国内外油气田开发的实践表明:对于低渗油田,水力深穿透水平钻孔是最佳的开发方式。现有的深穿透钻孔技术主要有两种模式:一、套管冲孔加高压水力喷射切割岩石射孔;二、套管钻孔开窗加水力地层径向钻孔射孔。第一种模式已经比较成熟,但射孔工作压力太高(一般70MPa以上),作业时不安全,且对油管强度要求很高。为此,第二种模式在前者基础上进行了技术改进和创新,主要是降低了射孔系统工作压力,提高了现场施工的安全性、可靠性。喷嘴是水射流技术应用中获得高能量利用率的关键因素,对射流质量有明显的影响,因此研究和优化喷嘴的几何造型,建立喷嘴结构与动力性能之间的关系,对于研究射流的性能具有重要意义。本论文所做的工作如下: 首先利用水射流的基本理论对喷嘴的水力参数进行分析,其中包括:喷嘴的水力特性、喷嘴的布置方式、喷嘴射流水功率和喷嘴射流打击力。通过对喷嘴水力参数的分析,初步确定了射流喷嘴的基本结构,并为进行喷嘴流线参数的设计提供了理论依据。 其次,根据喷嘴的水力参数的分析结果建立喷嘴流线参数的数值优化模型,通过对射流数值模拟方法的研究,对现有模拟方法进行了分析对比,根据适用范围和预测效果,最终选用标准k-ε模型,并利用ANSYS/FLOTRAN CFD软件进行各项设计参数的优化,给出了优化设计的数据结果。 最后,为验证所设计的喷嘴的破岩效果,在射流压力25MPa,流量40L/min的条件下,对靶体进行钻孔实验。所钻的孔洞,孔壁光滑,而孔底呈明显的坑状结构,该结果表明:本论文所设计的喷嘴达到了预期的设计要求。