多孔式射流钻头是应用于径向水平井技术的一种新型射流钻头。本文建立了多孔式射流钻头流场计算模型，采用RNGk—ε湍流模型进行数值计算，分析了射流钻头内外不同区域的流场分布情况和局部流动特性。模拟计算结果表明：多孔式射流钻头有效扩大了井底冲击区，有利于扩大成孔直径；反向射流冲刷井壁，可以进一步扩大孔径，其反推力平衡了正向射流的反推力，有利于轨迹控制；反向射流的附壁作用，增大了喷嘴局部阻力系数。射流钻头人口及环空的压力和流量的数值模拟结果与试验测试结果一致。

射流钻头的破岩性能对井眼深度和大小有重要影响。本文对径向水平井常用的2种射流钻头——多孔喷嘴和混合射流喷嘴采用室内试验的方法对它们的破岩规律和破岩性能进行了分析和对比。结果表明，冲击时间、喷嘴压降、喷距和围压对2种喷嘴破碎效果的规律基本相同，混合射流喷嘴的最优喷距不明显，多孔喷嘴的最优喷距为5—6倍喷嘴当量直径，多孔喷嘴的破岩性能要优于混合射流喷嘴，同时混合射流喷嘴在破碎孔径大小方面优于多孔喷嘴。本文可以为水力喷射径向水平井射流钻头的选择提供试验依据。

为解决径向水平井钻进过程中破岩效率和自进能力的问题，设计了一种自进式旋转射流钻头。运用数值模拟方法，采用RN G k-ε湍流模型对所设计射流钻头的内外流场进行了三维流动特性分析，并分析了射流钻头结构参数对喷嘴流场特性的影响规律，进一步优化了自进式旋转射流钻头。结果表明，自进式旋转射流喷嘴外流场的轴心速度在喷嘴中心线上的速度最大，随着径向半径的增大，轴向速度迅速减小；切向速度沿喷嘴径向呈现出经典的“N”形分布，有利于增大射流破碎岩石的深度和破碎面积；径向速度呈轴对称分布，存在明显的漫流层，有助于岩屑的脱离；自进式旋转射流钻头导向叶轮的螺距和导叶数量，对射流速度有着重要的影响；喷嘴直径对射流流场特性的影响较大。经过优化，得到射流钻头的叶轮螺距16mm，导叶数为2，喷嘴直径为1mm。

设计了一种适用径向水平井技术的旋转射流多孔喷嘴。其前端面均布3个不同切向倾角15°、30°、45°的孔眼。利用数值模拟方法，采用 RNG k －ε湍流模型对该喷嘴流场特征进行了研究，并与试验破岩结果进行了对比。结果表明，15°孔眼轴向速度较大，扩散性差，衰减缓慢，类似直射流，破岩效果适中；30°孔眼轴向、径向、切向速度均较大，扩散性适中，衰减较慢，其破岩效果最佳；45°孔眼虽具有较高切向、径向速度，但扩散性较强，衰减较严重，可形成较大破岩面积，但破岩深度有限；3个孔眼破岩面积在径向存在重叠，当喷嘴旋转时，可轨道扫描式完成联合破岩；不同倾角破岩效果不同，本试验中30°倾角的孔眼破岩效果最佳。流场数值模拟结果与实际破岩效果基本一致。

针对现有侧钻水平井技术成本高,工作周期长和经济性差等难题,该文设计了一种采用高压水力射流为破岩主要动力的自进式高压水射流钻头,并对钻头进行了淹没条件下的试验研究,系统分析了在不同射流工作压力、涡轮叶片数目、射流作用时间等条件下自进式高压射流钻头的钻孔特性,给出了射流钻头最适宜钻孔的结构参数。试验结果表明:自进式高压射流钻头与普通射流钻头相比,具有钻孔深,孔径大而规则,工作时稳定性高等优点。同时,在一定范围内,射流工作压力越大,钻孔效果越好;随着涡轮元件叶片数目的增加,钻孔直径呈线性减小,而钻孔深度近似二次曲线增加。考虑到叶片的制造难易程度,叶片数目以4最为合适。该文的研究工作为径向水平井中射流钻头的优化设计提供了科学依据,对提高径向水平井钻孔效率和降低钻井生产成本等有重要的工程实际...

多孔喷嘴是径向水平井技术的核心技术装备,需同时实现高效破岩与强力自进,而目前常用的多孔喷嘴的流量系数一般在0.6左右,其能量转换效率仅为36%左右,严重限制了多孔喷嘴的整体性能。因此,研究多孔喷嘴流量系数影响规律十分必要。根据流量系数定义推导了多孔喷嘴流量系数,试验确定了各孔眼局部阻力系数,并研究了排量、孔眼数量对多孔喷嘴流量系数影响规律。结果表明,多孔喷嘴能量转化效率等于其流量系数的平方;其流量系数由各孔眼流量系数与其权重决定;孔眼流量系数主要取决于其沿程阻力系数与局部阻力系数;绝大部分能量损失由局部阻力损失引起;而孔眼局部阻力系数随着排量增加略有降低,但随着孔眼数目增加而迅速增大。