旋冲钻井提速工具是当下油气勘探领域岩石钻进难题的有效解决方法之一,此类工具结合传统钻进设备,在旋转钻进的同时周期性地对钻头施加冲击力。通过这种方式,进而实现我们对钻速提升的需求。本文结合前人的研究工作和目前旋冲钻井技术的进展,考虑到传统钻井提速工具频率高、单次冲击功小的特点,设计研究了一款低频高冲击功的旋冲钻井提速工具,该提速工具的冲击频率为2.8Hz,单次冲击功达到565J,预计寿命为442h,在冲击效率和工作寿命方向上都具有一定的突破。所设计的提速工具属于无阀反作用式液动冲击器,采用叶轮机从钻井液冲击过程中获取能量做周期运动。叶轮机提供的旋转运动结合凸轮结构控制叶片密封结构的打开和闭合,从而实现整个系统周期性的憋压和泄流。在憋压的过程中钻井液对弹簧形成向上的推动力进而带动冲锤运动,在泄流过程中弹簧恢复原长并辅助冲锤向下冲击,最终完成一个冲击循环。文中详细介绍了所设计的旋冲钻井提速工具的结构和原理,并对叶轮机的设计和改进、系统物理模型的建立和分析、冲击结构的寿命估算进行了重点阐述。在叶轮机构的设计和改进过程中利用FLUENT进行了流固耦合仿真以验证设计和改进的合理性;通过建立弹簧振子模型对比论述了弹簧式结构的优越性,从数理角度论证了反作用式冲击器理论上可达到的最大冲击功;在分析冲击结构的碰撞过程中,创造性地结合命令模式与Autodyn软件从而实现大量复杂Gauge点参数导入,最终根据显示动力学分析软件完成冲锤的疲劳寿命估计。最后,本文比对传统冲击器的泄流孔设计提出一种新型的叶片密封机构从而实现更加可靠和灵敏的泄流和憋压操作,结合钻井行业相关标准确定辅助部件的参数,最终完成提速工具的整体设计。