提高钻井速度、降低钻井成本是钻井工程追求的目标和永恒的主题。随着勘探开发的深入发展,深井、大位移井、水平井等所占的比例越来越高,能量在井下传递效率低下,影响机械钻速。钻井实践表明通过水力脉冲作用和井下轴向振动作用,在直井中能够给钻头施加额外的冲击力提高钻井效率,在大位移井、水平井中可以有效的降低钻井过程中的摩阻,减小“托压”造成的钻压无法传递到钻头影响,提高机械钻速,延伸进尺。在中国石油大学(北京)水射流实验室水力脉冲空化射流发生器基础上,提出了一种新的钻井方法—水力脉冲驱动轴向振动钻井方法。该方法将水力脉冲射流技术与轴向振动技术结合在一起,利用水力脉冲作用诱发轴向振动,在直井中提供水力脉冲作用和轴向振动作用的提速效果,在大位移井、水平井中解决“托压”造成的钻压传递问题,提高机械钻速和水平井的延伸极限。设计了水力脉冲驱动轴向振动钻井装置结构,经过工业实践表明装置的主要组成部分脉冲发生装置和碟簧部分可以达到300小时的使用寿命,因此该装置预计能够很好的满足现场应用稳定性的要求。对水力脉冲驱动轴向振动钻井装置进行了CFD数值模拟计算。基于流体力学、计算流体力学等相关理论,建立了水力脉冲驱动轴向振动钻井装置内部流体旋转的非定常流动模型,得到了装置脉动幅值、装置压降等参数随排量变化关系,分析了不同叶片数叶轮、压力受力截面通孔面积等因素对于装置脉动和轴向振动参数的影响。建立了在脉动压力作用下,装置轴向振动位移计算的传递函数模型和状态空间模型。分析了脉动压力波动在管路中的衰减特性,在此基础上分析了使用水力脉冲驱动轴向振动钻井技术时的水力参数设计优化问题。在结构设计和数值模拟的基础上,加工了水力脉冲驱动轴向振动钻井装置试验样机,进行了Φ127mm和Φ178mm装置的室内试验和初步现场测试。得到了脉动幅值、脉动频率、装置压降、轴向振动位移等参数随排量变化关系,分析了叶轮叶片数、通孔面积等因素对于装置脉动和轴向振动参数的影响。进行了初步现场测试,使用轴向振动钻井技术后有一定的提速效果。测试结果表明水力脉冲驱动轴向振动钻井装置工作情况稳定,符合设计要求。测试结果为水力脉冲驱动轴向振动钻井装置的优化及后续现场应用提供了依据。