为开展水平井分段压裂、分段酸化、分层注水、分层堵水、控水等工艺技术的关键井下工具研发,需要进行大量室内模拟实验。但常规的室内实验装置主要都是针对直井设计、建设的,已有的一些水平井实验装置功能也比较单一,无法满足水平状态下各种工艺管柱及配套工具的实际工况的模拟。为满足水平井井下工具模拟实验需要,本文针对水平井井下工具综合模拟实验系统进行详细的设计与分析,因此,具有重要的工程应用价值。水平井井下工具综合模拟实验系统主要包括坐封、承压、解封、扭力施加及测量、位移测量、拉压力施加及测量、水压试验等功能。首先进行了总体方案设计,包括综合模拟实验台、液压系统、水压系统、数据采集与控制系统以及系统软件。综合模拟实验台主要由液压缸、套管装置、底座机架、扭力施加与检测机构、拉压力施加与检测机构、导轨机构、小车装置、密封组件等组成。结合有限元知识,应用ANSYS有限元分析软件对模拟实验台主体结构,包括承载安装板、套管装置、拉压杆、横梁等,进行静力学分析与模态分析,以确保设计强度安全。进行了实验系统数据采集与控制系统、电气控制以及监控软件设计,可实现综合模拟实验装置的远程自动控制。系统控制软件部分采用工程模块分析方式和面向对象的编程方法,具有实时、准确、可靠等特点;监控软件界面良好,操作简单、人—机对话功能完善,具有数据存储和实时显示等优点。进行了水平井井下工具综合模拟实验系统的功能实验,包括拉压力实验、水压实验、钻铣实验、拉压位移检测等。通过测试表明,各系统达到了设计要求,水平井井下工具综合模拟实验系统能够满足水平井井下工具室内模拟实验需要。