纵观人类发展的历史我们不难发现，能源始终是人类赖以生存与发展的重要物质基础之一，它是制约国民经济持续、快速发展的重要因素，也是现今国际社会瞩目的焦点。随着世界各国经济与社会的迅猛发展，人们对能源的需求与日俱增，随着对常规的石油、天然气等资源不断地勘探、开发与消耗，其资源储量已是越来越少，高油价时代已经悄然而至。在这种情况之下，世界各国纷纷开始积极找寻新的能源，以试图替代储量日益衰减且价格高昂的原油。属于非常规能源的油页岩，其资源储量十分丰富，用它作为石油、天然气的补充能源，已经引起人们的广泛关注。对于蕴藏在地下的油页岩矿藏，若采用传统的露天开采法或地（井）下开采法，具有矿山建设周期长、开采成本高等特点，且会对矿区周边的生态环境造成严重的污染；若采用钻孔水力开采技术，则会大大缩短矿山建设的周期，降低开采成本，且无需有人下入矿井内，仅需施工人员在地表就可完成对相关水采设备的操控，大大降低了人员的劳动强度，且安全可靠，若把该方法用于矿层较薄及低品位油页岩矿藏资源的开采，应算作是一种经济、环保、高效的地下油页岩开采新技术。在实施油页岩钻孔水力开采的整个过程中，利用高压水射流对处于地下整体油页岩矿层的高效破碎是保障油页岩钻孔水力开采得以顺利实施的关键步骤，只有尽可能地实现对油页岩矿层的高效破碎，才能保证后续工艺的顺利开展，其碎岩的效果将直接决定油页岩钻孔水力开采的效率与成败。基于此，为了高效地实现油页岩钻孔水力开采，就需要对高压水射流破碎油页岩方面的内容进行研究，重点是对不同的射流装置展开研究。本文以教育部、财政部跃升计划“国家潜在油气资源（油页岩勘探开发利用）产学研用合作创新项目”中课题四的子课题“油页岩钻孔水力开采关键技术研究”为依托，围绕“如何能够实现高压水射流对油页岩的高效破碎”这一重点问题展开研究，提出了油页岩钻孔水力开采用射流装置的设计原则，结合本文高压水射流实验的实际情况，设计出了包括能够产生连续直射流的普通锥直型喷嘴与仿生锥直型喷嘴，能够产生空化射流的风琴管型空化射流喷嘴，以及能够产生脉冲射流的自激振荡型脉冲射流喷嘴在内的四种射流装置具体的结构参数及其加工与装配方式。本文通过运用正交试验设计原理，设计出18个仿生锥直型喷嘴与9个普通锥直型喷嘴，结合CFD数值模拟技术，对它们在喷射压力为15MPa，喷射靶距为930mm的工况条件下产生高压水射流时喷嘴内、外部的流场情况进行了数值模拟，经后处理得到了一系列相关的模拟结果，对数值模拟得到的高压水射流打击力进行分析，确定了影响仿生锥直型喷嘴与普通锥直型喷嘴产生高压水射流的打击力的各因素主次顺序及其最优结构参数设计方案；此外，依据对仿生锥直型喷嘴产生高压水射流时喷嘴内、外部流场情况进行数值模拟得到的相关结果，揭示了处于仿生环槽内的反转涡流是造成仿生锥直型喷嘴产生高压水射流的打击力得以提升的根本原因。本文自主研发的多功能高压水射流测试与碎岩实验平台，可在实验室内实现对不同射流装置产生高压水射流的打击力测试与碎岩实验研究。对于普通锥直型喷嘴与仿生锥直型喷嘴而言，考虑到传统“整体式”的喷嘴加工方式会在喷嘴的连接过渡处产生难以避免的台阶，提出将喷嘴的加工方式改为“分体式”，这不但能够减轻“台阶误差”的影响，同时还能通过所加工零部件之间自由的排列组合构成具有不同结构参数的喷嘴，这对于需要加工大量喷嘴且彼此间有重复出现部分的情况而言，能够减少喷嘴的加工个数、缩短加工周期，降低加工成本。在非淹没条件下，针对普通锥直型喷嘴和仿生锥直型喷嘴，分别对它们产生高压水射流的打击力进行测试及人造砂岩的碎岩实验，结果表明仿生锥直型喷嘴产生高压水射流的性能优于普通锥直型喷嘴，并得到了与数值模拟结果相似的结论。在改变喷射靶距的条件下，分别对非淹没工况时的锥直型射流装置与自激振荡型脉冲射流喷嘴产生的高压水射流进行了测试，测试结果表明：锥直型射流装置的最佳喷射靶距约为其出口直径的50~100倍，而对于自激振荡型脉冲射流喷嘴，当喷射靶距大于等于50mm时，其产生脉冲射流的打击力随喷射靶距的增大而减小。本文对取自吉林省桦甸地区的油页岩岩样，使用不同射流装置产生的高压水射流对其进行了碎岩实验，通过对实验得到的结果进行分析与总结，建议对吉林省桦甸地区埋藏于地下的油页岩矿藏实施钻孔水力开采时，最好是在非淹没的条件下进行，并使射流装置产生的高压水射流打击平行于油页岩层理的面，相比于其它射流装置，使用自激振荡型脉冲射流喷嘴时，利用其产生的脉冲射流能够获得较好的碎岩效果。