该文作为美国Smith Tools公司赞助的国际合作项目的部分内容,以空气动力学、波动力学、钻井工程、岩石力学、优化理论和计算机仿真知识为基础,系统全面地对冲击器和钻头冲击破岩过程进行了理论分析,提出了影响冲击器性能和冲击回转钻井机械钻速的敏感因子.主要内容有:1.液体推进器的研制.研制了利用钻井液为动力的能够准确向钻头加压的液体推进器,并对其进行了理论分析,其设计经验和现场试验数据为气体推进器的研制打下了基础;2.建立了冲击器的数学模型并求解.将活塞和钻头看成刚体,建立其运动学、动力模型;将气体视为理想气体,建立了冲击器上,下腔气体的压力和温度分析模型;3.建立了活塞和钻头碰撞的波动力学模型并求解;4.建立了计算井眼空各节点压力、流速和温度的数学模型并求解;5.冲击回转钻井机械钻速仿真.建立了冲击钻头数学模型、井底数学模型和牙轮与岩石相作用模型,并预测出冲击回转钻井的机械钻速;6.仿真软件的研制.根据该文建立的数学模型,采用面向活动的策略编制了一套能模拟冲击回转井系统钻进中的仿真软件.