在石油钻井中,下部钻柱的运动状态比较复杂,下部受压钻柱在井眼中存在两种主要状态:正向涡动;反向涡动。国内外对下部钻柱涡动机理及规律做了大量研究与分析,但是仍有一些问题没有解决。李子丰教授发表的《钻柱涡动理论研究的必由之路—钻井液动力润滑学与钻柱动力学相结合》文章,对钻柱涡动理论的研究做了详细的归纳和总结,并且提出了一种全新的理论研究思路和研究方法。本文以“基于最小功耗率原理和钻井液动力润滑作用的钻柱涡动理论与实验研究”国家自然科学基金项目为研究基础,考虑钻井液动力润滑作用,本文在原有钻柱涡动实验模拟装置基础之上,通过完善该现有实验装置——设计倾斜机构,来为钻柱涡动实验的实验装置进行优化,保证实验的顺利进行,并且与基金项目的理论研究和前期实验人员采集和处理的数据进行对比,为钻柱防断设计提供理论基础和实验数据。整体方案确定后,设计了相关倾斜装置的参数,优化了部分原有实验装置的不足之处,并对整体实验装置进行了二次设计和强度校核分析。仿真模拟结果表明:钻柱涡动实验装置倾斜装置设计较为合理,优化部分较满足实验要求,且能够完成倾斜状态下的钻柱涡动实验,并能够保证实验过程当中实验人员的安全。