超短半径径向水平井是一种挖潜剩余油的新技术,其曲率半径一般不超过4m,常规钻具无法满足其钻井要求,因此,超短半径水平井的钻井施工需要特殊的钻井工具。近年来,半铰接柔性钻具被广泛应用于超短半径水平井的钻井施工中。在超短半径水平井钻井施工过程中柔性钻具失效时有发生,由于柔性钻杆为半铰接,在钻井过程中,容易产生剧烈振动,其与导向筛管也易发生频繁碰撞,这些因素使得柔性钻具动力学特性十分复杂。研究半铰接柔性钻具的动力学特性,为钻井施工提供理论依据,是保证超短半径水平井钻进成功的关键。本文首先根据半铰接柔性钻具的钻井工艺和受力状态,考虑钻井液附加质量、浮力和压力的作用,建立了半铰接柔性钻杆与导向筛管三维接触非线性动力学模型和数值计算方法,通过算例验证了模型的合理性。以导向筛管和柔性钻杆为研究对象,分别单独考虑钻井液附加质量、浮力和压力,对造斜段柔性钻杆进行动力学分析,得到:钻井液附加质量对柔性钻杆的振动有抑制作用。钻井液浮力对各方向的振动影响较小,对柔性钻杆的运动有稳定作用。钻井液压力使柔性钻杆的各方向振动变得更为剧烈。考虑钻井液流体载荷共同作用,对柔性钻杆进行了动力学分析,得到:柔性钻杆的横向振动和扭转振动较大,纵向振动相对较小,三个方向的振动随井深的增加而增大。柔性钻杆与导向筛管的碰撞力随井深的增加先增大后减小。在钻井液流体载荷同时作用下,开展了转速与柔度对半铰接柔性钻杆动力学特性的影响研究,得出:转速对柔性钻杆的横向振动影响较小,随着转速的增加,横向振动和扭转振动逐渐增大,柔性钻杆与导向筛管的碰撞力增大,柔性钻杆的椭圆轨迹逐渐变得扁平。随着柔度的增大,柔性钻杆的振动和碰撞力急剧增大,柔性钻杆运动轨迹变得更加无序,运动范围增大。本文研究成果为半铰接柔性钻杆的动力学分析提供了数值计算方法,揭示了半铰接柔性钻杆的动力学特性,为柔性钻具的动力学优化设计提供了参考。