大位移水平井钻井过程中,水平段钻柱施加的钻压接近于零,钻压难以控制;钻头与井底接触不均匀,钻头受到变化的振动激励,上部钻具振动幅度较大。使用液力推进式钻井工具,通过钻井工具产生的压差可为钻头提供能量,产生钻压,增加水平段进尺位移;并且液力推进式钻井工具使井底钻具组合与上部钻具形成柔性连接,起到减振的效果。本文主要针对液力推进式钻井工具进行了数字化样机设计与理论分析。应用振动力学理论,建立钻柱系统“弹簧-阻尼”模型,导出钻柱系统振动微分方程,并运用MATLAB编制了相应的计算机程序进行求解,以串级型和多级型液力推进式钻井工具为例进行减振效果评价,从而验证该模型的合理性。本文对液力推进式钻井工具的重要部件(缸体、上接头、下端盖、活塞和活塞杆)进行结构设计,根据所设计的结构尺寸,利用三维建模软件进行数字化样机设计,并应用ANSYS workbench软件对重要部件进行有限元静力学分析及模态分析,结果表明各重要部件强度满足设计要求。将钻柱与液力推进式钻井工具简化成“弹簧-阻尼”模型,以脉冲信号、阶跃信号、正弦信号、三角波信号、狄利克雷信号、随机信号作为振动激励,对钻柱系统进行动态响应分析,上部钻具相对于下部钻具的幅值减小37%-50%,表明液力推进式钻井工具的减振效果较好。针对活塞直径、活塞杆长度和钻井泥浆密度三个参数,建立“三参数四水平”的正交试验模型,对液力推进式钻井工具的活塞直径、活塞杆长度进行优化,针对不同的钻井泥浆密度,选用不同关键参数的液力推进式钻井工具,才能发挥其优势。最后,对液力推进式钻进工具内部进行流体仿真,得到泥浆的压力云图和速度矢量图,分析了钻井泥浆密度、温度及环空间隙三个主要参数对钻压的影响。本文可为钻柱减振及控制钻压工具的设计与分析提供参考。