自动垂直钻井技术作为一种主动纠斜技术,是钻井工程最为重要的关键技术之一。其中机械式自动垂直钻具依靠机械式稳定平台控制井斜,结构简单,成本低廉,耐温能力可达到300℃,适用于深井、超深井等高温、高压作业环境,是特深科学钻探高温条件下主动防斜的唯一途径。偏重稳定平台作为机械式自动垂直钻具井斜测控的关键部件,其响应灵敏度及稳定性直接影响到工具的纠斜效果。研究机械式自动垂直钻具偏重稳定平台动力学特性,对于提高自动垂直钻具的纠斜控制精度具有重要意义。本文以机械式自动垂直钻具偏重稳定平台受力分析为基础,对偏重稳定平台完成了初始设计,并分析了设计过程中盘阀间摩擦系数、止推轴承摩擦系数、轴向轴承摩擦系数以及上、下盘阀间相互作用力对偏重稳定平台响应灵敏度及稳定性的影响,从而明确了上盘阀与下盘阀摩擦系数及相互作用力作为形成盘阀之间摩擦阻力的重要参数是影响偏重稳定平台性能的关键因素。其次为减小上盘阀与下盘阀之间的相互作用力,上盘阀与下盘阀间采用了不完全接触方式,结合缝隙流理论及数值仿真的方法对其进行分析可知,引入高度合适的缝隙流不仅可有效减少盘阀间的接触面积和当量摩擦半径,同时也可以减小盘阀与流体不同接触面间的压差,从而起到减少盘阀间摩擦阻力,提高稳定平台控制精度的作用。偏重稳定平台中的上、下盘阀在工作过程中承受工具流道中流体压差的作用,通过计算流体动力学分析,对机械式自动垂直钻具系统内部的流体压力分布进行了分析,在保证执行机构推靠力的基础上,得到了作用于上、下盘阀间的流体压差。同时在流体动力学仿真的基础上,完成了室内实验,通过与推靠力相互结合的方式得到了不同边界条件下偏重稳定平台盘阀处的流体压力情况,为偏重稳定平台的动力学分析及优化设计奠定了基础。上、下盘阀以及轴承之间的摩擦系数是影响偏重平台摩擦阻力的重要因素。基于库伦定律,明确了摩擦系数测量原理,并研制了摩擦系数室内测试台架,对盘阀及止推轴承在干燥、水润滑及加4%膨润土的钻井液中的摩擦系数进行了测试,得到了轴承及盘阀在不同工作环境下的摩擦系数。基于偏重稳定平台受力分析以及影响偏重稳定平台性能的关键因素测试结果,建立了偏重稳定平台单摆动力学模型,通过数值仿真分析可知偏重稳定平台在工作过程中表现出类单摆特性,且其摆动频率随着井斜角增大而增大。同时在偏重稳定平台摆动过程中,偏重稳定平台的稳定时间及稳定位置受到摩擦阻力与偏心力矩之间的相互关系的影响,确切的说在偏重平台的摆动过程中,势能零点和速度零点是影响偏重平台稳定位置及时间的关键点。由于偏重稳定平台在工作过程中,特别是动态推靠式机械式自动垂直钻具的偏重稳定平台在工作过程中受到本体转速的影响,分析了转速对偏重稳定平台性能的影响,发现当工具的转速与偏重稳定平台初始运动方向相同时,有提高响应灵敏度的作用,同时在速度合理的情况下会促使偏重平台向势能零点（井斜低边位置）偏移,但速度增大时反而会使稳定位置加速偏移。而当工具转动方向与偏重稳定平台初始运动趋势方向相反时,则会降低响应灵敏度。建立的机械式垂直钻具偏重稳定平台动力学模型,以及影响模型构建的关键参数室内测试,为提高机械式垂直钻具控制精度,优化钻具结构奠定了理论基础,积累了实验数据,对机械式自动垂直钻具的产业化应用具有重要意义。