石油作为一种不可再生的战略资源,在国民经济中扮演着重要的角色。随着国家经济的迅速发展,对油气需求量日益增加,现有油气供不应求,随之油气的开采逐渐由内陆向海洋、浅层向深层、超深层发展,开采难度逐渐增大。在开采过程,石油工程师注重如何提高油气的采收率,很少关注安全问题。然而在钻采作业中,偶尔发生钻柱、套管柱、油管柱、抽油杆柱断脱或刹车不灵或操作失误,导致管柱沿井筒向下滑落冲击井底。在此工况下,管柱受到瞬时动态的冲击载荷,可能导致管柱发生动态的正弦屈曲、螺旋屈曲,甚至发生塑性变形、断裂,对油气的开采造成重大的经济损失甚至灾难性的后果。管柱的冲击动力问题不仅是钻采作业中的一个典型例题,也是弹性力学中的一个典型例题。通过对撞击井底工况下的管柱动态屈曲研究,不但可以提高钻采作业水平,而且可以促进弹性力学的发展,具有重要的工程价值和学术价值。在钻采作业中,管柱作为重要的入井工具,在石油工程中扮演着重要的角色,而管柱屈曲问题一直是石油工程界的研究热点。首先,调研了国内外学者在管柱屈曲方面的研究现状,设计并搭建实验台,进行实验,模拟了垂直井内管柱在静轴向载荷作用屈曲现象,判断了管柱的屈曲构型。其次对垂直井内管柱在静轴向载荷作用下的屈曲构型的理论方面进行了推导,将其求解与实验结果进行了对比。再次,设计并搭建了模拟管柱撞击井底的实验台,进行了实验。通过实验研究了垂直井内撞击井底工况下管柱动态屈曲的影响参数(管柱长度、直径、不同撞击速度)特性。研究结果表明:当管柱与井底的冲击力较小,管柱不发生屈曲,出现多次撞击—反弹现象,最终静止;当管柱与井底的冲击力较大,管柱会发生屈曲;发生平面屈曲或不与井壁接触的螺旋屈曲;当冲击力增大到一定值时,管柱发生与井壁接触的螺旋屈曲,甚至可能发生塑性变形、断裂。当管柱撞击井底时,距离管柱下端有一定距离处先发生屈曲,然后屈曲向上端发展,同时下端管柱屈曲变形减缓;在管柱反弹过程,管柱贴着井壁,多次撞击—反弹后静止。最后,对垂直井内撞击井底工况下的管柱动态屈曲研究进行了理论推导。