本文以整体钻柱为研究对象,将井眼视为一条可以任意弯曲的三维空间曲线,建立了水平井钻柱纵向振动分析的力学模型。本文采用三维动力有限元理论方法和改进的Ritz向量法及振型迭加法对钻柱进行了动力响应分析和计算。由于本文在分析钻柱的强迫振动时,考虑了钻柱与井壁摩擦阻力对钻柱的振动的影响,所以对钻柱的静力学也进行了分析。本文利用静力间隙元理论方法,对钻柱摩阻力进行非线性力学迭代计算,得出摩擦阻力的大小及其分布规律。本文以钻柱公扣应力作为计算应力,提出了钻柱疲劳极限应力公式,从而为钻柱疲劳强度的定量评估和预测提供了理论依据。同时又在理论和计算的基础上给出了减振的有效措施。用本文建立的模型和公式对某水平井的现场数据进行了分析和验证,结果表明:建立的水平井钻柱纵向振动分析的力学模型和有限元理论分析方法正确有效的,可以应用到工程中去。用改进的Ritz向量法,大大提高了计算速度,减少了计算工作量,为工程推广应用创造了有利条件。提出的水平井钻柱疲劳极限应力计算公式正确,为钻柱疲劳强度的定量评估和预测提供了理论依据。应用本文的模型不仅能对水平井钻前工程设计的钻柱的疲劳强度及安全评定作出评估或预测,而且能对钻后的水平井钻柱疲劳强度及安全评定可作后分析,对分析水平井钻柱断裂事故原因和提出改进措施很有帮助。