气体保护水射流是上世纪70年代发展起来的一项技术,现在已经被广泛应用到建筑上高压旋喷注浆过程中,本文在对气体保护水射流充分调研的基础上,进行其数值模拟和破岩实验研究,将其应用到石油行业微小井眼水力钻头中。数值模拟采用k ?ε标准模型和Mixture多相流控制方程,结果表明保护气体能够减少射流摩阻和能量损失,显著提高射流的有效喷距;射流等速核长度随着保护气体速度的增加而增长,常压淹没条件下气体速度到180m/s时等速核长度基本达到稳定值,等速核的长度约为(13~14)D0,比常规淹没射流能够提高等速核长度1.5~1.7倍,围压下气体的保护能力稍有降低;常压和围压淹没条件下气体保护射流都具有自相似性。破岩实验发现气体保护射流的破岩情况与非淹没射流的十分类似,破岩体积并不存在最优喷距,尤其在空化影响不明显时,比常规射流有更好的破岩效果。通气压力和围压之间的压差控制在0.5MPa~1.0MPa之间比较合适。设计了气体保护射流水力钻头,使用间隙密封和O型圈密封相结合的办法解决了水和气体双通道的旋转密封问题,通过在钻头内部加工的流道将保护气体引向每个喷嘴的周围,并对喷嘴、中心旋转轴以及轴承等进行了计算和设计。