自石油资源被发现至今,被冠以“工业的血液”的石油被应用在人类生产生活的方方面面,更成为大国之间博弈的筹码。2020年初沙特通过增加石油产量对俄罗斯发动了石油价格战,对世界造成了深远的影响。为满足人类对石油的需求,石油勘探开采技术不断发展。中国油气资源非常丰富,但是大部分探明资源开采难度较大,致使我国油气开采必须坚持常规与非常规井并重,不断提升开采工艺及技术装备,需要强力的创新科学技术支持。目前,连续油管及其配套的井下作业工具在钻井过程中得到不断发展,但仍然面临摩擦阻力大、钻进效率低、测试系统不经济等问题。国内外针对摩擦阻力及钻井低效率问题提出了多种多样的新技术,水力振荡器就是最突出的产品,目前国外产品占领绝大多数市场,国内奋勇直追也逐渐有了自主知识产权的产品。本文主通过对水力振荡器进行调研,根据其工作原理进行分类介绍,基于现有射流式水力振荡器工作原理,设计了一款新型射流式水力振荡器,利用射流元件康达效应(conada effect)的周期切换及活塞与节流口配合,在射流短节轴向方向形成水力脉冲。当射流式水力振荡器与其他钻井工具串共同工作时,可以有效改善钻压,并变静摩擦为动摩擦降低工具串与井壁的摩擦力,提高钻井效率。针对水力振荡器测试系统自动化程度不高、数据监测准确度不足、装夹不方便等问题,提出了射流式水力振荡器测试平台,并设计了针对射流式水力振荡器水力特性及冲蚀的试验方案。本文围绕射流式水力振荡器,进行机构设计、水力特性分析、冲蚀分析及测试方案的研究,具体内容如下:1)调研国内外水力振荡器及测试系统的发展方向,并汇总分类,研究其工作机理及支撑理论。针对射流式水力振荡器,主要研究了射流附壁机理、射流脉冲机理。针对测试系统,对夹具装置、水循环系统、数据采集系统进行研究。2)研究射流式水力振荡器内部流场分布情况,证实其工作的可行性,得到射流元件内流场动态分布云图,结果证明:新型射流式水力振荡器在16L/s工作环境下,以9Hz-16Hz脉冲频率稳定工作,工作准备时间短。与传统水力振荡器相比,新型大口径射流式水力振荡器压降更低,在1.31MPa-1.41MPa,说明新型水力振荡器水力特性良好。3)利用STAR-CCM+研究了射流元件关键结构参数对其工作的影响规律,并得到流速分布云图及压强分布云图。具体分析了侧壁高度、侧壁角度、劈尖高度、反馈角度对水力冲击器水力脉冲性质的影响规律。随着侧壁高度的增加,水力振荡器压降和脉冲频率先降低随后上升,极值点在h=2mm处。随着射流元件侧壁角度增加,振荡器压降和脉冲频率都有增加的趋势,随着劈尖距离的增加,水力振荡器压降和脉冲频率呈下降趋势,在反馈角度小于80°时,水力振荡器的压降和脉冲频率有下降趋势,在反馈角度大于80°时,水力振荡器压降和脉冲频率有上升趋势。4)分析计算了活塞的运动规律,建立了活塞动力simulink仿真模型,得到了活塞外力的变化曲线,活塞下行的动力要强于上行的动力,持续时间也处于主导地位。利用Motion分析活塞的运动规律,得到活塞的速度时间及位移时间曲线。5)选择奥卡相关性准则建立以欧拉液相和拉格朗日颗粒相的冲蚀模型,进行水力振荡器固体颗粒侵蚀分析,最终发现位于劈尖处、侧壁面、活塞上腔壁面处冲蚀速率较大,并计算了射流式水力振荡器总体冲蚀速率对防止冲蚀磨损提出解决方案。6)设计了以夹持装置、水循环系统、测试装置为一体的井下工具测试平台,并对射流式水力振荡器的水力特性分析及冲蚀分析提出了测试方案。