水力加压器是一种应用在大位移井、水平井钻井作业的加压工作,相比于常规加压工具,水力加压器能提供并传递稳定的钻压。其基本原理是通过其节流系统将钻井液或泥浆的压力能转化为水力加压器的轴向推力,提高钻井钻压。其结构特性决定了其加压方式为柔性加压,可以吸收钻头轴向振动,减少振动引起的钻具疲劳,延长钻具寿命,是一种高效的辅助破岩工具,能有效提高钻井效率。本文首先主要调研了国内外加压工具的结构特点,结合现有水力加压器的结构特点及存在的不足,为了提高加压器的加压效率,设计了一种低摩阻可变径的水力加压器。其次,对比分析了水力加压器常用的连接螺纹的强度,研究它们在内外压力及拉伸载荷下不同的变化规律,为其在下井钻进过程中的安全使用提供理论支撑。另外,通过对花键部位结构设计及计算可知,花键筒与花键芯轴在最大扭矩和内外压力作用下,都能满足材料的许用强度的要求。再次,分析了喷嘴附近流场整体速度矢量图及压力云图,分析发现冲蚀区域主要分布在喷嘴过流区域附近位置,压力逐从喷嘴进口端至出口端逐渐变小,压力由入口到喷嘴逐渐变小,然后再从喷嘴到出口逐渐变大,在喷嘴部位压力最小。随着流量增大,整体速度和压力逐渐变大,主管路流体压力出口到入口逐渐变大,流量一定时,压力有个稳定时期,然后在喷嘴附近出现最小压力,经过喷嘴后,压力变大,然后达到一个稳定范围内。然后,通过比较不同喷嘴内径和不同流量下喷嘴附近的流场速度和压力变化规律,发现随着喷嘴内径增大,流过喷嘴附近的流场的最大速度逐渐减小,喷嘴内径太小,必然对内部短节部位冲蚀严重,但是喷嘴尺寸太小,又会影响输出压力,最后确定了合适的喷嘴结构和尺寸。最后,建立了花键与钢球轴承的有限元模型,研究了其接触应力、等效应力等力学特性,根据水力加压器的设计,在花键筒与芯轴间增加钢球,减少摩擦阻力,提高钻压施加。文中的研究成果为常规结构水力加压器的结构改进提供了参考依据,为新型减摩降阻结构的设计研究与开发奠定了基础,对提高水力加压器钻压有重要的参考意义。