在钻井工作状态下,钻柱与井壁边界发生多向碰撞接触,钻柱内的流体做管道螺旋流动,钻柱外的流体做环空螺旋流动,旋转钻柱与内、外钻井液之间相互作用,构成一个复杂的非线性流固耦合系统。对钻柱进行流固耦合分析时,计算工作量是非常巨大的,难于求解,因此本文开展关于钻柱动力学分析中求解方法的研究。首先,考虑到井筒内钻柱的结构和工作状态,将旋转钻柱沿轴线离散为若干个梁单元,环空流体离散为若干个任意偏心环空流体段,每个流体段又被离散为四面体或六面体网格,建立了井筒内旋转钻柱与钻井液流固耦合动力学分析的三维数值模型,该模型是目前最为符合实际工作状态的模型;其次,将结构动力学方程、流体连续方程和动量方程耦合,建立了井筒内旋转钻柱流固耦合动力学分析方法;再次,由于实际工程中存在的是大面积的随机接触非线性问题,在对井筒内旋转钻柱非线性动力学方程的求解中,采用传统的迭代算法耗时长,计算量惊人,本文则是在原有方法的基础上对方程的未知数进行凝聚即缩减自由度,降低迭代内的求解规模即降低收敛工作量,提高运算效率。经过实例计算验证了改进后求解方法的正确性和可行性;最后,为了解决管道和环空螺旋流体离散单元多、PC机无法计算的问题,提出了流体特性描述数据库,该数据库能够自动记录和提取不同流体段、不同工艺参数下的流体分析结果。同时通过对不同偏心度情况下环空螺旋流体的大量计算,揭示了偏心环空流体流动特性及界面力随转速和偏心度的变化规律,在此基础上构造了流体单元的流场函数,并通过模拟、比对验证了构造函数的正确性,此时可以不通过流体特性描述数据库提取结果,而是直接调用流场函数对流体进行求解,更大限度的提高了耦合运算的计算效率。本文的研究成果可为石油钻采工程及化工机械中流固耦合问题的分析、石油化工设备中接触问题的求解提供计算方法。