探究水射流技術在石油工程中的應用

郭林

【摘要】水射流技術是近些年逐漸發(fā)展成型的一項新技術，由于其效率高、成本價格低廉的優(yōu)點，得到了各行各業(yè)的廣泛應用，尤為常見的就是在我國石油工程中的應 用，能夠?qū)κ凸艿肋M行快速徹底的清潔處理，對金屬板材料進行切割等，受到了我國石油行業(yè)的高度重視。然而，我國目前水射流技術中仍舊存在很多的問題的不 足，嚴重影響了我國石油工程開采的質(zhì)量，制約了我國石油行業(yè)的生存和發(fā)展。因此，本文針對水射流技術在石油工程中的應用進行討論研究，并對其未來的發(fā)展前 景做出論述，提出有效的改善措施。

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【關鍵詞】水射流技術；石油工程；應用；前景展望

【分類號】：F284

目前，水射流技術已經(jīng)取得了進一步的發(fā)展與進步，在石油工程開采過程中的作用越來越明顯，逐漸受到了石油行業(yè)的高度重視，使得水射流技術得到了快速的發(fā) 展。但是，就目前我國水射流技術水平而言，還遠遠低于世界平均水平，再加之水射流設備的滯后，常常導致石油工程開采工作無法順利開展，這也是影響我國水射 流技術進一步提升的主要原因之一。那么，本文就針對這一問題，對水射流技術進行詳細的介紹，結(jié)合目前我國水射流技術的發(fā)展現(xiàn)狀作出闡釋，得出以下相關結(jié) 論。

1.提高鉆井射流在井底工作效率

20世紀初，隨著噴射鉆井的出現(xiàn)，不僅大大提高了石油工程的鉆井效率，還能夠確保鉆井的質(zhì)量，減少了不必要的人力投入，節(jié)省了一定的石油工程建設成本。通過多年的實踐工作，相關技術人員發(fā)現(xiàn)，噴神鉆井在正常運行狀態(tài)時，如果將高射流逐漸調(diào)高 的話，就會加快鉆井的速度，而這一施工過程一般需要借助泥漿泵所實現(xiàn)的。但是，這勢必會對泥漿泵體積造成一定的影響，使得柴油機功率過大，運輸起來十分不 便，增加了石油工程設備費用而對支出，還從一定程度上加大了燃料的浪費。因此，這一問題已經(jīng)成為鉆井行業(yè)共同關注的看問題。由于鉆井射流是一項比較復雜的 工作，受到很多條件因素的限制，我國對于鉆井射流并不全面，尚未形成相對完善的水射流技術體系。

1.1噴射鉆井水力參數(shù)設計新方法

由公式進一步可以推導出鉆井射流到達井底巖面各水力參數(shù)的計算模型。傳統(tǒng)的噴射鉆井水力設計理論和方法，是由噴射鉆井奠基人H.A Kendall和W C Goins在1960年按鉆頭噴嘴出口處獲最大功率、最大沖擊力或最大噴速而建立的。

1.2研制新型加長噴嘴牙輪鉆頭

通過上文描述，可以得知，如果把噴射距離縮小至射流所能承受的范圍內(nèi)，就可以使井下的動壓力和誰功率得到很大的提高。下面，我們就以實際的牙輪鉆頭噴嘴 為例，當其與井底保持在一定的距離時，如果我們將這兩者之間的距離縮短至允許的范圍內(nèi)，這時，我們就會發(fā)現(xiàn)井底的動壓力和誰功率就會迅速提高。因此，相關 技術人員要對牙輪鉆頭噴嘴進行不斷的研發(fā)和分析，研制出更多新型的牙輪鉆頭噴嘴，這樣才能加快鉆井速度，逐步提高石油工程開采效率，為我國石油企業(yè)帶來更 多可觀的經(jīng)濟效益。

2.自振新型射流理論及應用

20世紀后期，隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，越來越多先進的水射流技術被應 用于石油工程中，而自己振動射流作為當時常見的新型水射流技術，受到了石油行業(yè)的高度青睞，這種水射流技術主要的工作原理是通過流體自己振動的本事，將一 些連續(xù)射流轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)性射流，形成一個渦環(huán)流，由于這種渦環(huán)流的壓力較低，常常會出現(xiàn)空化的現(xiàn)象，而其最大的特點就是能夠?qū)Ψ鬯榈膸r石表面進行快速的清 理，是一種非常實用的水射流技術。

2.1諧振腔基本關系式和結(jié)構(gòu)數(shù)學模型

根據(jù)瞬態(tài)流理論和水聲學原理，當流體通過各種類型的諧振腔出口收縮斷面時產(chǎn)生壓力激動，這種壓力激動反射回入口處與來流的壓力脈動疊加形成駐波，當激振頻率與射流本身的固有頻率匹配時產(chǎn)生共振，從而產(chǎn)生空化。

2.2自激振動射流在石油鉆井和采油中的應用

應用上述理論調(diào)制的自激振動射流用于鉆井和采油生產(chǎn)，開發(fā)出若干有實用價值的新技術，獲得了顯著經(jīng)濟效益。如：a.將自振射流用于鉆井，研制出自激振動 射流鉆頭，平均機械鉆速提高35%。b.將自振射流用于處理油井近井地層及解堵，首創(chuàng)自振旋轉(zhuǎn)射流處理近井地層及解堵新技術。由于射流作用于近井地層，同 時對其產(chǎn)生低頻水力沖擊、高頻水力振蕩和超聲波3種物理效應，故能有效地解堵和處理地層。這項技術自1995年起先后在遼河、勝利、大慶等11個油田和地 區(qū)的500多口井上應用，平均油井單井增油20%～30%，注水井單井增注30%～130%。c.把自振射流用于油田注水，創(chuàng)制了自激波動注水新技術，它 從源頭上預防在注水過程中形成的近井地帶堵塞，實現(xiàn)了邊注水邊解堵，達到了降低注水壓力、延長修井周期和降低作業(yè)費用的目的。

3.射流結(jié)合機械破巖技術

如果想要將射流射向井底巖石底部時，就要盡量與機械齒之間保持緊密相連的關系，這時，采用機械破巖技術時，巖石表面將會出現(xiàn)裂紋，而射流將會隨著這些列分進入到巖石內(nèi)部，逐漸擴大裂紋面積，使得巖石快速破裂，再加上巖石本身的拉應力不強，這就大大降低了射流的壓力。

4.前景展望

（1）開展高壓和超高壓射流動力學及輔助機械破巖機理研究，為今后研究高壓和超高壓射流輔助機械破巖新鉆井方法提供理論基礎。這種新鉆井方法是近10年國際鉆井界努力追求的目標，是鉆井工程研究的前沿重大課題，它可以從根本上解決深井和超深井的鉆井速度。

（2）開展高溫高壓條件下空化射流“空泡”的起始、成長和破滅機理研究。根據(jù)理論計算，空化射流“空泡”爆破時的瞬時壓力約為連續(xù)射流滯止壓力的 8～124倍。將這樣高的瞬時壓力用于井底破碎巖石、處理油層、開拓新的油流通道和裂縫，將會開發(fā)出若干提高鉆井速度、增加原油產(chǎn)量和注水量的新技術。

（3）推廣應用高壓水射流鉆徑向水平井技術和高壓水射流深穿透無污染射孔技術，將會有效地開采剩余油和提高原油單井產(chǎn)量，進而提高原油采收率。

（4）發(fā)展的高壓水射流破巖理論，不僅可用于石油鉆井和油氣開采，而且可用于采煤、金屬礦山、地鐵及隧道工程，提高鉆掘速度，具有廣闊應用前景。

5.結(jié)束語

綜上所述，可以得知，水射流技術對于我國石油工程建設發(fā)展有著重要的影響，并且，在技術人員堅持不懈的努力下，越來越多先進的水射流技術出現(xiàn)在現(xiàn)代市場 中，水射流設備也取得了很大的改善，在各個領域中發(fā)揮著重要的作用?，F(xiàn)階段，雖然水射流技術中仍舊存在一定的弊端，但隨著科學技術水平的不斷提高，這些問 題也能夠得到更好的解決，逐漸形成完善的水射流技術體系，進一步提升我國水射流技術水平，加快我國石油井下鉆井的速度與效率，促進我國石油工程持續(xù)穩(wěn)定的 發(fā)展。

參考文獻

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