化配置装置，其特征在于，包括：
受力平衡方程建立单元，用于：基于欧拉伯努利理论，建立钻具组合微元体在至少一种状态条件下的受力平衡方程；
状态矢量传递矩阵生成单元，用于：通过求解各所述受力平衡方程，得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量传递矩阵；
状态矢量生成单元，用于：根据钻头处状态矢量和各所述状态矢量传递矩阵，计算得到所述钻具组合微元体在相应状态条件下的状态矢量；所述钻头处状态矢量的元素包括横向位移、偏移角、弯矩及剪切应力中的一个或多个；
钻具组合优化单元，用于：根据所有所述状态条件下的所述状态矢量计算得到所述钻具组合微元体的总状态矢量，并根据所述总状态矢量的元素优化配置所述钻具组合微元体所属钻具组合的结构。
8.如权利要求7所述的钻具组合结构优化配置装置，其特征在于，所述至少一种状态条件包括：静态状态和动态状态。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至6所述方法的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6所述方法的步骤。
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