1 石油管柱力學問題的發複雜性
1）油氣管柱動力學的非線性
鑽井中鑽柱在重力、鑽壓、扭矩、鑽井液浮力和井壁約束等作用下，產生三維變形。一方面隨井眼軸線的彎曲而彎曲，這一變形被稱為管柱的初位移；另一方面，管柱在運動過程中相對井眼軸線也有變形，這種變形被稱為計算位移。管柱大變形主要表現在初位移部分，計算位移相對很小。大曲率井眼中管柱產生大撓度，但管柱很長且柔軟性較好，變形一般仍保持在彈性範圍內，是小變形，屬於管柱的幾何非線性問題。
旋轉鑽柱位移收到井筒限制，推油杆在上下運動過程中也會發生於套管井壁之間的摩擦，從而產生鑽柱與井壁，運動杆（管）與套管之間的接觸邊界問題。這些接觸的位置、形式未知，並且隨時間變化，屬於管柱的接觸非線性問題。
石油管柱力學問題是乙個包含接觸非線性和幾何非線性的三維二重非線性動力學問題。三維指井眼軸線在三維空間的變化。二重指的是油氣井管柱變形的幾何非線性和接觸非線性。
接觸問題是由邊界條件的非線性性質引起的：一是接觸表面的改變，即自由表面邊界的一部分轉變為接觸邊界；或者反之，由接觸邊界放鬆接觸，而蛻變成為自由邊界；二是接觸面的變形、摩擦和滑移。隨著載荷和位移的改變，接觸表面可能在滑移狀態與粘結狀態之間相互轉變，而滑動時有摩擦力。因此，在接觸過程中，接觸邊界上作用的力和變形是非常複雜的，精確的解析解十分困難。隨著載荷的增加或減小，在接觸面上會出現彈塑性變形，使管柱屈曲變為大變形問題、接觸問題和摩擦問題的耦合，使得求解更加困難。
目前對接觸問題的求解只能次用數值計算的方法，其中非線性有限元法是求解這以問題的最有效的途徑。在接觸過程中，物體的控制方程與一般有限元模型的控制方程是一致的，但在接觸介面上，需要增加動力學和運動學條件，其中的關鍵就是接觸物體之間的不可侵入條件。
接觸面狀態可分為分離、粘結、滑移接觸等多種形式。對於不同型別的接觸，接觸面的位移和力的形式各不相同。
非線性一般有三種：材料非線性、幾何非線性和狀態非線性。材料非線性在管柱力學中還未見報道。管柱的幾何非線性表現為管柱結構發生大位移、打撓度、大轉動，其力學分析是建立在變形之後。目前，針對三維彎曲井眼管柱的幾何與接觸二重非線性力學問題，我了獲得管柱在不同工況下的運動、受力和變形規律，一般都需要進行必要的簡化。
2）油氣井管柱的失穩與屈曲
管柱屈曲涉及管柱的三維屈曲構型、彎扭耦合作用、屈曲微分方程的強非線性、管柱與約束管壁接觸和脫離、屈曲構型的跳躍性變化、摩擦與屈曲程序的耦合及管柱自重、井壁形狀、端部約束條件等因素的組合影響，使問題變得複雜。
油氣井是怎麼打成的
石油和天然氣埋藏在地下幾十公尺到幾千公尺深度不等的有孔隙 裂縫或溶洞的岩石中。人們為了尋找和開採石油 天然氣，從地面向地下的油氣層之間，鑽鑿出乙個通道的過程稱之為石油天然氣鑽井。那麼一口油 氣井是怎麼打成的呢？鑽井前，首先要在地面確定鑽井的位置 即鑽井井位 然後，在井位處打好安裝鑽機的基礎並安裝井架...