旋转导向钻井技术是现代钻井技术发展的最高阶段,相比以往钻井方式具有井眼轨迹控制精确、钻井周期短、井筒质量高等特点,广泛应用于水平井、超深井、大位移井、高难定向井等特殊工艺井的实施,它的不断发展完善将是钻井技术发展的主要趋势。旋转导向钻井系统的开发是旋转导向钻井技术发展的核心,研发具有商业使用价值的旋转导向钻井系统,对提高我国石油工业的国际竞争力具有重大战略意义。本文对比了已有的旋转导向钻井系统的结构形式,提出了一种新形式的旋转导向钻井工具的设计方案,完成了各项参数设计和结构设计并进行了校核计算,分析了所设计钻具的造斜能力。基于机构学基本原理,结合全旋转内置式钻具的工作原理,建立了导向机构的运动学模型,并进行了运动学分析,在此基础上提出了导向机构的工具角与工具面角调节条件。利用Solidworks建立了导向机构的三维模型,完成了运动学仿真,验证了控制方法的正确性。本文还建立了全旋转内置式钻具导向机构的机构动力学模型,偏心环组机构的刚体动力学模型以及导向轴的振动模型,分别利用牛顿第二定律、拉格朗日方程法和传递矩阵法进行了动力学分析,得到了导向机构和偏心环组机构的动力学响应以及导向轴的固有频率。利用有限元分析软件ANSYS对导向轴进行了模态分析,对导向机构的旋转外套进行了结构静力学分析,校核了旋转外套的强度。