狄勤丰， 芮子翔， 周 星， 冯大军， 王文昌， 陈 锋

（1. 上海大学力学与工程科学学院，上海 200444；2. 上海大学机电工程与自动化学院，上海 200444）

不同于滑动式导向工具，旋转导向工具可以灵活调整钻头侧向力的大小和方向，大幅提高井眼轨迹的控制精度，显著提高钻井效率[1-2]。Schlumberger公司的PowerDrive系统、Baker Hughes公司的AutoTrack系统和Sperry Sun公司的GeoPilot系统是最具代表性的旋转导向工具[3-5]，按功能可依次称为动态推靠式、静态推靠式（也叫连续矢量导向式）和指向式旋转导向系统。旋转导向系统已朝着混合模式发展，如PowerDrive Xceed系统已具备动态指向功能。我国自20世纪90年代初期开始进行旋转导向系统攻关研究，目前已形成了可以实际应用的旋转导向系统，如中海石油研发的Wellhead系统、航天深拓的AutoServo系统等，但主要是工具的研发，对带旋转导向工具底部钻具组合（BHA）静力学和动力学特性的关注甚少[6-8]。为了充分发挥旋转导向工具的导向能力，防止钻具失效，需要对BHA的动力学特性进行研究，为钻井参数和结构参数的优化提供依据[9-13]。

研究表明，在外力作用下，钻柱可能发生较为严重的轴向、横向和扭转振动，继而诱导产生粘滑、涡动等复杂形式的振动。横向振动沿钻柱向上传播的过程中急剧衰减，因此横向振动在BHA段最严重。T. M. Burgess等人[14]采用静力学方法求解BHA的上切点位置，对切点以下钻具的横向振动特性进行了有限元分析；M. W. Dykstra[15]采用有限元法对全井钻柱进行静力学分析，利用Newmark方法对全井钻柱进行瞬态动力学分析，发现BHA是横向振动的主要部分。……