在高研磨性地层的钻进过程中,钻头粘滑振动频繁、机械钻速低、钻头易损坏、井眼质量差是当前面临的主要技术问题,其根源是切削钻头的剪切力不足以破碎岩石从而导致扭矩在钻柱集聚,当钻头所传递的扭矩达到岩石的破碎强度时,钻柱内的能量瞬间释放导致钻头剧烈振动,产生粘滞-滑动现象。扭力冲击器可以为钻头提供高频扭力冲击以辅助破岩从而有效抑制粘滑现象的产生、提高机械钻速、减小钻具组合疲劳强度以及提高井眼质量,同时进一步降低钻井成本。本文在归纳总结相关研究成果的基础上,分析扭力冲击工具工作特点、作用机理,研发了一种新型旋冲式扭力冲击发生器。结合现有扭力冲击器的优势详细设计了旋冲式扭力冲击器各零件的结构参数、材料属性并对其工作参数进行了初步计算,计算结果显示工具总体工作性能良好,强度满足设计要求。利用三维建模软件对扭力冲击器的具体零件结构进行设计建模,通过运动仿真分析发现工具装配体各零组件配合正常,无干涉情况发生;运用ANSYS对工具内部特定流场进行有限元分析,分析结果表明导流除砂装置的分流比为3.2:1,导流除砂性能正常,涡轮的速度云图以及压力云图显示涡轮叶片设计合理,能量利用效率较高。旋冲式扭力冲击器可以显著增强PDC钻头的地层适应性,对于砂岩地层、花岗岩和玄武岩等组成的极度坚硬地层以及软硬交错地层,旋冲式扭力冲击器通过每分钟900至1800次的高频低幅冲击可以有效的辅助钻头破碎岩石,减少粘滑现象,减轻钻柱的不规则摆动。扭力冲击辅助破岩技术对目前国内难钻地层的油气开发而言具有很高的商业价值。