高壓水射流技術在石油工程中的應用

目前，高壓水射流技術在十幾年的發(fā)展中已經取得了很大的進步，在石油工程開采中的作用越來越明顯，逐漸受到了石油行業(yè)的高度重視，使得高壓水射流技術得到了快速的發(fā)展。但是，就目前我國高壓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，這也是影響我國高壓水射流技術進一步提升的主要原因之一。

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，還確保了鉆井的質量，減少了人力投入和石油工程的建設成本。通過多年的實踐工作，技術人員發(fā)現(xiàn)，噴射鉆井在正常運行狀態(tài)時，如果將射流壓力逐漸調高的話，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)。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，變相增加了石油工程設備費用，還從一定程度上加大了燃料的浪費。因此，這一問題已經成為鉆井行業(yè)共同關注的看問題。由于射流鉆井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。
 
在20世紀后期，隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，越來越多先進的高壓水射流技術被應用于石油工程中，而自激振蕩脈沖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，這種高壓水射流技術主要的工作原理是讓壓力能間斷地釋放，將連續(xù)射流轉變?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對粉碎的巖石表面進行快速的清理，是一種非常實用的水射流技術。

根據瞬態(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生共振，從而產生空化。
 
目前自激振蕩脈沖射流用于鉆井和采油生產，開發(fā)出若干有實用價值的新技術，獲得了顯著的經濟效益。如將自激振蕩脈沖射流用于鉆井，研制出的自激振蕩脈沖射流鉆頭，將平均機械鉆速提高了35%；將自激振蕩脈沖射流用于處理油井近井地層及解堵，首創(chuàng)自振旋轉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%；把自激振蕩脈沖射流用于油田注水，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。