随着深井和超深井的不断勘探开发,钻井过程中广泛存在粘滑振动现象,不仅造成机械钻速降低、钻井成本增大,而且加速了钻具的老化和失效,严重威胁钻井安全。因此研究深井钻柱粘滑振动特性对提高深层油气资源钻采效率,降低石油钻井成本等方面具有重要意义。本文以钻柱系统为研究对象,针对钻柱系统存在的粘滑振动现象,首先建立了钻柱系统的单自由度粘滑振动模型,运用MTLAB/Simulink编程对其粘滑振动特性进行研究,并分析了主要控制参数对粘滑振动的影响。进一步建立了钻柱系统轴向-扭转耦合振动模型,钻头与岩层的相互作用模型中同时考虑了摩擦和切削联合作用,推导了钻柱系统轴向-扭转耦合振动的无量纲控制方程。分析了钻柱系统轴向-扭转耦合振动的稳定性,分析了不同影响参数下系统稳定性区域。最后运用MTLAB/Simulink编程对钻柱系统轴向-扭转耦合振动模型的系统响应进行求解,详细分析了无量纲钻头几何特征参数、角速度、钻压、钻柱系统粘性阻尼比、钻头刀翼数对粘滑振动的影响。得到以下结论:(1)由于钻头与地层间摩擦作用的Stribeck效应,钻柱系统在速度极低和钻压过大的情况下会发生粘滑振动。(2)在轴向-扭转耦合模型中,由于切削作用带来的时滞反馈,使在摩擦系数为常数时,钻头会出现粘滑振动现象。(3)当钻头几何特征参数大于1时,钻柱系统不会发生粘滑振动,当钻头几何特征参数小于1时,钻柱系统在满足一定条件下将会发生粘滑振动。(4)对于确定的钻柱结构和系统参数,存在发生粘滑振动的临界值,增大转盘转速、减小钻压、增大阻尼比到临界值时,钻头粘滑振动消失,同时增加刀翼数也会使粘滑振动得到抑制。(5)当钻柱系统粘性阻尼比变大时,钻柱系统发生粘滑振动角速度的临界值将变小、钻压的临界值将变大。当钻头刀翼数增加时,钻柱系统发生粘滑振动角速度临界值将变小、钻压的临界值将变大。