在当今社会的快速发展过程中,石油能源在发展中充当着一种不可或缺的动力源。随着人们对石油能源的需求量不断增大,地壳表层石油资源几乎开采殆尽,而页岩气作为一种清洁能源出现在人们视野中,迫使勘探钻井向长水平井方向发展。在水平井连续油管作业中,随着水平段的不断加长,连续油管受到的摩阻增大,极易产生正弦屈曲和螺旋屈曲而导致自锁,使得钻井作业失败,提前完钻;并且当钻头处于长水平井段时,钻柱无法给钻头施加钻压,导致作业时易发生粘滑、卡钻现象。为了解决这类问题,本文设计了一种新型小直径复合冲击提速钻具,利用钻具的轴向振动解决连续油管的屈曲问题,利用高频低幅的扭力冲击解决粘滑、卡钻问题。在查阅大量的复合冲击器相关文献和总结前人的研究成果后,本文针对于页岩气水平钻井中的托压、自锁、粘滑、卡钻等问题设计了一种新型小直径复合冲击提速钻具。该钻具的设计主要利用了TRIZ创新原理中的移植组合、振动、以及机械替代等原理,整体结构是由Φ73轴向水力振荡器和Φ90扭力冲击器移植合并组成,利用钻井液的液压能转换为钻具破岩的机械能,产生周期性的轴向振动和高频低幅的周向碰撞,以此来减小水平钻井过程中连续油管受到的摩阻和解决钻头的粘滑、卡钻问题。文中详细阐述了复合冲击提速钻具的结构设计和工作原理,并以图示的方式展示了扭力冲击系统的换向工作状态,通过MATLAB软件对轴向振动系统中的直旋作动器进行了尺寸优化。利用碰撞冲量相关理论设计了液动锤的周向尺寸,建立了扭力冲击系统中关键零件的运动模型,利用工程流体力学推导出了液动锤、换向阀芯的扭矩、频率的表达式。在此基础上,对扭力冲击系统的流道进行模拟,得出了压力云图和速度云图,由复合冲击器最佳破岩效率时的轴向、周向振动频率关系,确定了入口流量与节流口尺寸。为了校验关键零件的强度,利用瞬态动力学对液动锤进行了分析,结果表明其强度符合设计要求。根据复合冲击提速钻具的运动特性,分别建立了轴向和周向的振动模型,基于本文设计的钻具结构和尺寸,找到了扭力冲击系统发生周期碰撞振动的条件。随后介绍了三种减振控制技术,针对钻具的自身结构,采用了单冲体冲击减振技术对钻具进行了减振控制研究。通过MATLAB软件对周向碰撞振幅进行了数值模拟,得到了振幅与振动体质量的关系。基于以上的研究结果,对钻具的工作性能有一定的提升,完善了小直径复合冲击提速钻具的结构设计,为进一步研究复合冲击器提供了一定的理论基础。