石油是国家不可或缺的战略资源。目前我国浅层油气资源减少,对深层和深海油气资源进行勘探和开发已成为一种必然的趋势。但随着井深的增加,井筒的完整性问题日益突出。套管磨损是影响井筒完整性的关键因素之一。对套管磨损进行研究,对了解套管柱工况和提高井筒完整性具有重要的意义。钻柱与套管连续性接触和碰摩会造成套管磨损。对连续性接触磨损的研究已有很多,但关于后者的研究较少。现场资料表明,钻柱涡动时对套管产生的碰摩是套管磨损的一个不可忽视的原因,会造成套管不均匀、随机性磨损。针对该问题,本文在研究钻柱动力学特性的基础上分析钻柱对套管的碰摩特征,并通过可视化方法研究碰摩及其诱导套管磨损特征。主要研究工作如下:首先阐述了研究目的和意义,总结了国内外相关研究现状,探讨了使用有限元方法模拟钻柱对套管碰摩特征的可行性。其次,考虑钻柱变形引起的几何非线性、钻柱与井筒内壁的接触非线性、钻头与地层相互作用及钻井液性能等因素,建立了钻柱动力学三维有限元模型,并提出了求解方法。在此基础上开发了钻柱动力学仿真程序并进行了准确性验证。第三,利用所开发的程序模拟了钻柱的横向运动特征及对套管的碰摩作用,分析了地面转速、钻压、钻井液密度等关键参数对钻柱横向运动特征的影响规律。第四,建立了三维可视化方法来直观表征钻柱对套管的碰摩特征。同时提出了碰摩诱导的套管磨损评价方法。在此基础上,利用可视化方法分析了碰摩作用下套管磨损特征及关键参数对套管磨损的影响规律。最后,结合油田工程实例,研究了实际井筒中钻柱对套管的碰摩及其诱导套管磨损特征,分析了井眼曲率对磨损的影响。