随着全球石油勘探开发的不断深入,高产能油井日益减少,我国大部分油田已进入生产的中后期。我国的原油产量大部分来自老油田,但是老油井开采难度大,开发成本高,采收率低。近年来,一种采用高压水力射流为主要破岩动力的径向水平井技术得到了越来越多的发展和应用,引起了国内外石油行业的广泛关注。径向水平井中最核心的工具,就是高压水射流喷头,通过对国内外文献的大量调研,发现多孔水射流喷头成孔直径大、孔径深、钻孔效率高,但对于在实际工况条件下,多孔水射流破岩机理并未展开研究。同时,目前应用在钻井作业当中的射流喷头大多需要地面提供驱动装置带动喷头前进,提高了作业成本和施工难度。针对这一情况,本文设计了一种新的射流喷头结构,使其在高效破岩的同时实现自主前进。为此,本论文的具体工作包括:首先,建立无围压淹没条件下的射流破岩实验台架,模拟泵在一定流量下,多孔水射流的破岩效果;使用LS-DYNA软件,建立无围压淹没条件下多孔水射流破岩模型,通过与实验结果对比,验证仿真模型的正确性。其次,利用验证正确的仿真模型模拟实际工况下(有围压条件下),多孔水射流破碎砂岩时,砂岩内部的应力分布状况,并详细显示了钻孔过程中破碎坑的形成过程,分析了射流速度对岩石破碎效果的影响规律及砂岩与煤岩的应力波传播特性。再次,初步设计一种应用于径向水平井钻井技术的自进式直旋射流喷头结构,采用数值仿真方法对不同结构喷头(直射流与直旋射流)的内、外流场进行仿真对比,找出最优直旋射流流道结构参数。最后,使用FLUENT软件,建立自进式直旋射流喷头内、外流场模型并进行数值仿真,分析喷头关键参数对流场影响规律,将直旋射流的射流速度及喷头自进力作为评判喷头的优劣指标,得到改进后的喷头结构。论文的研究工作,有助于科学的认识多孔水射流破岩机理,揭示高围压岩石在射流冲击作用下岩石内部的应力分布规律,并可利用获得的研究规律指导现场施工;设计的自进式直旋射流喷头可有效提高径向水平井钻孔效率,同时解决卡钻和钻井周期长的问题。