目前,石油天然气勘探开发已经进入一个瓶颈状态,常规油气田的开发逐渐进入后期,全球油气开发逐渐由浅层转向深层、超深层,由陆地转向海洋等非常规储存层发展。要从这些非常规的能源储层段钻取能源,需要钻探出超深以及弯曲的井眼轨迹。对于钻探更细长、更深井时,需要几千米长的钻柱来传递破岩所需的轴向力和扭矩,这些细长的钻柱使钻井系统易受自激振动的影响,可能导致钻柱扭转,钻头跳动和粘滑现象。其中,在钻头遇到硬地层或者软硬交错地层时,作用于钻头上的力不足以破坏岩层,钻头的转速将逐渐降低或停止,而此时地面上的顶部驱动系统仍在驱动钻柱系统,系统将发生扭转粘滑振动。为解决该问题,本文提出了一种降粘滑恒扭矩的防滞动工具,并从工具的结构设计、运动学与动力学特性、以及在钻进过程中使用该工具时钻头的粘滑特性等方面展开了以下研究:首先,介绍了防滞动工具的工作原理,并对工具的结构进行了设计。根据防滞动工具的功能,对防滞动工具的碟簧和螺旋传动两大关键部分进行了强度校核等相关力学分析。通过建立螺旋传动部分的运动学与动力学理论分析模型,对工具中外螺旋线芯轴在不同反扭矩作用下的轴向和周向运动特性进行了分析,并采用ADAMS进行螺旋传动部分的运动学、动力学仿真验证,所得仿真结果与理论分析一致,满足防滞动工具的工作原理。接着,建立了有/无防滞动工具作用下的钻柱模型,通过对比钻柱系统在正常运行阶段、粘滑阶段、滑脱运行阶段中,钻头轴向和周向运行特性,以及整个过程中钻头扭矩、钻压的变化来分析防滞动工具在钻头钻进过程中的降粘滑、恒扭矩特性。对比得出:在粘滑阶段,无防滞动工具时,钻头出现滞动现象,钻头转速和扭矩波动幅度较大;有防滞动工具作用时,钻头产生上移和下移运动来脱离粘滑区域,整个过程中钻头没有滞动,钻头的扭矩波动幅度较小。最后,在含有防滞动工具的钻柱模型基础上,通过改变钻柱长度、钻柱顶部输入转速、防滞动工具碟簧系统初始压缩量,来分析钻头在整个钻进过程中运动特性的变化。分析发现:钻柱长度的增加使钻头速度稳定性降低,以及最大轴向上移行程增加;防滞动工具碟簧系统初始压缩量的增加,使钻头轴向上移最大行程减小;而转速的变化对钻头的运行特性影响较低。本文根据防滞动工具的结构和原理,建立了工具的运动学与动力学分析模型,并通过建立有/无防滞动工具的钻柱模型,分析对比得出防滞动工具对钻头粘滑特性的影响,为后期防滞动工具的理论研究和使用提供了相关理论依据。