随着石油勘探开发技术发展,为提升采收率、增加油气田产量,水平井、侧向井、大位移井所占比例越来越大,由于石油钻采设备动力源由地上动力到地下动力的重大转变,极大的提高了石油钻采设备的性能和可靠性。目前,常用的石油钻采设备主要包括螺杆钻具和涡轮钻具。由于涡轮传动本身的结构特点,不可避免的导致一些问题的发生,如工作时间不稳定、钻具运行状态无法监测、钻具的选择性差以及钻具管理混乱等问题。这些问题限制了涡轮钻具的应用。相比较而言,螺杆钻具传动轴总成具有结构比较简单、操作容易、排量大、转速低、扭矩大、能量损耗低、设备作业可靠等众多优点。螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴、传动轴组成。万向轴连接马达转子和传动轴,是螺杆钻具的核心组成部分,其作用是把马达转子的行星运动转化为传动轴的定轴转动,同时传递转矩给传动轴和钻头。在井下的恶劣工况会导致万向轴工作时出现失效问题,花瓣部分因相互之间的摩擦导致上下花瓣相互脱落,花瓣根部断裂,花瓣的开式结构导致其内部结构与钻井液直接接触,加速了承压钢球和花瓣接触面的磨损;球铰式万向轴连接轴与小刚球接触的部位被压溃,密封失效等。为了有针对性的解决上述问题,本文利用有限元分析软件和疲劳分析软件对螺杆钻具万向轴进行仿真分析,完成的主要工作有:首先对螺杆钻具花瓣式万向轴、球铰式万向轴、花键式万向轴的基本结构、工作原理进行分析,对三种扭矩传递结构进行受力分析,对三种螺杆钻具万向轴的失效形式进行分析,得出失效形式主要由三种断裂、磨损以及密封失效;其次建立了螺杆钻具万向轴花瓣式万向轴、球铰式万向轴、花键式万向轴的有限元模型,利用有限元软件对三种螺杆钻具万向轴的扭矩传递部分进行了分析,对比分析了三种螺杆钻具万向轴Mises应力值,其中花键式万向轴所受应力最小为315.7 MPa;对花键式万向轴的结构进行了改进,并对改进前后的结构进行了对比分析,对改进后的结构进行了形貌优化,进一步优化了改进后的结构优化后的结构所受应力值比花键式万向轴和优化前所受应力分别减少87.2MPa、19.5MPa;设计了一种新型螺杆钻具万向轴结构,建立了该万向轴的有限元分析模型,利用有限元对新型新型万向轴进行了有限元分析,分析了其在极端条件下的受力情况,结构所受最大Mises应力为510.1MPa;最后对螺杆钻具万向轴结构进行疲劳寿命分析,对比分析了四种螺杆钻具万向轴的疲劳寿命,得出万向轴寿命最长的为新型万向轴为262421次。