石油钻井过程中，每年都会发生大量钻柱失效事故，造成重大经济损失。国内外对钻柱的失效研究已经很多，但早期研究主要集中在改善钻柱的结构和材质方面。直到上世纪末，国外Baker Hughes、Shell、Sperry—Sun等几家公司才在动力学方面取得了突破性进展，并在工程现场获得了明显的经济效益。国内在这方面的研究相对落后，离工程应用的差距更大。本文以减少钻柱失效事故、提高钻柱的安全可靠性为目标，应用有限元方法，开展了双重非线性钻柱动力学特性研究。 首先，分析了钻柱变形特点及其与井壁的碰撞摩擦问题，并且考虑了稳定器和井壁的间隙对动力学特性的影响，完善了现有钻柱三维动力学模型。 其次，利用有限元结点迭代和整体刚度矩阵相结合的方法，解决了石油钻柱这种超细长比管柱的非线性动力学计算难题。 再次，在完善现有钻柱动力学模型和计算方法的基础上，开发了钻柱动力学特性仿真软件。通过算例结果与已有结果的比较分析，验证了计算方法和软件的正确性和有效性。 最后，运用研发的软件分析了钻压、转速、稳定器对钻柱动力学特性的影响，得到了钻柱变形、应力分布随施工参数(钻压、转速)的变化规律，探讨了稳定器数量和位置对钻柱变形及横向振动的影响。 根据本论文的研究工作，人们可以进一步了解斜直井眼条件下钻柱的涡动、变形以及动态应力状况，并以此为基础，开展设计井眼轨迹或者实际井眼轨迹条件下的钻柱动力学研究分析。此外，本文所建立的钻柱动力学模型和研制的钻柱动力学特性仿真软件，可以用于改善钻柱结构，优化钻压和转盘转速，为现场技术人员提供较大帮助。