国内外研究及应用实践均表明,水力深穿透射孔技术非常适合开发低渗透、薄储层、裂缝性等油气藏。喷头是该技术中的关键元件,进行破岩射孔工作。喷头产生的水射流冲击前方的岩石产生反冲力,会阻碍喷头的前进,常规的解决方法是靠液压马达或绞车等提供喷头前进的动力,但这种方法使系统变得非常复杂。自进式喷头利用反向喷嘴的水射流产生反冲力,克服正向喷嘴的反冲力及岩石碎屑的阻力,使喷头实现自进。自进式喷头的优点是不需另外设置动力装置,系统简单。本文将自进式喷头的设计及优化作为研究重点。基于高压水射流破岩机理,针对黄砂岩,按抗剪强度推导了水射流破岩的临界参数,综合考虑喷嘴直径、喷嘴角度、喷头材质等因素设计了一种应用于油田水力深穿透射孔的自进式喷头。利用FLOTRAN软件建立了喷头内部的水射流流场模型,并进行了水射流流场的数值模拟,结果表明所设计的喷头产生的水射流具有破岩能力,喷头具有自进能力,可用于水力深穿透射孔中。基于水射流打击力建立了水射流破岩能力的无因次评价标准,研究了入口压力、出口围压、喷嘴直径等关键参数对水射流破岩能力的影响,同时分析了上述参数对喷头自进力的影响,为喷头优化以达到更好的破岩效果提供依据。最后,利用LS-DYNA软件建立了水射流破岩模型,并进行了水射流破岩的数值模拟。结果表明喷头产生的水射流能够破岩,破岩形成的破碎坑的内切圆直径超过了喷头最大外径,而且在破岩过程中,水射流节点的速度呈“阶跃式”下降,另外破岩深度随着水射流速度的增大呈线性增大趋势。说明在喷头结构参数一定的条件下,可以通过增大水射流速度来达到更大的破岩深度。