随着我国国民经济的快速发展,对天然气的需求急剧增长,供需矛盾日渐突出,能源安全面临新的挑战。受北美页岩油气成功开发的影响,我国也正在采取有效措施,加快对页岩气的勘探开发。为了增加页岩气水平井单井产量,达到经济开发的目标,长位移水平井在页岩气的勘探开发中被普遍采用。在页岩气水平井钻井过程中,长位移引起的高摩阻导致钻压传递困难,水平段机械钻速慢。为了降低钻柱摩阻,提高机械钻速,主动轴向振动工具被广泛应用,且取得了良好的效果。本文结合主动轴向振动工具的工作原理,分析了摩擦副的摩擦力与相对滑动速度的关系,探讨了不同动摩擦模型的优劣,建立了适合于轴向振动工具作用下摩擦模型,采用室内实验测试数据获取了模型中的参数值,分析了钻柱轴向振动作用下摩擦系数与轴向滑动速度关系。考虑井眼轨迹、钻柱结构、井身结构、钻柱与井壁接触、钻井液阻尼、钻压和轴向振动工具作用参数等因素对钻柱振动特征的影响,建立了带主动减阻工具的页岩气水平井钻柱动力学分析有限元模型。利用间隙元理论,建立了钻柱与井壁之间的接触判断模型,当钻柱与井壁发生接触并产生相对运动时,对接触钻柱进行约束。采用中心差分法,对全井钻柱振动行为进行了模拟,分析了轴向振动工具的振动频率、最大振动力、安装位置对钻柱摩阻的影响。分析结果表明:主动减阻工具的频率和最大振动力对减阻效果的影响较大。随着减阻工具振动频率的增加,钻柱摩阻先减小后增加,当频率为16Hz时,工具的减阻效果最佳。减阻工具振动力为39.14kN时,钻柱摩阻减阻效果最好。钻柱的轴向瞬时速度随着距离工具的位置越远,轴向速度越小,距离工具400m左右时,轴向振动工具的作用效果微弱,安装位置离钻头220m～320m时,工具的减阻效果较好。采用威远-长宁构造页岩气C1水平井实钻数据,对C1井大钩载荷进行了模拟,理论计算的大钩载荷与实测大钩载荷的相对误差为5.74%～8.31%,验证了本文所建立的理论模型的正确性,研究结果能够满足主动轴向减阻工具现场应用的需要。本文研究结果对页岩气水平井主动轴向减阻工具的使用提供了理论支持,具有重要的理论意义及较好的应用前景。