随着我国油田开发的不断深入和尾管固井技术的不断发展,对旋转尾管悬挂器等固井工具的性能要求在不断提高。旋转尾管悬挂器轴承作为连接上接头与下层套管的重要零件在该系统中起着重要作用。我国自主研发的旋转尾管悬挂器轴承多为圆锥滚子推力轴承,在实际工作过程中,由于井下的高温、高压、钻井液冲刷等复杂工况,轴承会因出现轴圈断裂和滚动体易磨损、易破碎等现象而过早失效。针对这一现象,本文将实际工况整理并分类为流、固、热三个物理场,从而将实际工况的影响转换为三个物理场耦合的影响,并根据每个物理场的实际情况,以某一自主研发的旋转尾管悬挂器轴承为例,设计了该类轴承系统的有限元耦合方案。通过数值模拟的方式,模拟出本文轴承在井下工作环境中的性能参数。本文主要研究内容如下:(1)基于Hertz接触理论、摩擦学理论和动力学理论对轴承进行了接触分析、摩擦分析和动态载荷分析,推导出适合于本类轴承内部的Hertz接触公式、轴承内部摩擦功公式,并建立了本类轴承的动力学方程组,得到了轴承内部接触和摩擦相关参数、轴承运动构件的受力和扭矩变化规律。(2)基于传热学理论和热网络法,对本类轴承及周围环境系统建立了热网络模型和Simulink计算模型,得到了轴承的稳态温度场和瞬态温度场。(3)通过有限元数值法,建立了轴承及环境系统流固热多场耦合方案。将流固热三场耦合问题根据轴承的实际工况,转换为轴承外部流固耦合传热问题和轴承内部热机耦合问题,通过流固耦合换热界面进行数据传导,最终得到了旋转尾管悬挂器轴承在耦合场下的性能参数。对比了耦合场与结构场下的轴承性能参数,得到耦合场会使轴承的等效应力、结构变形量、接触应力分别增大6.48%、39.78%、13.48%,进而得出“在设计轴承时需考虑耦合场条件”的结论。本文的理论与仿真研究,可为该类轴承进一步的研究提供一定的理论依据和借鉴意义,进而使旋转尾管悬挂器在固井过程中稳定运行,提高固井质量和效率。