水平井钻井技术已成为高效开发油气资源的重要技术手段。卡钻事故是水平井钻井过程中常见的井下风险之一,事故发生概率高、处理工艺复杂,且易引起其它钻井事故和复杂情况,造成严重危害、经济损失巨大。水平井中存在较大摩阻,使水平井卡钻事故处理变得更加复杂,因此,国内外专家学者对水平井卡钻事故处理做了大量研究。为此在“十三五”国家重大专项项目20课题6(编号:2016ZX05020-006)设置了专题“钻井事故复杂处理辅助决策系统”对卡钻事故处理方法涉及的力学问题进行研究。本文作为该专题研究内容的一部分,通过研究,初步形成一套适用于水平井卡钻处理方法的力学理论体系,对水平井卡钻处理方法进行准确的力学计算分析,为现场水平井卡钻事故处理提供可靠的技术指导。水平井水平段钻柱躺在井壁,存在较大摩阻,使得水平井卡钻事故处理方法涉及的力学问题更为复杂,本文针对水平井卡钻事故处理方法涉及的复杂力学问题展开了以下研究:通过对弯曲井段单元体管柱受力分析,建立了水平井摩阻扭矩计算解析模型,在模型中引入了复合管柱浮力系数的计算,使得浮重计算更为准确,同时,根据拉压胡克定律,建立了水平井卡点位置计算方法,该方法考虑了摩阻、管柱材料尺寸、复合管柱浮力系数、钻杆接头及加厚部分等因素的影响,提高了水平井卡点位置预测准确率,该方法简便,且易于现场实施;基于水平井摩阻扭矩计算解析模型,建立了提拉解卡载荷计算、反算井口大钩载荷的方法,对水平井卡钻事故提拉解卡过程中井口载荷、卡点载荷进行求解分析,并有效的评估钻杆抗拉安全性。运用钻柱振动理论、动量守恒定律、能量守恒定律等相关理论对震击解卡过程及解卡效果进行了详细分析,优化了液压震击器释放加速阶段阻尼振动力学模型,优化后该模型更能反应震击器在水平井中的真实工作状态,适用于水平井、大位移井中震击解卡过程震击载荷的求解分析;考虑水平井摩阻扭矩的影响,分别推导出了定点倒扣的最佳上提拉力计算公式与复合管柱在轴向拉力作用下的允许扭转圈数计算公式,同时,分析了倒扣解卡过程中扭矩的传递及分布情况。通过以上的理论方法研究,初步形成了一套适用于水平井卡钻处理方法的力学理论体系,开发了一套水平井卡钻事故处理力学计算分析软件系统,该软件能对卡钻事故处理涉及的力学问题能进行准确、有效的分析计算,为现场施工提供决策依据。通过本文的研究,形成了一套水平井卡钻事故处理力学计算分析软件系统,该软件具有分析计算摩阻扭矩,钻柱伸长量、卡点位置、提拉解卡载荷、震击解卡载荷、定点倒扣最佳上提拉力、允许扭转圈数及定点倒扣扭转圈数传递动态计算的功能。采用该软件对XH井进行评价分析及应用测试,应用结果表明:该系统能对水平井卡钻事故处理方法进行准确的力学计算分析及有效的评价,能满足钻井工程现场的应用要求。