石油和天然氣是一種流體燃料，如同煤炭固體燃料一樣，也是現(xiàn)代工業(yè)的主要能源。

　　油、氣層通常埋藏在地下深達(dá)數(shù)千米的部位，必須采用鉆井開采。鑒于鉆出的井眼是貫穿油、氣層和地面的唯一通道，井眼形式的設(shè)計和井眼軌跡的控制就成為鉆井工程的關(guān)鍵問題。根據(jù)地形和地質(zhì)構(gòu)造的不同，井眼形式先后出現(xiàn)了直井、定向(叢式)井、水平井和多底(分枝)井等形式，其中定向井應(yīng)用廣泛。定向井的井眼軸線是一條復(fù)雜的任意曲率和撓率的三維空問曲線，這就給鉆具結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制造和運轉(zhuǎn)提出了諸多復(fù)雜的力學(xué)難題。

　　井眼開挖是通過鉆具帶動鉆頭的旋轉(zhuǎn)或滑移向深部推進(jìn)的。鉆具的大部分是由鉆柱(鋼鉆管、截面為厚壁圓環(huán))構(gòu)成的，它是地面設(shè)備與井下鉆頭的唯一連接體。鉆具的功能是：一方面由其內(nèi)孔輸入鉆井液，經(jīng)鉆頭由環(huán)空(鉆柱與井壁的間隙)輸出，完成鉆井液的傳輸工作；另一方面，鉆具作為載體將荷載傳遞到鉆頭，提供鉆頭破巖時所需的鉆壓和扭矩。當(dāng)鉆具運轉(zhuǎn)時，鉆柱一邊繞自身的軸線自轉(zhuǎn)，一邊繞井眼的中心公轉(zhuǎn)，其側(cè)面與井壁產(chǎn)生碰撞接觸。由此可知，鉆柱的變形運動和受力狀態(tài)非常復(fù)雜。

　　為了安全可靠地鉆出高質(zhì)量的井眼，鉆井工程務(wù)必要解決下列與力學(xué)分析有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)問題：

　　 (1)在確保鉆出預(yù)先設(shè)計井眼軌道的諸多環(huán)節(jié)中，鉆具結(jié)構(gòu)的設(shè)計、造斜性能的計算和井下專用工具的研制是關(guān)鍵，這就需要弄清鉆頭和下部鉆具的受力變形狀態(tài)，優(yōu)化鉆具組合，確定鉆井的工藝參數(shù)(如鉆壓、轉(zhuǎn)速等)。解決這些問題的基礎(chǔ)是下部鉆柱(bottomholeassembly，BHA)力學(xué)的分析與應(yīng)用。

　　(2)為了確保鉆頭具有足夠鉆壓和扭矩進(jìn)行破巖鉆井，必須分析、確定整體鉆柱摩擦阻力的分布規(guī)律，優(yōu)化鉆柱的結(jié)構(gòu)和井眼的形態(tài)。此項任務(wù)目前主要通過整體鉆柱的靜力學(xué)分析來完成。

　　(3)為了確保鉆柱的安全可靠性，必須弄清鉆柱的動應(yīng)力分布規(guī)律，進(jìn)而預(yù)測鉆柱的疲勞強(qiáng)度。這就提出了整體鉆柱進(jìn)行動力學(xué)分析以及疲勞強(qiáng)度預(yù)測的力學(xué)研究課題。