負(fù)壓脈沖射流洗井機理研究碩士論文.pdf

中國石油大學(xué)（華東） 碩士學(xué)位論文 負(fù)壓脈沖射流洗井機理研究 姓名：賈學(xué)臣 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：油氣井工程 指導(dǎo)教師：楊永印 20080401 摘要 油井在采油生產(chǎn)過程中，油井炮孔出現(xiàn)的各種堵塞物嚴(yán)重影響油井的正常生產(chǎn)。負(fù) 壓脈沖射流洗井技術(shù)可以有效清除炮孔堵塞，起到增產(chǎn)增注效果。本文理論和實驗相結(jié) 合對負(fù)壓脈沖射流洗井過程中水力參數(shù)、振蕩腔結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓力脈動幅值的影響，以及 脈沖波在堵塞炮孔中的傳播哀減規(guī)律展開研究。 為了研究負(fù)壓脈沖射流的洗井機理，利用人造巖樣模擬炮孔堵塞物，實驗研究了負(fù) 壓脈沖射流的部分洗井機理，實驗發(fā)現(xiàn)：負(fù)壓脈沖沖擊可有效降低人造巖樣強度；負(fù)壓 脈沖射流的負(fù)壓對于提高人造巖樣滲透率非常有利；脈沖幅值越大，對人造巖樣的清洗 效果越好；脈沖射流作用的時間越長，對人造巖樣的清洗效果越好。 根據(jù)工作原理，設(shè)計了負(fù)壓脈沖射流清洗炮孔模擬裝置，理論和實驗研究了水力參 數(shù)、振蕩腔結(jié)構(gòu)參數(shù)對負(fù)壓脈沖射流脈動幅值的影響，實驗發(fā)現(xiàn)：負(fù)壓脈沖幅值隨工具 壓降的增大而增大；負(fù)壓脈沖幅值隨振蕩腔室體積增大而減小。利用炮孔填砂模擬堵塞 程度，通過實驗得到了負(fù)壓脈沖射流在不同堵塞程度的炮孑l 中壓力波的衰減規(guī)律，堵塞 越輕，負(fù)壓波衰減越輕，其有效傳播距離越大。 關(guān)鍵詞：負(fù)壓脈沖，洗井，振蕩腔，機理 s t u d yo nm e c h a n i s mo fw e l lw a s hi n gw i t hn e g a t i v e p r e s s u r ep u l s ej e t j i ax u e c h e n ( o i l & g a sw e l le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o ry a n gy o n g y i n a b s t r a c t d u r i n gt h ep r o c e s so fo i lp r o d u c t i o n ，t h eb o r e h o l ew a l la n ds h o t h o l e sm a yd e p o s i ts c a l e ， s a l ta n ds oo nw h i c ha f f e c t st h eo i lw e l l sn o r m a lp r o d u c t i o n t h et e c h n o l o g yo fw e l lw a s h i n g w i t h n e g a t i v ep u l s ep r e s s u r ej e t c a ni m p r o v et h eb l o c k i n go ft h es h o t h o l e si n o i l w e l l s i tc a ns t i m u l a t et h eo i lw e l lp r o d u c t i o na n dt h ei n j e c t i o n ；i n c r e a s et h eb e n e f i to ft h eo i l f i e l d t h i sp a p e rt h e o r e t i c a l l ya n de x p e r i m e n t a l l ya n a l y z et h ee f f e c to fh y d r a u li cp a r a m e t e r s o ft h en e g a t i v ep r e s s u r ep u l s ej e ta n dt h es t r u c t u r eo fo s c i l l a t o ro nt h ea m p l i t u d eo fn e g a t i v e p u l s e ，a n dt h ed i f f u s i n gc h a r a c t e r i s t i c s o ft h en e g a t i v e p r e s s u r ep u l s ei nt h eb l o c k e d p e r f o r a t i o n i no r d e rt os t u d yt h em e c h a n i s mo fw e l lw a s h i n gw i t hn e g a t i v ep r e s s u r ep u l s ej e t t i n g ， u s eo fa r t i f i c i a lr o c ks i m u l a t e dh o l es e d i m e n t ，m a n yd i f f e r e n te x p e r i m e n t sw e r ed e s i g n e d ，a n d t h er e s u l ts h o w st h a tt h ei m p a c to fn e g a t i v ep u l s ec a ne f f e c t i v e l yd e c r e a s et h ei n t e n s i t yo ft h e s t e m m i n g ；t h en e g a t i v e p r e s s u r ei sv e r y a v a i l a b l et ot h ep e r m e a b i l i t yi m p r o v i n go ft h e b l o c k e dp e r f o r a t i o n ；t h eg r e a t e rt h ep u l s ea m p l i t u d ea n dt h el o n g e rt h ec l e a n i n gt i m e ，t h e b e t t e rt h ec l e a n i n ge f f e c t t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t so ft h ep e r f o r a t i o nc l e a n i n gw i t hn e g a t i v ep r e s s u r ep u l s ej e t w e r et a k e n a n dt h ee f f e c to ft h eh y d r a u l i cp a r a m e t e r s ，t h es t r u c t u r ep a r a m e t e r so fo s c i l l a t o r a n dt h ec h a r a c t e ro fs h o t h o l e sb l o c ko nt h ep u l s ea m p l i t u d ew a ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a t t h ep r e s s u r ea tt h ee n t r a n c eo ft h en e g a t i v ep r e s s u r ep u l s ej e tm o d u l a t o ra n dt h ed e c r e a s eo f t h ea m b i e n tp r e s s u r e b ys a n d sf i l l i n gt os i m u l a t et h ep l u gl e v e l ，t h ed i f f u s i n gc h a r a c t e r i s t i c s o ft h en e g a t i v ep r e s s u r ep u l s ej e ti nd i f f e r e n tp l u g g i n gd e g r e eo fs h o th o l e sw e r es t u d i e d t h e n e g a t i v ep r e s s u r ep u l s ea m p l i t u d eg r a d u a l l yd e c r e a s e sw i t ht h ep l u g g i n gd e g r e e ，a n dt h el i t t l e t h ep l u g g i n gd e g r e e ，t h em o r es o f td e c r e a s i n go fp r e s s u r ep u l s ea t t e n u a t i o n ，a n dt h ee f f e c t i v e p r o p a g a t i o nd i s t a n c ei sl o n g e r k e yw o r d s ：n e g a t i v ep r e s s u r ep u l s e ，w e l lw a s h i n g ，o s c i l l a t ec h a m b e r , m e c h a n i s m 1 l l 關(guān)于學(xué)位論文的獨創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲貿(mào)：所呈交的論文是本入在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究工作所取得的 成果，論文中有關(guān)資料和數(shù)據(jù)是實事求是的。盡我所知，除文中已經(jīng)加以標(biāo)注和致i 身十外， 本論文不包含其健入忍經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含本人或他人為獲得中國石油 大學(xué)( 華東) 或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷證書而使用過的材料。與我一同工作的同志 對研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中紹出了甓確的說疆。 若有不實之處，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。 學(xué)位論文作者簽名：遣耋匡日期：口。落年歲月日 學(xué)位論文使用授權(quán)書 本人完全同意中國石油大學(xué)( 華東) 有權(quán)使用本學(xué)位論文( 包括但不限于其印 刷版和電子版) ，使用方式包括但不限于：保留學(xué)位論文，按規(guī)定向髫家有關(guān)部門 ( 機構(gòu)) 送交學(xué)位論文，以學(xué)術(shù)交流為目的贈送和交換學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被 查閱、借閱和復(fù)印，將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，采用 影印、縮印或其他復(fù)制手段保存學(xué)位論文。 保密學(xué)位論文在解密焉的使用授權(quán)同上。 學(xué)位論文作者簽名：重堂毽 指導(dǎo)教師簽名： 冒期：三彩羅年 日期： “ 了年 f 露“冒 廠月2 7 日 | 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士學(xué)位論文 1 1 研究目的及意義 第一章前言 本論文是研究負(fù)壓脈沖水射流技術(shù)在洗井上的應(yīng)用，提高油井炮孔附近油層滲透 率，產(chǎn)生增產(chǎn)增注效果，提高油田的經(jīng)濟(jì)效益。 油井在采油生產(chǎn)過程和注水過程中，油井井壁會存在結(jié)鹽、結(jié)垢及速敏等現(xiàn)象，這 種現(xiàn)象會帶來各種堵塞物，使得油流通道不能正常流動，這嚴(yán)重影響油井的正常生產(chǎn)。 而且油井在完井生產(chǎn)和修井等作業(yè)過程中，地層也會受到各種污染，這些污染對油層的 傷害十分嚴(yán)重，可導(dǎo)致產(chǎn)油量下降，甚至停產(chǎn)。這些現(xiàn)象在東部老油田表現(xiàn)得更為突出。 因此，如何有效的清除各種井壁堵塞物，從而恢復(fù)和提高油井的產(chǎn)量，成為影響油田特 別是老油田生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。為解決這一問題，油井清洗成為一種必要而有效的手 段。所以，油井洗井技術(shù)己越來越引起人們的重視。 油井的清洗有常規(guī)酸化洗井或注水以及注聚合物等方法，這些傳統(tǒng)的洗井方法雖然 取得一定的效果，但存在很多缺陷，如施工復(fù)雜，成本高，作業(yè)效果不明顯，而且可能 造成新的污染。能不能尋找一種避免這些缺點的洗井技術(shù)成為困擾人們的問題。經(jīng)過研 究人員的不斷努力，終于發(fā)現(xiàn)高壓水射流洗井技術(shù)可以成為最佳的替代技術(shù)。這種技術(shù) 能夠?qū)τ途廴緦舆M(jìn)行有效的清洗，恢復(fù)原產(chǎn)層的滲透率，從而恢復(fù)油井的生產(chǎn)。實踐 證明，高壓水射流洗井確實是一種清潔無污染的洗井方式。 高壓水射流洗井包括空化射流洗井，磨料射流洗井，負(fù)壓脈沖射流洗井等方式。其 中負(fù)壓脈沖射流洗井技術(shù)，由于可以在井筒的有限空間內(nèi)產(chǎn)生極強的負(fù)壓作用，故該項 技術(shù)具有井壁清洗物容易進(jìn)入井筒以及脈沖產(chǎn)生的高低頻振蕩波協(xié)助清除井壁堵塞物 等優(yōu)點。這一點是其他的射流洗井技術(shù)無可比擬的。所以，脈沖射流洗井技術(shù)具有無限 廣闊的發(fā)展前景。 近年來國內(nèi)外對該技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一定程度的進(jìn)展，已經(jīng)有一定數(shù)量的油井 采用了該技術(shù)進(jìn)行洗井。實踐證明，利用脈沖射流洗井確實可以在一定范圍內(nèi)提高油井 的產(chǎn)量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但目前，只是從脈沖射流工藝技術(shù)上有所完善，而對 于脈沖射流使油層增產(chǎn)機理方面的研究卻很少，或者說進(jìn)展緩慢。對于脈沖射流產(chǎn)生的 高低壓脈沖如何提高油層滲透率，到現(xiàn)在還沒有足夠的理論和實驗來計算和加以驗證。 因此，為了促進(jìn)脈沖射流技術(shù)在采油工程中的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，促進(jìn)脈沖水射流 第一章前言 技術(shù)在開發(fā)老油田，提高原油采收率方面的應(yīng)用，滿足技術(shù)攻關(guān)的需要，開發(fā)負(fù)壓脈沖 射流振蕩洗井技術(shù)以提高采收率技術(shù)的理論和實驗研究是十分有意義的。而且這種技術(shù) 與其他技術(shù)相比具有不傷害被清洗的機體，清洗效率高、成本低，同時還不污染環(huán)境等 優(yōu)點。所以脈沖水射流洗井技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。 1 2 本文的研究內(nèi)容與研究方法 在學(xué)習(xí)、借鑒國內(nèi)外專家學(xué)者研究成果和廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外各種洗井 工藝的實際情況，對負(fù)壓脈沖射流洗井技術(shù)進(jìn)行研究。具體研究內(nèi)容如下： ( 1 ) 理論分析負(fù)壓脈沖發(fā)生器水力參數(shù)、振蕩器結(jié)構(gòu)參數(shù)等對負(fù)壓脈沖波幅值的 影響，以及脈沖波在堵塞炮孔中的傳播特點； ( 2 ) 實驗研究負(fù)壓脈沖射流的洗井機理。從實驗的角度具體分析負(fù)壓脈沖射流幅 值、清洗時間對洗井效果的影響規(guī)律以及負(fù)壓對炮孔堵塞物的作用效果； ( 3 ) 設(shè)計負(fù)壓脈沖射流清洗炮孔模擬裝置，實驗研究水力參數(shù)、振蕩腔結(jié)構(gòu)參數(shù) 對負(fù)壓脈沖射流脈動幅值的影響； ( 4 ) 利用炮孔填砂，通過實驗研究負(fù)壓脈沖射流清洗不同堵塞程度的炮孔中的傳 播特點，評價清洗效果。 2 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士學(xué)位論文 第二章國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1 高壓水射流洗井技術(shù)發(fā)展概況 石油行業(yè)是高壓水射流清洗技術(shù)應(yīng)用比較廣泛的行業(yè)。其中高壓水射流用于油井清 洗方面的研究已經(jīng)日益引起人們的重視。油井洗井技術(shù)包括機械清洗，化學(xué)清洗法，高 壓水射流清洗法。其中，傳統(tǒng)的機械洗井方法和化學(xué)清洗方法存在許多缺陷，施工復(fù)雜， 成本高，作業(yè)效果也不是特別明顯。而且有可能對產(chǎn)層造成污染。射流洗井作為一種清 潔、高效、對環(huán)境無污染的清洗技術(shù)，應(yīng)該得到大力推廣。 在國外，以前蘇聯(lián)和美國為代表對高壓水射流應(yīng)用在洗井方面己進(jìn)行了一定的研究 和現(xiàn)場應(yīng)用。并且將高壓水射流技術(shù)與連續(xù)管鉆井技術(shù)結(jié)合在一起，取得了很好的經(jīng)濟(jì) 效益【2 1 。 在國內(nèi)，一些高校和科研單位也在從事高壓水射流洗井方面的研究。中國石油大學(xué) 在研究自振空化射流技術(shù)及處理地層機理的基礎(chǔ)上，研制成功了利用高壓水旋轉(zhuǎn)射流處 理近井地層增產(chǎn)增注技術(shù)。自1 9 9 5 年以來，先后在遼河、勝利、中原等油田5 0 0 多口 油水井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗和應(yīng)用，取得了明顯的效果1 3 j 。中國石油大學(xué)的李根生等人對高 壓水射流處理地層的機理進(jìn)行了分析并進(jìn)行了相關(guān)試驗。高壓水射流深穿透處理地層的 三種機到4 】即低頻旋轉(zhuǎn)水力波、高頻振蕩射流沖擊波和空化噪聲超聲波。實驗室測試了 解堵工具的旋轉(zhuǎn)速度特性、沖擊壓力特性和射流沖擊壓力隨噴距的變化規(guī)律。結(jié)果表明， 隨著噴距的增加，射流沖擊力逐漸減弱。在實驗的泵壓2 0 o m p a 條件下，射流壓力作用 深度可達(dá)0 6 m 以上。經(jīng)遼河油田2 3 口油井現(xiàn)場試驗表明，高壓水射流深穿透解堵技術(shù) 平均單井增油幅度可達(dá)2 0 一5 0 ，有效率達(dá)9 0 以上。是高含水期油田強化生產(chǎn)、增 產(chǎn)增注、提高采收率的一種高效技術(shù)。 水力振動增產(chǎn)的機理就是利用振動原理處理油層的技術(shù)。其基本原理：以水力振動 器作為井下震源下至處理井段，地面供液按一定排量將工作液注入振動器內(nèi)，振動器依 靠流經(jīng)它的液體來激勵、產(chǎn)生水力脈沖波，對油層產(chǎn)生作用，實現(xiàn)振動處理油層【5 j 。 早在1 9 5 7 年，蘇聯(lián)的c m 加奇耶夫就研究了水力振動對地層模型的影響。并且確 定了形成水力脈沖的機理和特性。1 9 6 0 年，c m 加奇耶夫首次進(jìn)行了應(yīng)用水力脈沖波 振動法處理近井地層的礦場試驗。獲得了成功。從1 9 6 7 年起，此法開始應(yīng)用于石油礦 場企業(yè)之中。在1 9 6 7 年至1 9 7 5 年期間，阿塞拜疆、巴什基里亞、克拉斯諾達(dá)爾等油氣 3 第二章國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 業(yè)管理局的油井作業(yè)統(tǒng)計資料表明，應(yīng)用水力脈沖波振動法的經(jīng)濟(jì)效益較好：增產(chǎn)采油 量2 8 0 萬m 3 ，增加注水量2 2 0 0 萬m 3 ，獲得利益4 0 0 萬盧布【6 1 。 早在5 0 年代，美國就開始了聲波增產(chǎn)原油技術(shù)的研究，并且取得了初步成功【7 1 。1 9 5 4 年2 月，博丁博士申請了“提高采油量的聲波系統(tǒng)”的專利。后來，美國圖爾薩大學(xué)的 布蘭登博士接連申請了二十多項聲波增產(chǎn)技術(shù)方面的專利。 美國休斯頓s p o r 公司也研制了一種井下聲波發(fā)生裝置，并在兩口井上試驗成功， 產(chǎn)油量明顯增加。所以，在6 0 年代，美國就把聲波增產(chǎn)技術(shù)列入了采油新工藝的研究 范疇 8 】。世界石油雜志也多次報道了聲波強化采油試驗取得的新進(jìn)展。 在國內(nèi)，一些高校和科研單位也在從事高壓水射流脈沖波洗井方面的研究。中國石 油大學(xué)在研究自振空化射流技術(shù)及處理地層機理的基礎(chǔ)上，研制成功了利用高壓水旋轉(zhuǎn) 射流處理近井地層增產(chǎn)增注技術(shù)。 勝利油田的尹強1 9 j 等人對壓力脈沖的影響因素進(jìn)行了分析并進(jìn)行了室內(nèi)實驗研究。 其利用油層巖樣和地層模擬流體，模擬地層條件，通過多項研究實驗，得出振動時只 有在一定頻率范圍內(nèi)巖樣模擬滲透率有明顯提高。當(dāng)振源的振動頻率選擇在巖樣固有 頻率附近時，才會使巖樣模擬油滲透率有相當(dāng)大的提高。水動力波在油層中傳播，以振 動和沖擊作用激發(fā)振動場內(nèi)的介質(zhì)，使沉積在油層空隙中固體附著物逐漸松動脫落，分 散在液體中被采出液帶走。達(dá)到疏通油層通道的目的。而且脈沖波還可以改善井底地帶 的滲流狀況，實現(xiàn)油井增產(chǎn)。由于機理相同，所以脈沖射流產(chǎn)生脈沖波而達(dá)到使油井增 產(chǎn)的目的。 中原油田的楊永超從動力學(xué)角度對高壓水射流洗井的基本原理、工藝技術(shù)及有關(guān)的 計算方法加以論述。吉林油田的梁春【1 0 】等人利用振動波場的作用經(jīng)濟(jì)有效的利用能量。 勝利油田的牛世龍通過分析近井地帶滲透率下降的原因，介紹了小直徑水力振蕩器的工 作原理、施工工藝、實施效果，指出小直徑水力振蕩器提高油流滲透能力效果比較好， 是一種簡單易行的工藝解堵增產(chǎn)措施。 吉林油田鉆采研究院受國外的啟發(fā)，研究成功了水力振動增產(chǎn)技術(shù)。1 9 9 1 年以來， 經(jīng)在吉林、大港、大慶、玉門等油田應(yīng)用，取得了顯著的增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益。 目前有些學(xué)者從事水力振動解堵技術(shù)的研究，但是對于如何使井筒污染物更輕易的 進(jìn)入井筒的問題還沒有深入地研究。負(fù)壓脈沖技術(shù)洗井正好具有這個優(yōu)點，而且國內(nèi)還 鮮見有關(guān)負(fù)壓脈沖射流洗井技術(shù)的文章。本研究的主要任務(wù)是對負(fù)壓脈沖射流洗井機理 進(jìn)行理論分析和實驗研究，其目的是對負(fù)壓脈沖射流洗井影響因素和洗井工具展開深入 4 地研究，為進(jìn)一步的研究氕匪脈沖射流洗j ：技術(shù)奠定一定的王! i ! 論輩礎(chǔ) 22 負(fù)壓脈沖射流技術(shù)發(fā)展概況 負(fù)壓脈沖射流l 是指住常規(guī)洗井、鉆片等過程巾利用璉接在管柱間的負(fù)壓脈沖射 流調(diào)制器調(diào)制射流使其能夠在井底附近壓域內(nèi)產(chǎn)生脈動性低壓。 負(fù)壓脈沖射流調(diào)制器調(diào)制射流產(chǎn)生脈動低壓的基本 作原理足在內(nèi)部安裝開關(guān) 閥，周期性阻斷鉆柱內(nèi)流體的流動( 如圖2 - 1 ) ，調(diào)制射流使得井底壓力產(chǎn)生閣期性的瞬 間降低。在丌關(guān)閥吼斷流動瞬f u 】，井底附近區(qū)域內(nèi)的流體在慣性作劇f 繼續(xù)流動，這就 使得該區(qū)域內(nèi)瞬叫產(chǎn)生脈動低壓。 一f 2* 晗一流 妙“洲衄 喇 圖2 - 1 負(fù)壓脈沖射流工作原理圖 f i 9 2 - i t h ep r i n c i p l e m a p o f t h en e g a t i v ep r e s s u r ep u l s e j e t 負(fù)壓脈沖射流的調(diào)制機理l ”1 分為壓力波調(diào)制和剪切波整流兩人類。低壓脈沖射流調(diào) 制足指淹沒條什下使噴速瞬f aj 發(fā)生變化，促使射流中產(chǎn)生壓 波的激勵過程。剪切波整 流是通過一定模態(tài)和頻率的擾動促使射流t - 具有相關(guān)頻率的不穩(wěn)定剪切渡得以發(fā)展、合 并最終形成大渦環(huán)的激勵方法。前者調(diào)制壓力波，屬j ：縱波整流，射流中u f 產(chǎn)生頻率相 對固定的壓力波；后者調(diào)制的足渦，屬于波渦耦臺整流范疇，射流巾靜壓力變化不大， 速度或動壓力發(fā)塵波動，波動振幅有限頻帶寬。 因此，若使射流產(chǎn)生一定頻率的壓力脈動，必須采取壓力波整流。壓力波動在管道 輸運 程巾是極力設(shè)法避免的有古現(xiàn)敦，如管道流在某處瞬f u 】肩閉時，則在上f 游產(chǎn)生 水擊增壓波或降壓波，容易導(dǎo)斂j ：f 游管道的破裂。而負(fù)壓脈沖射流的調(diào)制正足利用 這一瞬變流原理柬調(diào)制射流產(chǎn)生低壓波，將其心用于鉆撲r 程i l “，變害為利，從而改變 j # 底巖石的壓力狀態(tài)以促進(jìn)鉆j f 速度的提高。根據(jù)瞬t 變流原理j l ，管道1 4 的壓力波動與 4 一 一 如 腎址 鉆 荒茸寶開醚 第二章國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 流體性質(zhì)和流動狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)流量產(chǎn)生瞬間變化時，下游產(chǎn)生的水擊壓力波動可由動量 原理得出： p ：冊a v 0 + ! 亞坐) ( 2 - i ) p 一一介質(zhì)密度，k g m 3 ； a 一一波速，m s ； a v 一一速度變化，m s ： v 。一一初始速度，m s 。 其中波速同樣由動量定理得出： 日2 = 百可e 麗p 函面 2 2 ) 1 + ( e 彳) ( 鮒尸) 。 e 一一流體體積彈性模量，砌； 彳一一流道截面積，m 2 ； m 一一壓力引起的流道截面積的變化，； 卸一一壓力差，砌。 對于剛性流道削0 ： a 4 e p ( 2 - 3 ) 對于剛性流道中流速變化與水擊壓力波的關(guān)系： 凹圳廊+ 耢， 泣4 ， 當(dāng)流動瞬間變化a v = 一v o 時 胛= a v , p e ( 2 - 5 ) 式( 2 5 ) 給出了流動瞬間停止和開啟時等直徑剛性流道下游產(chǎn)生的壓力升降值。 因壓力波為縱波，所以實際產(chǎn)生的水擊壓力大小與流動啟閉過程的持續(xù)時間f 關(guān)系很大， 而且不同時刻不同位置處的壓降值直接由壓力波和反射波的疊加確定。如下游限流流道 的長度為三，當(dāng)t l a 時，壓力波尚未傳到末端，無反射波，壓力值與位置有關(guān)，閥門 處最大。假設(shè)鉆頭短節(jié)內(nèi)有一定速度的鉆井液，在調(diào)制器開關(guān)閥瞬間關(guān)閉時，根據(jù)式 6 中國石油大學(xué)( 華東) 碩上學(xué)位論文 ( 2 11 ) 估算，當(dāng)a v = l o m s 時( p = 1 0 4 0 k g m 3 ，e = 2 o g p a ) ，印= 1 4 4 2 m p a ，可見1o m s 流速的動量變化產(chǎn)生的瞬間脈動低壓幅值理論上高達(dá)1 4 4 2 m p a 。 負(fù)壓脈沖射流首先于上世紀(jì)的5 0 年代初期應(yīng)用在石油鉆井中，但是由于鉆井設(shè)備、 鉆井工具等條件的限制，該技術(shù)并沒有得到廣泛應(yīng)用。隨著鉆井向著深部地層發(fā)展以及 鉆井設(shè)備的更新，負(fù)壓脈沖射流鉆井技術(shù)又逐漸成為各國研究的熱點【1 7 】。由于鉆井工藝 以及設(shè)備材料等條件的限制，負(fù)壓脈沖射流鉆井技術(shù)在國內(nèi)還處于發(fā)展階段。中國石油 大學(xué)( 華東) 高壓水射流研究中心對負(fù)壓脈沖射流提高鉆速的機理做了大量的研列1 8 j ， 認(rèn)為負(fù)壓脈沖射流可以降低待破碎巖石強度，消除井底巖屑的“壓持效應(yīng)”。目前，負(fù) 壓脈沖射流在洗井方面的應(yīng)用還未見報道，本文通過理論分析與實驗相結(jié)合的方法來研 究負(fù)壓脈沖射流的洗井機理，對負(fù)壓脈沖射流洗井裝置的設(shè)計與應(yīng)用提供依據(jù)。 2 3 低頻水力振動洗井機理 低頻水力振動技術(shù)是利用地下的人工震源及其配套設(shè)備產(chǎn)生高能振動，形成強大的 低頻聲場和水波振動場，利用低頻波穿透力強、衰減小、傳遞遠(yuǎn)等特點，穿透地層傳播 到很遠(yuǎn)的儲油層，從而在油層中形成共振駐波，反復(fù)振動、振蕩、疏通滲流通道，改善 油藏的滲流特性，降低油、水、生油巖之間的界面張力，改善原油特性、降粘、降凝， 并使原油迅速向聲源方向( 井筒) 流動，從而提高油井產(chǎn)量和原油采收率1 9 】。其具體機 理簡述如下。 2 3 1 低頻水力振動對油層巖石的造縫作用 低頻脈沖波可使巖樣形成網(wǎng)狀微裂縫和少量宏觀裂縫，這里從波動力學(xué)、材料斷裂 力學(xué)和巖石力學(xué)等方面來分析解釋。強大的低頻脈沖波由于在地層中衰減系數(shù)小，傳播 距離遠(yuǎn)，就給地層巖石及孔隙介質(zhì)內(nèi)的油水較強的沖擊振動力，并使孔隙中流體產(chǎn)生加 速度【1 2 1 。對于油層巖石來說，由于長期的地質(zhì)學(xué)作用，存在斷層、裂縫、層理及微裂隙， 可把油層巖石視為非連續(xù)均勻材料( 介質(zhì)) ，從而可應(yīng)用材料力學(xué)和斷裂力學(xué)理論來分析 脈沖波的造縫機理。材料力學(xué)和斷裂力學(xué)理論指出，在高速加載 沖擊) 條件下，材料 的斷裂強度明顯降低，最大應(yīng)力值般低于靜載作用下的抗拉強度。在強大的脈沖波的 沖擊載荷作用下，地層巖石的疲勞強度遠(yuǎn)低于靜水柱壓力載荷的疲勞強度，這種脈沖振 動作用使得非連續(xù)均勻的巖石產(chǎn)生相對撕裂的剪切應(yīng)力，當(dāng)超過巖石的抗疲勞強度，就 會產(chǎn)生微裂縫或宏觀裂縫，且可以高速向前擴(kuò)展，這種擴(kuò)展直至沖擊力與巖石的疲勞應(yīng) 第二章國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 力相平衡時，才會停止。由于低頻脈沖波可傳播到遠(yuǎn)井地帶還保持一定的作用強度，故 可疏導(dǎo)遠(yuǎn)井地層，產(chǎn)生一系列的解堵、增滲、強化采油及增注效果。 2 3 2 低頻水力振動對界面特性的影響 低頻脈沖波振動可改變油層孔隙介質(zhì)中固一液、油一水界面狀態(tài)及毛管力束縛作 用，使油、水重新分布和運移。油層砂巖包括巖石顆粒、充填粘土礦物、飽和的油氣水 等復(fù)雜的介質(zhì)體系。它們的密度等物理性質(zhì)不同，脈沖聲波作用時其聲阻抗不同，產(chǎn)生 的振動加速度和速度各有差異，從而在固一固( 粘一膠結(jié)物) 、固一液、油一水一氣相界 面上產(chǎn)生剪切應(yīng)力j 聲阻抗差異越大( 如固體與液體) ，接觸面上剪切應(yīng)力就越大，結(jié)果 就出現(xiàn)如下效應(yīng)： ( 1 ) 巖石顆粒表面粘土膠結(jié)物被振動脫落，孔喉充填橋狀粘土微粒會松動和遷移， 解除孔喉道堵塞，擴(kuò)大孔隙半徑，改善孔隙連通性。 ( 2 ) 改變固液界面動態(tài)，克服巖石顆粒表面對原油的吸附親合力，使油膜從顆粒 表面脫落。 ( 3 ) 改變孔隙介質(zhì)中油、水、氣界面動態(tài)，克服毛管力的束縛滯留效應(yīng)，并使油 珠、油柱狀分散的剩余油重新分布、聚并，便于排驅(qū)出來。 ( 4 ) 降低油水界面張力，國外實驗證實 2 0 1 ，在聲振動場中，油水界面張力降低2 3 個數(shù)量級，達(dá)到l o 4 1 0 巧n m 低界面張力驅(qū)油界限。 2 3 3 低頻水力振動改善孑l 隙附面層的結(jié)構(gòu) 當(dāng)液體在孔隙中流動時，由于液體的粘性和壁面的吸附作用，緊貼壁面的一層液體 流速為零，我們把壁面到均勻流速層間的液體層稱附面層。附面層受到某些作用( 如振 動、流動截面改變等) 時會變薄或與壁面分離。聲場對附面層有以下三方面作用【2 1 】： ( 1 ) 反射作用。當(dāng)聲波自液流入射時，遇到壁面將發(fā)生反射，反射波推動附面層 內(nèi)的液體流動，降低附面層厚度。 ( 2 ) 振動作用。入射波和反射波的迭加以及聲波振幅的變化都使附面層內(nèi)液體受 到振動而與壁面分離。 ( 3 ) 剪切作用。由于附面層與巖石這二者的彈性模最不同，其聲阻、振動速度和 加速度都不同，聲波使巖石與附面層之間產(chǎn)生一個剪切力，促使附面層與壁面分離。因 為聲波對附面層的上述作用，相應(yīng)擴(kuò)大了液體流道，加快了液體流速，提高油層滲透率。 2 3 4 低頻水力振動對原油流變- 陛的影響 r 中國石油大學(xué)( 華東) 碩上學(xué)位論文 負(fù)壓脈沖波在地層中傳播時，其衰減的能量轉(zhuǎn)化為熱能，這種熱能被原油吸收，同 時在不同介質(zhì)的分界處，邊界摩擦使油體溫度升高。并且負(fù)壓脈沖頻率越高，振動越劇 烈，吸收效果越好。 邊界摩擦除了對原油產(chǎn)生局部加熱作用，在原油與結(jié)蠟層、管壁及巖石的分界面處， 由于振動速度的巨大差異，使得原油與結(jié)蠟層、管壁及巖石分界面之間發(fā)生摩擦，產(chǎn)生 局部高溫，導(dǎo)致原油粘度的降低。對于粘度較大的原油，吸收系數(shù)大，所造成的局部溫 升是十分可觀的【2 2 1 。 而且交變的振動作用加速了原油中大、小分子之間的相對運動，使原油的結(jié)構(gòu)發(fā)生 變化，甚至使部分大分子斷裂為小分子，從而降低原油的粘度2 3 1 。 所以經(jīng)低頻振動處理后的原油其粘度下降明顯，這是負(fù)壓脈沖射流產(chǎn)生的低頻振動 從而改善采油、提高油井產(chǎn)量的主要機理之一。 2 4 負(fù)壓脈沖射流洗井機理 井底負(fù)壓脈沖射流洗井裝置可以在炮孔附近一個圈閉的空間里產(chǎn)生相對負(fù)壓，這樣 在油層和井底之間、井底和井口之間，就產(chǎn)生了一個附加壓力差。在此負(fù)壓差的誘導(dǎo)作 用下，油層中的流體迅速流至井底，把油層和井壁上的雜質(zhì)攜帶至井筒，進(jìn)而流到地面， 從而解除了井壁污染，疏通了井壁周圍油層的孔隙孔道，改善了滲流狀況，提高了油層 的滲流性，有利于流體滲濾，達(dá)到最終提高油井產(chǎn)量的目的。 井底靜液柱壓力與地層孔隙壓力之間的壓差是影響洗井效果重要因素之一。其主要 原因是井底壓力差對剛清洗污染物具有阻礙作用【2 4 1 。影響了污染物的及時排泄。從而大 大降低了洗井裝置的清洗效率。在低滲透性巖層清洗時，壓差對清洗效果的影響比高滲 透性巖層內(nèi)的影響更大，這是由于洗井液更加難以深入低滲透性的巖層孔隙中，不能及 時平衡清洗巖層的表面的壓力差。負(fù)壓脈沖射流洗井能有效避免這種壓差效應(yīng)，從而有 效的提高洗井效果。這一優(yōu)點也是與普通射流清洗油井所不同的。 就脈沖射流的洗井機理的負(fù)壓作用【2 5 】主要可簡述如下： ( 1 ) 凈化作用：施工過程中，工作介質(zhì)在連續(xù)交變壓力作用下，油流通道中會產(chǎn) 生“水擊”現(xiàn)象，被圈閉的流體在負(fù)壓作用下，迅速地沖向井腔，有效地剝蝕套管孑l 壁 上的沉積物，使射孔部分的孔道堵塞物疏通，在瞬間負(fù)壓的作用下，促使擠入油流通道 中的介質(zhì)全部流入井筒，繼而排到地面，從而達(dá)到凈化滲流通道，解除t l i i 堵塞的目的。 ( 2 ) 清洗作用：在負(fù)壓反復(fù)產(chǎn)生的條件下，油層受干擾的近井地帶保持相當(dāng)高的 9 第二章國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 最大壓力梯度，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一次負(fù)壓條件下的壓力梯度。且最大壓力梯度不是發(fā)生在井 壁上，而是發(fā)生在接近井壁的近井地帶，并隨著深入地層內(nèi)部而消失。由于從時間上與 瞬間井底負(fù)壓相吻合，所以減少了空隙空間基巖上的壓緊力，更有利于分散相從油層流 向井腔，實現(xiàn)對地層的清洗，解除孔隙堵塞的目的。 ( 3 ) 疲勞效應(yīng)：巖石在交變壓力下發(fā)生破壞時，最大應(yīng)力值一般低于靜荷載作用 下巖石的抗拉強度。施工過程中負(fù)壓的反復(fù)產(chǎn)生，圈閉的流體沿最小水平主應(yīng)力的垂直 方向沖向井腔，起到拉開巖石的楔子作用，這樣，易于巖石造成微裂縫。 ( 4 ) 擴(kuò)展效應(yīng)：在疲勞效應(yīng)下造成的微裂縫。繼續(xù)承受交變壓力時，會使原裂縫 擴(kuò)展、微裂縫擴(kuò)展。這樣在近井地帶，由于負(fù)壓的不斷產(chǎn)生，將造成若干微裂縫，從而 提高地層的滲透率，改善其滲流性能。 ( 5 ) 排擠效應(yīng)：堵塞地層的乳化物、殘余水，在周期性負(fù)壓的作用下將會被排出， 而堵塞地層的顆粒則在正反方向的荷載作用下，被推移到裂縫和孔隙的窄道和擴(kuò)展處， 有助于顆粒脫離原位置而被破壞，從而增強流體的流動性。 從滲流力學(xué)的角度我們也可以看出流體的流量與壓差成正比例關(guān)系。從滲流力學(xué)2 6 】 中的達(dá)西公式： d ：竺彳竺( 2 6 ) u l 其中q 代表通過砂巖的流量，p 代表兩滲流截面間的折算壓力差。所以從公式2 - 6 中可以看出q 與廿呈正比例關(guān)系。既滲流量的大小與兩端壓差呈線性關(guān)系，兩端壓差 越大，滲流量就越大。由此可以從滲流學(xué)的角度證明了負(fù)壓脈沖在清洗巖層表面產(chǎn)生的 負(fù)壓差有利于液體的流動，從而增加了流入井筒中液體的流量。 2 5 本章小結(jié) 本章通過對高壓水射流洗井技術(shù)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，水射流洗井可以清洗井底炮孔及周圍 區(qū)域，清除炮孔堵塞物，提高產(chǎn)層滲透率，對油水井增產(chǎn)增注、提高油田經(jīng)濟(jì)效益具有 重要作用。另外，為了提高洗井效果，國內(nèi)外專家學(xué)者還對低頻水力振動技術(shù)等技術(shù)做 了深入研究，并對其洗井機理做了分析。負(fù)壓脈沖水射流可以在井底局部空間產(chǎn)生負(fù)壓， 炮孔中的堵塞物更容易被誘導(dǎo)流出，對炮孔的沖洗效果更好。但是對負(fù)壓脈沖射流的研 究主要集中在鉆井領(lǐng)域，在其洗井上的研究很少，本文通過理論分析和實驗，對負(fù)壓脈 沖發(fā)生器水力參數(shù)、振蕩器結(jié)構(gòu)參數(shù)等對負(fù)壓脈沖波幅值的影響，以及脈沖波在堵塞炮 1 0 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士學(xué)位論文 孔中的傳播特點等進(jìn)行研究，給負(fù)壓脈沖射流洗井技術(shù)的研發(fā)提供依據(jù)。 第三章負(fù)壓脈沖射流洗井工作原理及理論分析 第三章負(fù)壓脈沖射流洗井工作原理及理論分析 負(fù)壓脈沖射流能夠有效的清洗油井中炮孔里的堵塞物，使得油流通道暢通，是油水 井增產(chǎn)增注的一個重要途徑。負(fù)壓脈沖幅值是影響負(fù)壓脈沖射流清洗效果的一個重要參 數(shù)，研究負(fù)壓脈沖發(fā)生器水力參數(shù)、振蕩器結(jié)構(gòu)參數(shù)等對負(fù)壓脈沖波幅值的影響規(guī)律， 評價炮孔不同深度處負(fù)壓脈沖射流的作用效果，對于負(fù)壓脈沖發(fā)生工具進(jìn)行改良具有一 定的指導(dǎo)意義。 3 1 負(fù)壓脈沖射流洗井工作原理 負(fù)壓脈沖射流發(fā)生器是用振動法激活油層的一種有效工具。用油管將脈沖發(fā)生器下 到油井的油層段，脈沖發(fā)生器的上下阻流保壓接頭將井筒“封隔”在井下的環(huán)形空問內(nèi)， 在該空間內(nèi)產(chǎn)生液壓振動波，此振動波穿過套管的射孔孔道以強烈的交變壓力作用于油 層，在油層內(nèi)產(chǎn)生周期性的張壓應(yīng)力。該交變應(yīng)力的大小可認(rèn)為是負(fù)壓脈沖的幅值的大 小，該幅值的大小決定了對油層的作用效果。油層炮孔內(nèi)的堵塞物在負(fù)壓脈沖射流的作 用下會發(fā)生破壞，從油層中破碎成小顆粒并隨液流排出油層通道。 一、 8 i 1 水泥環(huán)2 油管3 污染帶4 阻流保壓上接頭5 振蕩腔 6 脈沖發(fā)生器7 阻流保壓下接頭8 噴嘴9 炮孔 圖3 - 1 負(fù)壓脈沖射流洗井工作原理圖 f i 9 3 - 1 o p e r a t i n gp r i n c i p l ep i c t u r eo f w e l lw a s h i n gw i t hn e g a t i v ep r e s s u r ep u l s ej e t 負(fù)壓脈沖射流洗井的工作原理如圖3 1 所示。負(fù)壓脈沖發(fā)生裝置下至井底炮孔堵塞 的位置，發(fā)生器上端用阻力保壓上接頭封隔，下端是旋轉(zhuǎn)噴頭，下接頭連接在噴頭下端， 上下接頭中間形成振蕩腔，發(fā)生器產(chǎn)生的負(fù)壓脈沖射流在振蕩腔內(nèi)振動產(chǎn)生振動波，其 對封隔的污染炮孔產(chǎn)生巨大的沖擊作用，振蕩腔內(nèi)的液體從上接頭流出，上接頭從而起 12 中國石油大學(xué)( 華東) 碩上學(xué)位論文 到阻力保壓的作用。 在井下負(fù)壓脈沖射流清洗機理主要作用包括：( 1 ) 炮孔的堵塞物在負(fù)壓脈沖射流產(chǎn)生 的交變應(yīng)力作用下，炮孔內(nèi)部堵塞物抗壓強度下降，使得堵塞物容易破碎，然后流入井 筒后排出。( 2 ) 負(fù)壓脈沖射流能夠在井下產(chǎn)生有利于污染物排出的負(fù)壓作用，在這種負(fù) 壓作用下，被沖蝕脫落的顆粒更容易進(jìn)入井筒。 3 2 負(fù)壓脈沖射流發(fā)生器壓力脈沖幅值計算 針對井下負(fù)壓脈沖射流的壓力幅值究竟如何從理論上進(jìn)行計算，是本文研究的問 題。對負(fù)壓脈沖射流洗井情形可做簡化，即截面1 1 是綜合考慮脈沖發(fā)生器與旋轉(zhuǎn)噴頭 接頭以及接頭噴嘴的截面變化，截面2 2 是考慮井底封隔振蕩腔截面變化，截面3 3 是 考慮振蕩腔與炮孔直徑的差異，炮孔中的砂粒足模擬炮孔堵塞物，腔室上的噴嘴直徑是 考慮阻流保壓接頭與井眼直徑的差值。如此簡化可得負(fù)壓脈沖射流洗井示意圖如圖3 1 所示。 筆者認(rèn)為可以將脈沖射流的產(chǎn)生過程分為脈沖發(fā)生器連通和阻斷兩個過程。對連通 和阻斷兩個過程的炮孔尾端位置處的水力壓力分別進(jìn)行計算。脈沖幅值可以認(rèn)為是連通 和阻斷時炮孔尾端位置處的靜壓力差值。 模擬出水口 振蕩腔室 l l 圖3 2負(fù)壓脈沖射流洗井示意圖 f i 9 3 - 2 s c h e m a t i cf i g u r eo ft h ew e l lw a s h i n gw i t hn e g a t i v ep u l s ej e t 經(jīng)過負(fù)壓脈沖射流發(fā)生器產(chǎn)生的負(fù)壓脈沖射流經(jīng)過振蕩腔室和炮孔后，到達(dá)炮孑l 尾 端的脈沖壓力是經(jīng)過壓力損失的最后靜壓力，從圖3 2 可以看出，當(dāng)脈沖發(fā)生器連通和 阻斷時，炮孔尾段必然有一個壓力差值。通過研究這個壓力差值的影響因素，也就是負(fù) 壓脈沖幅值的影響因素，從而模擬射流在井底產(chǎn)層油流通道的實際情況，尋找規(guī)律，對 現(xiàn)場應(yīng)用起指導(dǎo)作用。 1 3 第三章負(fù)壓脈沖射流洗井t 作原理及理論分析 ( 1 ) 流體在斷面1 1 的局部壓力損失 由工程流體力學(xué)中的反映突然擴(kuò)大的局部水頭損失的包達(dá)公式2 7 】知： 辦廣型：上( 1 - v 2 ) 2 v 1 2 川 2 92 9 - ( 1 一瓦v t pv 1 2 _ 1 瓦 所以鼽= 勺i = p g x 氧丟= 圭p ( 一籌) 2 評 又此處的h = 籌v 樅腎新一器凈2 卻2 = 舡甜等 式中 鋤一一流體在斷面1 - 1 處的壓力損失，p a ； p 一一流體密度，k g m 3 ； 叫- - i r 面1 - 1 腔室入口內(nèi)徑，m 破一一截面2 - 2 腔室內(nèi)徑，m ； d 一一負(fù)壓脈沖射流發(fā)生器入口內(nèi)徑，聊； v 一一負(fù)壓脈沖射流發(fā)生器入口液體流速，m s ； 磊一一局部阻力系數(shù)； v 。一一振蕩腔入口液體流速，m s ； v 2 一一振蕩腔內(nèi)液體流速，m s ； ( 2 ) 流體在振蕩腔中沿程壓力損失 ( 3 1 ) ( 3 - 2 ) 中國石油大學(xué)( 華東) 碩上學(xué)位論文 雷諾羝= 7 v d = 面4 q = 羔器= 1 8 4 0 0 0 ) 2 0 0 0 所以水在管中流動呈紊流狀態(tài) 又裝置是鑄鐵管，所以管表面的平均絕對粗糙度值a = 1 0 1 5m m 取a = 1 2 m m 所以 對應(yīng)紊流的水力粗糙類有： 6 6 5 7 6 5 l g s：= 6 6 5 - 7 6 5 1 9 0 0 3 8 ：= 16 0 8 6 o 0 3 8 所以管中水力流動的雷諾數(shù)r e ) 1 6 0 8 6 管中液體的流動屬于水力粗糙類 由水力摩阻的經(jīng)驗公式得水力摩阻： 五2 殍1 上式中d = d ， 管路的沿程水頭損失計算公式t 。= 五三d 墮2 9 得 所以 5 罔1 即a p 2 = 7 乃la p 2 = p g h 門 又此處速度= i a v 蚣償罔1 p 9 1 2 3 “ 7 d 2 妻筆v z ：c 2 v z 七- v 一= l ，v 一 吐52 9 2 1 5 ( 3 3 ) ( 3 4 ) 3 on 9 一 2 一 d l 一2 o 一6 = 2 2 2 = 一d = 吒堙厶一攻 一掘 厶一以 v 一彰 = 硼。罔1 專騫 式中 a p 2 一一流體在振蕩腔中的沿程壓力損失，p a ； d 一一管表面的相對粗糙度； 一一管表面的平均絕對粗糙度，所垅； ( 3 ) 流體在截面3 - 3 的局部壓力損失 對于突然縮小的局部水頭損失沒有現(xiàn)成的公式，仿照突然擴(kuò)大的局部水頭損失推導(dǎo) 圖3 3 管路突然縮小 f i 9 3 3 s u d d e n l yr e d u c e dp i p e l i n e 由連續(xù)。i 啪- p a z v 2 = 尸鳴屹j 吃= 孚b “2 再由動量方程：p 2 a ：- p ：( 4 一彳3 ) 一見4 = p q ( v ，一v 2 ) j ( p 2 一乜) 4 = p q ( v 3 一屹) j ( p 2 一p 3 ) = p y 3 ( y 3 一v 2 ) 根據(jù)能量方程得：旦+ 旦：旦+ 旦+ h y2 9y 2 9 j 將式( 3 5 ) 、( 3 6 ) 代入式( 3 7 ) 得： 1 6 ( 3 5 ) ( 3 6 ) ( 3 7 ) 絲二堡j ，蘭2 二旦2 中國石油大學(xué)( 華東) 碩士學(xué)位論文 p v 3 ( v 3 一v 2 ) 2 9p g ( 屹一屹) 2 一( 屹一心) 2 2 92 9 即突然縮小的局部水頭損失h j = 又v 3 = 則c 3 勺z = ( v 2 一v 3 ) 2 2 9 = ( 1 2 9 + ( v 2 一屹) 2 舟甜蠆d 4 兒 2 9 v ；一諺 2 9 式中p ，一一流體在振蕩腔出口處壓力損失，p a ； 屹一一在振蕩腔出口處液體流速，m s ； 以一一振蕩腔出口內(nèi)徑，m 。 ( 4 ) 流體在炮孔中的滲流 由達(dá)西公式q ：_ ka 墼 諱l 2 又v 滲流= 卸。= 觚= 則g = d 2 d 2 炮孔 d 2 炮扎 照一c 4 v k 1 7 2 流 ，；一2 v 3 v 2 + v ； 2 9 ( 3 8 ) ( 3 - 9 ) ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) 2 3 礦 2 、l ， 壘屹 一i l 諺西 p 彰一 礦 擴(kuò)一霹 一司v l l 彰一 i k 一 = q 一彳 生 絲k 一哿 = 墮k 第三章負(fù)壓脈沖射流洗井下作原理及理論分析 脈沖發(fā)生器上游的壓力p 。與其位置的流體流速v 的關(guān)系可推導(dǎo)如下： 表3 - 1工具壓降與下游壓力關(guān)系表 t a b l e 3 1r e l a t i o no ft h eu p s t r e a mp r e s s u r ea n dt h ed o w n s t r e a mp r e s s u r e p l ( p a ) 4 1 0 6 6 1 0 6 8 1 0 6 1 0 1 0 6 p z ( p a ) 3 6 1 0 65 4 1 0 67 4 1 0 69 2 1 0 6 由以上實測數(shù)據(jù)可得：p 2 = 0 9 3 p 。一o 1 3 x 1 0 6 又對脈沖發(fā)生器上游和下游列能量方程得： +墮：乞+旦+墮+玩2g 2 y2 9 d 6 圖3 - 4 負(fù)壓脈沖發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 f i 9 3 4 t h ei n n e rs t r u c t u r eo ft h en e g a t i v ep r e s s u r ep u l s ej e tm o d u l a t o r ( 3 1 2 ) 其中：d l = 4 5 m m ，破= 7 5 m m ，以= 6 0 m m ，d 42 7 5 r a m ，d 55 4 0 r a m ，哦2 1