随着国际石油价格下跌和勘探、开发的成本上升,国内外油气勘探、开发面临着严峻的挑战。勘探、开发正向深部地层发展,钻井施工中遇到更为复杂、坚硬,岩石可钻性级别高的地层,使钻井施工的难度进一步加大,钻井效率很低。如何提高钻井效率就显得尤为重要,井下提速工具对于钻井提速有举足轻重的地位,因此设计一种寿命长、效果显著的提速工具对于钻井行业有着重要的意义。本文在调研分析国内外提速工具的结构、工作原理及优缺点的基础上,结合钻井工艺的特点、钻井液流体在管道中的运动方式、螺杆钻具带动钻头旋转进行钻进的钻进方式,设计了一种既可以带动钻头旋转又能产生连续地轴向柔性冲击的工具(称为轴向冲击马达振动器)。该轴向柔性冲击的工具主要包括螺杆动力部分、振动短接、水力脉冲装置等部件。该工具的工作原理在于:当钻井液流过旋转驱动装置部分(井下动力钻具)时,能将部分液体的动能转化为机械能,在带动钻头旋转的同时驱动水力脉冲装置的动盘阀旋转,使得动盘阀与定盘阀之间的过流面积形成周期性变化,水力脉冲装置进一步使钻井液产生压力脉冲,工具中的振荡短接部分再将压力脉冲转化成冲击振动,进而传递给钻头,使钻头实现旋转冲击破岩效果,达到提速的目的。为了验证轴向冲击马达振动器的可行性和优化工具的结构,将瞬变流理论引入本工具并建立了水力脉冲波动压力模型,利用matlab软件编程进行了水力脉冲数值模拟计算,进而分析了不同因素对振动冲击性能的影响。在此基础上,加工了工具的样机,并进行了室内试验。试验验证了轴向冲击马达振动器的设计合理性、理论分析的有效性和数值计算的准确性。该工具的设计与理论分析对钻井现场应用提供理论支撑,并对提高钻速的水力脉冲工具优化提供指导意义。