钻柱失效是钻井严重事故之一,钻柱振动作为钻柱失效的主要原因,包括钻柱的纵向、横向及扭转等振动形式,其中钻柱横向振动多发生下部钻具组合上且是最具破坏力和最复杂的振动,研究下部钻具组合的横向振动机理并实现随钻横向振动监测与参数优化对于降低钻井风险、提高机械钻速等具有实际意义。采用理论分析与现场试验相结合的方法,研究了直井中下部钻具组合在指定外激励条件下的状态矢量响应特征:基于线性叠加方法和欧拉伯努利梁理论建立了适用于直井钻进的频率域下、单自由度和有阻尼条件下的下部钻具组合受迫振动质量分布模型,并将二维钻柱模型扩展到三维钻柱模型;同时基于牛顿动力学微分方程与欧拉伯努利梁理论建立了适用于直井钻进的频率域下、单自由度和有阻尼条件下的下部钻具组合受迫振动集中参数模型。在给定外激励条件下,基于所建立的数学模型并利用MATLAB编程获得了下部钻具组合的状态矢量分布规律,通过比较相同外激励条件下不同下部钻具组合的状态矢量响应程度,实现钻前下部钻具组合的对比及优选;通过控制变量法改变钻井参数实现了钻前下部钻具组合中钻柱失效高风险区域识别;基于获得的状态矢量参数(位移、倾角、弯矩、剪切力)形成了横向振动强度评价指数(LSE),并利用井下存储式振动测量短节的现场试验完成了对所建立数学模型的对比与校核,对比结果显示直井中正常钻进时下部钻具组合的横向振动强度是影响钻头破岩机械比能和机械钻速的主要因素,且模型计算结果与测量结果基本相符,验证了模型对直井中下部钻具组合横向振动强度的预测精度;基于提出的下部钻具组合横向振动强度评价指数(LSE)形成了一套横向振动随钻控制与优化流程,并通过现场试验验证了下部钻具组合横向振动强度随钻监测与优化流程的适用性,对钻井现场评价与降低下部钻具组合的横向振动强度具有指导意义。