针对越来越多老油井孔眼及防砂筛管的连通性由于结腊、结垢、砂堵等原因越来越差而导致的油井产量严重降低问题,研究设计出一种适用于井下的机械式冲顶套管开孔技术,它是一种高效的油气开采技术,可以实现在保证不破坏防砂筛管完整性的条件下,通过以液压推力作用的形式,利用两侧的机械冲头将目标位置套管顶开一定的尺寸,以达到对套管精确开孔的目的,使得工具在单次下井的条件下即可完成对套管进行连续开孔作业的技术要求。从而增大了对防砂筛管精确清洗的工作面积,有助于提高油井的连通性,为后续进行化学压裂及油井改造提供了基础,对提高油井生产效率具有重要意义。本文通过文献调研、理论分析和数值模拟试验等方法展开研究。根据现场施工要求完成了适于（?）139.7 mm套管内机械式井下冲孔工艺原理的概念化设计,该工艺采用液压冲顶套管与上部油管送进相结合的方式进行套管开孔作业,具有工具一次下井即可完成对套管进行连续开孔的特点。在此基础上,利用二维设计软件CAD设计出了机械式冲顶套管连续开孔机构,该机构主要由横向冲顶机构,纵向液压推进机构,定位回收机构组成。并通过三维设计软件SOLIDWORKS将该工具装配完整,进行三维动画仿真模拟。针对机械冲头刃部、销孔、活塞斜锥面以及工具壳体等关键部件,利用ANSYS有限元分析软件进行了静力学分析。针对液压冲顶套管过程,利用ABABQUS有限元分析软件进行了动力学数值模拟分析。静力学数值模拟结果显示,有限元模型的简化程度,网格的大小都会影响其仿真结果,因此必须要充分考虑这些因素,以选取最佳的参数来使仿真值更加接近真实值。通过静力学仿真综合分析可知,在40 MPa泵压下,80°刃角冲头比较合适,销孔、活塞斜锥面、工具壳体的最大等效应力分别为537.89 MPa、358.59 MPa、132.22 MPa,均符合设计强度要求。利用有限元软件ABAQUS模拟N80套管冲顶过程,结果显示在冲顶过程中,套管的最大等效应力为749.2 MPa,最大应变值为0.18,冲头在冲顶过程中的阻力峰值为522 k N,结果表明冲头在40MPa的泵压条件下可以满足冲顶所需要的推力。在冲孔完成后,冲头由于套管产生的残余应力而不能自动复位,还需除自身重力外约37.13 k N的上提力。通过仿真便于结构调整,可以使结构设计达到最优。