随着我国油气井和科学钻探井深度不断增加,复杂的井底环境对钻杆的性能提出了更高的要求。铝合金钻杆因其比强度高、密度低和耐酸腐蚀性好等优点,被认为是深井、超深井钻探的优先选项,并在诸多深井、超深井工程中进行了成功的应用。但铝合金钻杆也存在热稳定性差、不耐磨以及和钢接头连接不可靠等缺点,这对钻柱的安全造成了挑战。为了在实际使用中最大程度的弱化这些缺点,需要对深井、超深井工况下铝合金钻杆柱的运动状态及铝合金钻杆柱薄弱部分的极限承载能力开展深入研究,从而选择出合理的钻井参数避免铝合金钻杆柱承载超过极限值和发生不必要的磨损。因此,本文在考虑了温度因素的基础上,对铝合金钻杆柱的涡动特性和极限承载能力进行研究。（1）建立钻柱涡动壳单元有限元数值模型,同已有的实验数据进行对比,从位移曲线、运动轨迹、运动状态三个方面验证了模型的准确性。并实现了钻柱运动的可视化。研究了转速、钻压、摩擦系数和钻柱与井壁间隙对钻柱涡动状态的影响。分析了不同工况对速度、加速度、接触力和摩擦力的影响。最后从最小耗散功率理论的角度对模型进行再次验证,完成了模拟-实验-理论之间的相互验证。研究表明:转速对钻柱反涡的形成有促进作用,从低转速到高转速,钻柱将会经历正涡-混乱-反涡的转变过程。当运动状态处于正涡时,速度、加速度会随着转速增幅成比例增大,接触力和摩擦力也会有相应的增幅。当处于反涡状态时,钻柱的公转频率将不再等于自转频率,其大小将受钻柱半径和井筒半径的影响。速度、加速度、接触力和摩擦力都大幅增加。钻压对钻柱的运动状态、速度、加速度、接触力和摩擦力等影响都较小。摩擦系数的增加也会使钻柱更容易发生反涡。反涡形成后,速度、加速度、接触力和摩擦力都有大幅增加。但反涡形成后,继续增大摩擦系数对接触力和加速度的影响将十分微弱。钻柱与井壁间隙的增加将会使钻柱经历正涡-混乱-反涡-无接触正涡的运动状态转变。由间隙增加造成的反涡,速度、加速度、摩擦力、接触力增幅较小。（2）建立了全井铝合金钻杆柱涡动的梁壳组合单元模型,并将温度梯度的影响考虑其中。以松科二井的钻柱结构为例,对松科二井的涡动特性进行分析,验证了松科二井钻井参数和钻井方式的合理性。同时研究了铝合金钻杆位置、温度、转速对钻柱涡动的影响。分析结果表明:与铝合金钻杆位置远离钻头时相比,当其位置靠近钻头时,会一定程度上加重钻柱的横向振动和涡动。铝合金钻杆处于底部时,温度对涡动的影响有限,其影响程度主要取决于所处环境温度使铝合金弹性模量下降的程度。转速对涡动影响较大,钻柱不同部位会出现不同的运动状态。（3）基于matlab软件编写了铝合金钻杆钢接头连接的参数化三维六面体网格建模程序。结合Johnson-Cook本构模型和断裂准则建立了铝合金钻杆钢接头连接的弹塑性有限元模型,通过小尺寸实验验证了模型的准确性。随后对147×13mm的7075铝合金钻杆钢接头连接进行极限抗拉、极限抗扭分析。对不同过盈量下的拉扭复合极限承载能力、极限防松性能和失效模式进行分析。研究了不同涡动状态下螺纹的应力应变情况,并根据涡动计算提取的拉力和扭矩曲线,对螺纹的应力应变进行分析,结果表明:建立的模型与试验有着较好的一致性。过盈量对抗拉强度影响较小,抗扭强度会随着过盈量的增加而增加,但增强效果会随着过盈量的增加而减弱。对于拉扭复合受力,小过盈量时,小拉力对抗扭强度几乎没有影响,大拉力会使抗扭强度迅速下降。大过盈量时,拉力对抗扭强度的减弱作用一直存在,这种减弱作用会随着拉力增大而加强。涡动会增加螺纹所受到的扭矩,增加螺纹牙底的塑性变形。极限防松性能会随着过盈量的增大而加强,但过盈量超过极限值后,这种加强作用将会消失。（4）研究了高温对2024铝合金钻杆钢接头连接的极限承载能力的影响。进行了材料实验、冷组装实验及高温下的小尺寸拉伸试验,并与数值模拟进行相互验证,保证了实验和数值模型的准确性。考虑了温度影响,对过盈理论进行了补充。在模型准确的基础上,对147×13mm的铝合金钻杆钢接头连接进行高温下的应力、应变、抗拉和抗扭分析。同时研究了高温对拉扭复合载荷下极限承载能力的影响。结果表明:高温会降低铝合金钻杆钢接头连接所能承受的最大过盈量。同时温度上升会使过盈量进一步增加,使高应力区域和高应变区域进一步增大。高温会使抗拉强度和抗扭强度下降,温度越高,影响越明显。高温也会降低拉扭复合载荷下的承载能力,温度越高,极限承载能力下降越迅速,并根据计算结果绘制了不同温度下铝合金钻杆的安全使用参数版图。