美国和前苏联都曾在上世纪初设计研究过利用磁致伸缩原理的高频电动冲击器，我国地矿勘探部门曾于上世纪60年代初研究过电磁冲击器，但由于结构复杂，设计制造都相当困难，加上当时整个国家技术水平的限制，没有取得一定的进展。近年来，随着国家对地矿勘探的逐渐重视，各种复杂地区的钻探工作量不断增长，钻孔向大直径和深孔的趋势发展，硬地层难钻进的问题日益突显出来。由于传统的液动、气动孔底冲击设备对钻工水平、现场对钻井液含砂量的要求很高，因此在国内的大面积推广应用受到了相当大的阻碍。在这种形势下，中国地质大学(武汉)工程学院研制了新型电动冲击器，以动力电池为动力，由冲击驱动器控制冲锤运动，进行冲击钻进。电动冲击器的工作特性与传统液动、气动冲击器有本质的区别，电动冲击钻具的冲击功和冲击频率可以单独调整，互不影响，具有传统冲击器不可比拟的优势。　　 电动冲击钻具是一种新型的冲击钻具，它通过位于孔底的动力电源对孔底电动冲击器进行供电，由孔底冲击器带动冲锤进行冲击钻进。该钻具的动力源由传统的液动或气动改为电动，以达到地面控制容易，调试方便等目的。虽然电动冲击器项目组经过五六年的研究，对冲击器的研发做了诸多方面，尤其对电磁技术、电机技术、机电控制技术、钻探工艺技术等的运用进行了较深研究，同时也发表了好几篇期刊论文及两篇博士学位论文，但是对其钻井液流体力学、水力学方面并没有开展研究。传统冲击器的水力学研究也并不多见，主要以液动冲击器的水力学研究较多，其中吉林大学对液动射流冲击器的水力学研究较深，除了流体动力学参数研究外，还有计算机模拟方面的计算研究。　　 电动冲击器的水力学计算及流场模型研究对电动冲击器的结构具有重要意义。钻具的使用始终是在钻井液中进行的，两者有着密不可分的关系。钻井液正是通过钻具内外的水路，达到冲洗钻孔、润滑钻具、降低钻头温度、保护井壁，以及水力碎岩的功能。钻具中冲洗液的循环是钻具设计的重要考虑因素，要使冲洗液在流过整个钻具到达钻头的时候，泵压损失得最少，达到合理的流速，这样不仅能提高钻具的钻进效率，还能降低钻具温度，提高其使用寿命。冲击器结构的设计需要水力学做指导，不能仅仅依靠经验来确定钻具的部分结构，只有合理的水路设计才能充分发挥钻具的能力。　　 本选题针对新型电动冲击器的结构设计及工作原理，重点研究电动冲击器的水路设计，对冲击器水路重要部件进行水力学计算，建立冲击器的水力学模型，通过流体模拟软件对冲击器部分流场进行仿真模拟，以指导并检验设备的结构优化。课题将紧密结合电动冲击器、钻具水路、水力学以及冲击回转钻进的特点，按照资料收集、理论分析、力学计算、建立模型、数值模拟、结果分析、修改完善的技术路线开展研究。遵循多学科交叉、理论分析与物理模拟相结合、理论计算与模拟实验相结合的技术开发思路。　　 本文的主要研究内容如下：　　 (1)分析电动冲击器的结构及其工作原理；　　 (2)分析电动冲击器的冲洗液循环系统；　　 (3)分析计算冲击器水路重要部件结构及受力；　　 (4)采用流体模拟软件对冲击器流场进行仿真模拟。　　 通过本论文研究，取得了以下研究成果：　　 (1)通过理论与试验研究，得到电动冲击器的结构设计及工作原理分析结果：　　 (2)通过流体力学的计算，得到电机下盖的角度等对冲洗液压降的影响，及其优化结构设计；　　 (3)通过流体力学的计算，得到冲击器部件在冲洗液作用下的受力情况，及其优化结构设计；　　 (4)运用流体模拟软件，模拟出电动冲击器部件流场并分析检验了结构设计优化的结果。　　 选题的主要创新点：　　 (1)在电动冲击器的结构设计中引入计算水力学，充分考虑冲击器的结构与冲洗液循环系统的相互作用与影响；　　 (2)模拟冲击器水路的流场状态，揭示其流动规律和特性，将数值模拟技术引入到钻具的设计过程中。　　 作者认为，在钻探设备的设计制造中，有必要充分考虑流体对设备的影响，尤其是孔底动力机具。通过本文的计算，压降通过结构优化前后的电动冲击器成倍减少，可以明显看出电动冲击器的水路设计的重要性。另外通过流体软件的模拟，可以验证结构优化的重要性，并为钻具的设计提供了新的指导与检验措施。本文是作者两年来在导师指导下从事电动冲击钻具研究工作的总结，希望能为这一简便实用的新技术在国内推广应用起到借鉴与促进作用，对其他钻具的设计起到一定的启发与指导作用。