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振动冲击钻井技术是在旋转钻井的基础上发展起来的钻井新技术,该技术利用钻头上部冲击器产生的纵向冲击,将周期冲击载荷通过钻头作用在地层上,实现冲击载荷与钻头静压旋转载荷的联合破岩,产生的冲击载荷可形成岩石的体积破碎,大幅度提高钻井速度。目前国内多个单位都在开展对振动冲击钻井技术的研究,但是还处在追赶国外阶段,尚未大面积推广使用。本文在振动冲击钻井技术和传统振动冲击器的研究基础上,设计出一种新型凹凸式振动冲击器及配套装置。通过对振动冲击器的启振机理分析,确定了凹凸式钻井振动冲击器的整体设计方案,建立了装置三维模型,完成了各部件的结构设计;依据理论分析结果,确定出配套螺杆钻具类型并完成了螺杆的改造设计;利用ANSYS软件对冲击器关键部件进行静态分析,完成了相关部件的强度校核;利用ANSYS结合MATLAB软件,模拟分析了振动冲击器冲击过程,得出振动冲击器关键部分的优化参数及结构。结果表明:凹凸式钻井振动冲击器通过内、外启振座的相互作用产生稳定可靠的纵向振动,外筒结构采用整体式的结构类型其长度为562mm,材料选用Q345B。TC轴承主体合金块的型号为5×3×30mm,基体材料为铸造碳化钨和浸渍合金。芯轴的长度为750mm,中间钻井液通道的直径为40mm,其材料选用40CrMnMo;启振结构设计为具有3组螺旋齿的结构,其材料选用40CrNiMo。螺杆钻具型号为9LZ172×7.0。各个关键部件强度校核结果表明设计的振动冲击器满足强度要求。优选出螺旋齿的高度为15mm,内外启振器的优化结构是镶有金刚石复合片的螺旋齿。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究分析了振动冲击器的启振原理,设计出一种新型凹凸式振动冲击器及配套装置,确定了螺杆钻井型号,完成了振动冲击器各个部件的强度校核和模拟优化。研究成果为振动冲击钻井技术的发展提供了理论和装备支撑。