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中国大陆科学钻探工程第一井——科钻一井对井斜角、方位角偏移等有严格的技术要求，井斜角越大钻孔施工的难度越大，风险也越大，而钻进过程中所遇到的片麻岩各向异性显著，加上岩层产状陡，岩层造斜性强，易井斜，因此如何在钻进过程中实现井眼轨迹的控制是工程施工的一大难题。 中国大陆科学钻探工程研制开发出一整套用于大直径、硬岩、深井取心钻进的金刚石取心钻进系统(包括钻头、扩孔器、螺杆马达和液动锤等)，该钻进系统在恶劣的钻井条件下经受住了考验。已经得到成功应用的螺杆马达、液动锤、金刚石单动双管取心钻进系统属世界首创，在提高钻进效率和回次进尺长度以及防斜、降斜方面具有显著效果。采用螺杆马达驱动钻进，钻杆柱不回转，可减少功耗、钻具磨损和对井壁的干扰，减少孔内事故的发生；采用液动潜孔锤可大幅度提高钻进效率和回次进尺长度，并有利于减轻井斜；采用单动双管取心钻具可提高岩芯采取率和岩心的完整程度。该系统的研制成功，是取心钻探技术的重大突破。 本文首先建立了科钻一井井下动力取心钻具组合的非线性静力学模型，考虑了下部钻具结构、边界条件和各种外载荷。在下部钻具组合上端假想截面边界条件的处理上，提出了以中和点以下钻具为研究对象，使问题得以适当简化，同时对计算精度的影响较小。该非线性静力学模型综合考虑了下部钻具组合的几何非线性和接触非线性，是一个载荷情况比较复杂、结构变化较大、边界条件不定的双重非线性力学模型，使下部钻具组合静力学分析归结为接触和几何非线性问题，能够较真实地反映科钻一井井下动力取心钻具组合的受力与变形状态。接着运用有限元法对井下动力取心钻具组合进行非线性静力学分析，推导了几何非线性有限元方程，并采用约束与放松迭代法解决下部钻具与井壁的接触摩擦非线性问题。该方法具有较高的计算精度，而且不需要增加特殊的界面单元，也不涉及复杂的接触条件变化，同时也易于软件实现。然后利用有限元分析软件对井下动力取心钻具组合非线性静力学有限元模型进行了分析计算，对计算结果进行了分析。分别讨论了钻压、井斜角和井眼扩大等因素对钻头侧向力的影响关系，并分析了井底实际钻压的影响因素，为实现井底实际钻压的准确控制提供了理论依据。 本文在考虑下部钻具结构、各种外载荷和边界条件的基础上，进一步建立了科钻一井井下动力取心钻具组合非线性瞬态动力学模型。在下部钻具组合上端假想截面处边界条件的处理上，采用与非线性静力学模型同样的方法，使问题得以适当简化。该非线性瞬态动力学模型不仅考虑了下部钻具组合的几何非线性，还考虑了阻尼非线性和下部钻具与井壁