随着油气田开采逐渐向超深井等钻井条件复杂地层发展,钻头的粘滑振动现象严重的降低了机械钻速与钻具寿命,大量的研究与现场实验表明扭力冲击器能够有效减轻PDC钻头的粘滑振动现象。基于以上背景,为更加有效地抑制或减轻PDC钻头粘滑振动现象,结合现有研究设计了一种新型旋转振动工具,通过理论推导、数值仿真、动力学仿真等方法,从工具的运动学与动力学研究出发,对工具的工作机理与降粘特性进行研究。本文的主要研究内容及成果包括:(1)分析国内外扭力冲击器结构设计原理与研究现状,深入分析其工作性能,调研钻柱粘滑振动研究现状,分析现有的粘滑振动抑制方法。结合旋转钻井中井下工具的设计理念,设计了一种新型旋转振动工具,并对工具的工作原理以及重要结构设计依据进行研究。(2)对新型旋转振动工具进行工作机理研究,并通过理论推导,研究了新型旋转振动工具入口流量分配模型、建立偏心环形砧块与传动轴的角位移、角速度分析计算模型,建立扭转冲击副冲击扭矩动力学计算模型,得出不同流量下新型旋转振动工具冲击扭矩、扭转冲击副组件角速度与角位移随时间变化曲线。(3)利用ADAMS软件对新型旋转振动工具进行动力学仿真,得到传动轴与偏心环形砧块角速度变化曲线以及冲击扭矩响应曲线。(4)建立工具脉冲振动模型,分析振动工具自身振动特性。以单自由度钻柱粘滑振动产生机理为基础,结合Karnopp摩擦模型,建立了多自由度的新型旋转振动工具钻井破岩动力学模型,对工具的降粘效果进行研究,利用数值仿真方法得到不同流量下新型旋转振动工具的降粘特性曲线,不同钻井深度、不同钻压、不同上部驱动扭矩作用下普通钻具、新型旋转振动工具的降粘特性曲线,以及相同工况下新型旋转振动工具与PID控制降粘特性对比曲线。通过对新型旋转振动工具的工作机理与降粘特性的研究,对抑制或减轻PDC钻头粘滑振动现象以及降粘工具的研究与使用具有一定的参考价值。