在石油勘探和开发中,封隔器注水工艺管柱(以下简称注水管柱)被广泛的应用于试井、注水等井下作业。注水管柱是油井作业、生产的主要承载构件和动力传递构件。在作业或生产过程中,注水管柱在承受内压、外压、轴向力、扭转外力矩、弯曲外力矩、井壁支承反力、粘滞摩阻力和库仑摩擦力等多种载荷的联合作用下有三种可能的平衡状态:稳定状态、正弦(或蛇形)屈曲状态以及螺旋屈曲状态。在高温高压深井和大位移井作业过程中,由于注水管柱内外流体压力、温度以及受力等的改变,注水管柱常处于不同的平衡状态下或在不同的平衡状态之间转换,从而使注水管柱产生较大的轴向变形(有可能导致密封插管脱出密封筒或密封丝扣滑脱而造成脱封、漏封)、较大的弯曲应力(有可能导致注水管柱破裂或永久性螺旋弯曲)以及在注水管柱和井壁之间产生较大的法向支反力和摩擦阻力(有可能导致注水管柱“自锁”),造成严重的井下作业事故,带来巨大的经济损失。而造成这些作业事故的一个重要原因就是由于不了解注水管柱在不同平衡状态下的力学行为,在设计注水管柱或选择施工作业参数时没有考虑作业过程中注水管柱受力、应力和变形状态的变化。所以,注水管柱在各种不同井眼中的稳定性和后屈曲构形、摩阻和载荷传递、应力和变形等力学行为的研究已成为油气田勘探、开发和生产技术进一步发展亟待解决的关键问题之一。本文即是综合考虑了摩擦、内外压、粘滞摩阻、井斜角、井眼弯曲等各种因素对封隔器注水管柱的力学行为的影响,建立了在三维弯曲井眼中注水管柱的力学模型和基本微分方程;建立了不同工况下注水管柱的力学行为模型;引用抽油系统和压裂泵在工作时的水击作用的思想,建立了注水管柱下井作业时与井内液体发生水击作用的管液耦合模型及注水管柱井下工具的截面发生突变时引起的节流压差力学模型。采用计算机进行仿真计算与生产实际相结合的方法开展了注水管柱力学行为研究,为井下注水管柱组合设计和施工作业参数的合理选择提供科学的依据和分析的手段,同时为分析现有的井下工具工作性能,设计新型的井下工具,提供理论依据。本论文的研究工作是由中国石化集团江汉油田分公司采油工艺研究院与西南石油学院合作开发的科研课题“注水工艺管柱及注水工艺软件设计”的主要内容。本论文主要开展了以下几方面的研究工作: 1、收集国内外相关研究成果技术资料,分析注水管柱及注水工艺国内外发展现状及存在的问题,结合江汉采油工艺研究院的实际情况提出了注水管柱力学行为研究的具体研究方案; 2、对现有注水管柱井下工具及注水管柱结构及工作机理进行理论分析; 3、通过对三维弯曲井眼的几何描述以及注水管柱在三维弯曲井眼中的变形几何