高壓水射流理論及其在石油工程中應(yīng)用研究進展

許慶剛（長城鉆探工程公司委內(nèi)瑞拉綜合項目部 100101）

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，高科技信息技術(shù)的不斷推廣，使人們生活方式變得越來越方便和快捷，促進我國市場經(jīng)濟體制不斷完善。市場經(jīng)濟體制下，高壓水射流技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用，使石油生產(chǎn)工作環(huán)境得到不斷改善，對于減少環(huán)境污染、促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

一、高壓水射流理論和技術(shù)發(fā)展

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)研究顯示，早期在金礦開采中，水射流技術(shù)運用于沖蝕土壤，后來被應(yīng)用于水力采煤，隨著社會發(fā)展的要求不斷增高，相關(guān)研發(fā)人員在提高射流壓力和速度上進行了大量研究，制造出了高壓力柱塞泵和增壓器，大大推動了高壓水射流技術(shù)的發(fā)展。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，高壓水射流理論的研究主要在水射流破巖、磨料射流、空化射流等方面，進而出現(xiàn)了切割理論、基礎(chǔ)理論的深入研究，使液態(tài)金屬射流、氣水射流和冰粒射流等得到不斷推廣和運用，大大提高，煤炭、化工、石油和電力等行業(yè)的生產(chǎn)工作效率，促進企業(yè)經(jīng)濟效率不斷增長。

二、高壓水射流理論及其在石油工程中應(yīng)用研究進展

1.自振空化射流理論應(yīng)用研究進展

在石油工程的應(yīng)用研究發(fā)展中，噴嘴式鉆頭和鉆頭水力學(xué)的結(jié)合，對鉆井射流和射流清除巖屑等進行研究，對井底水利參數(shù)進行優(yōu)化，使噴嘴鉆井技術(shù)得到不斷提高，大大提高鉆井速度。因此，根據(jù)瞬態(tài)流和水聲學(xué)理論，發(fā)展出了自振空化射流理論，使水射流技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷擴展，從而研發(fā)了自振空化射流噴嘴鉆頭。

在井下作業(yè)中，自振空化射流噴嘴鉆頭可以起到很好的輔助破巖作業(yè)，使鉆頭在井底的流場得到改善，促進射流清洗巖屑能力的不斷提高，從而提高機械鉆速，給企業(yè)經(jīng)濟效益不斷增長提供了可靠保障。與此同時，自振空化射流還沒運用于油水井的解堵操作中，形成了水射流處理地層理論，并在油田注水生產(chǎn)中得到應(yīng)用，研制出了自激波動注水的新技術(shù)，促進石油開采技術(shù)水平不斷提升。

2.旋轉(zhuǎn)射流鉆井技術(shù)研究應(yīng)用

根據(jù)流體力學(xué)基本理論、斷裂力學(xué)和巖石力學(xué)等相關(guān)原理，分析旋轉(zhuǎn)射流的機構(gòu)特征、破巖機理等，研制出了旋轉(zhuǎn)射流鉆井技術(shù)，在徑向水平井的石油開采中得到廣泛應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)射流鉆井技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用，使破巖效率提高了八到十倍，可以對稠油油藏和薄層油藏等進行有效開發(fā)，大大提高井的產(chǎn)油量，促進徑向水平井鉆井技術(shù)不斷提高。例如：我國1997年鉆出的第一口徑向水平井，產(chǎn)油量與平時相比，提高了八倍左右，使原油采收率得到大大提高。

3.機械水力聯(lián)合破巖理論研究應(yīng)用

在高壓水射流技術(shù)的應(yīng)用中，將機械破碎巖石的情況，結(jié)合斷裂力學(xué)和巖石力學(xué)等，對水力輔助機械破巖過程中形成的裂紋情況進行研究，最終形成機械水力聯(lián)合破巖理論。與此同時，對射流沖擊角、齒型和噴射距離等進行研究，根據(jù)相關(guān)理論，最終研制出了新型輔助破巖鉆頭，促進石油開采技術(shù)水平不斷提升。在石油工程中，機械水力聯(lián)合破巖理論的應(yīng)用，使鉆頭的磨損情況得到緩解，促進鉆速不斷提高，促進企業(yè)經(jīng)濟效益不斷增長。

4.深穿透無污染研究應(yīng)用

在石油工程中，運用高壓水射流技術(shù)來提高滲穿透情況下的產(chǎn)量，可以有效減少環(huán)境污染，促進石油開采效率不斷提高。高壓水射流技術(shù)在高滲穿透情況下提高石油產(chǎn)量的原理是：高速高壓水射流的沖擊對壓實帶沒有污染，可以減輕近井筒周圍的應(yīng)力集中，從而提高近井筒周圍的滲透率，使未污染地層流向井筒的液量不斷增多，最終達到提高石油產(chǎn)量的目的。一般情況下，高壓水射流穿透射孔的鉆井技術(shù)會運用于油層的改造，采用定向深穿透射孔的方式，使射孔與最大水平主應(yīng)力的方向保持一致，從而使噴射孔道變得更深，起到很好的輔助作用。

高壓水射流深穿透無污染技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用，可以有效控制直井和水平井壓裂裂縫的轉(zhuǎn)向，起到重要導(dǎo)向作用；可以使井眼產(chǎn)生單條最大裂縫，從而降低井眼處的破裂壓力和裂縫延伸壓力，最終達到提高油田產(chǎn)量的目的。

5.磨料射流理論研究應(yīng)用

在石油工程中，磨料射流是新型、高效的切割技術(shù)，從而形成了水力噴砂射孔技術(shù)，大大提高了油氣的開采量。磨料射流射孔的原理是：將磨料射流射孔裝置安裝在井下制定位置，然后在水中混入適量磨料，通過高壓泵將含磨料的流體泵送到井下噴嘴。當(dāng)噴嘴進行噴射時，利用高速流體的高頻沖蝕和磨削作用，可以有效進行巖石的切割，從而射開目的層，減少壓實帶周圍的污染，使油流通道變得更加干凈，達到射孔和解堵的雙重目的，最終有效提高油田的油氣產(chǎn)量。例如：在我國四川油田中，針對低滲透油層和因堵塞對油層造成傷害的低產(chǎn)井，進行挖掘潛力的改造時，運用水力噴砂射孔技術(shù)可以有效進行噴射，同時解除近井周圍的污染，使油氣產(chǎn)量得到不斷提高。

結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代發(fā)展中，對高壓水射流理論及其在石油工程中應(yīng)用研究進展

進行分析和探討，可以對油井作業(yè)過程中遇到的問題進行分解，有效處理巖石切割、油道堵塞，同時開拓新的油層，使鉆井速度得到不斷提高，促進石油產(chǎn)量快速增加。市場經(jīng)濟體制下，高壓水射流技術(shù)的推廣和應(yīng)用，有利于降低石油開采成本，促進我國石油開采技術(shù)水平不斷提高，對于推動我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)具有重要現(xiàn)實意義。

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