随着油气勘探开发技术的不断发展,旋转导向钻井技术得到广泛应用,旋转导向系统BHA的动力特性、动力响应以及导向钻井系统的动态受力特性是影响旋转导向技术可靠性和可行性的重要因素。中石化胜利石油工程公司自主研发的捷联式旋转导向系统属于推靠式,目前尚缺乏动力学特性与安全性评价方法等理论支撑,开展其关键技术研究,具有非常重要的理论与现实意义。本论文根据推靠式旋转导向钻井系统的结构组成和工作原理,构建了推靠式旋转导向系统执行机构巴掌推靠力的数学模型,研究了推靠式旋转导向机构的结构参数对执行机构中巴掌推靠力的影响规律,并通过流体动力学模拟分析,验证了模型的正确性,为推靠式旋转导向钻井工具动力学建模提供了准确的外部作用力边界条件。结果表明,推靠式旋转导向工具中的上盘阀、下盘阀和巴掌的流道结构参数对推靠式旋转导向工具造斜力具有重要影响,合理优化其结构参数能够有效提高推靠式旋转导向工具的造斜力。首先,基于非保守系统的哈密顿原理,建立了推靠式旋转导向钻井系统底部钻具组合动力学模型,将扶正器接触碰撞载荷、推靠激励载荷、钻头激励载荷、偏心质量激励载荷等边界条件与动力学模型进行耦合,对ABAQUS软件进行二次开发,实现了推靠式旋转导向钻井工具的静力学分析、屈曲分析、运动特性以及动应力分析。结果表明,推靠力和钻井参数对推靠式旋转导向钻井工具的动力学特性影响很大,而且钻具的外径越小,其动应力峰值会越大。其次,基于量化振动烈度的方法,建立了推靠式旋转导向系统底部钻具组合的安全评价方法,构建了推靠式旋转导向钻井系统底部钻具组合的安全评价准则,对比分析了不同规格的推靠式旋转导向钻井系统底部钻具组合的安全性,并研究了不同柔性短节长度对推靠式旋转导向系统底部钻具组合的安全性影响。结果表明,钻具的外径越小,钻头侧向力的波动和钻柱整体变形越大,且随着柔性短节的长度减小,钻头侧向力的波动、钻具交变应力和钻柱整体变形减弱。最后,综合理论分析和工程实际需要,设计研制了推靠式旋转导向钻井系统的实验平台,开展了导向力的室内实验研究,验证了前述理论分析的正确性,同时提出了一种推靠式旋转导向系统的导向能力评价方法,并开发了推靠式旋转导向钻具导向能力分析软件,完成了推靠式旋转导向钻井系统导向能力的现场试验和分析评价。本文采用理论分析、实验研究并结合工程实例验证的方法,系统研究了推靠式旋转导向钻井系统底部钻具组合的动力学特性,研究成果在推靠式旋转导向钻井系统现场试验中得以验证,从而为旋转导向钻井技术的进一步发展提供了理论和技术的支撑。