石油工程高壓水射流技術(shù)ppt

石油工程高壓水射流技術(shù)

WaterJetTechnologyinPetroleumEngineering主要內(nèi)容第一章射流動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算第二章石油工程水射流技術(shù)第三章水射流技術(shù)工業(yè)應(yīng)用第四章結(jié)論和前景展望第一章射流動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算

§1-1緒論

§1-2淹沒(méi)水射流結(jié)構(gòu)特性

§1-3水射流類型與作用機(jī)理

§1-4水射流動(dòng)力學(xué)計(jì)算§1-1緒論一、水射流技術(shù)原理與發(fā)展概況

高壓水射流技術(shù)是近二、三十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門新技術(shù)，目前正越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于煤炭、石油、化工、冶金、船舶、航空、交通、建筑等工業(yè)部門，用以清洗、除垢、切割、破巖等，顯著提高工效，降低成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。1.基本原理

高壓水射流，是以水為介質(zhì)，通過(guò)高壓發(fā)生設(shè)備增壓獲得巨大能量，經(jīng)一定形狀的噴嘴噴出的一股能量集中的高速水流。2.發(fā)展概況

50’s～60’s:探索和實(shí)驗(yàn)階段

50年代，人們從水力采煤和高速飛機(jī)的雨蝕現(xiàn)象中認(rèn)識(shí)到，提高射流壓力和速度能夠沖蝕較堅(jiān)硬物料，并顯著提高落煤效果，從而開始了較高壓力設(shè)備的研制和較高壓射流的實(shí)驗(yàn)。

60’s～70’s:基礎(chǔ)設(shè)備研制和水力清洗

60年代初，隨著較高壓力柱塞泵和增壓器的問(wèn)世，開始研究射流動(dòng)力學(xué)特性和噴嘴結(jié)構(gòu)。水力清洗受到重視。70’s～80’s:工業(yè)試驗(yàn)和應(yīng)用

60年代末70年代初，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金資助了一項(xiàng)龐大的研究計(jì)劃，旨在尋求一種高效的切割破巖方法（Maurer,1980），研究人員提出并試驗(yàn)了25種新方法，如電火花、電子束、激光、火焰、等離子體、高壓水射流等，最后專家們一致公認(rèn)最可行有效的是高壓水射流破巖方法，后來(lái)也只有這種方法得到了實(shí)際應(yīng)用。進(jìn)入70年代，各國(guó)開始大力研究高壓水射流技術(shù)，使該技術(shù)進(jìn)入了迅速發(fā)展的新階段。這期間，研究的重點(diǎn)是水射流破巖機(jī)理、脈沖射流特性及水射流在切割、破巖、清洗上的應(yīng)用，開始出現(xiàn)了水力輔助機(jī)械破巖、空化射流、磨料射流、間斷射流等新型射流技術(shù)。80’s～現(xiàn)在:新型高效射流，迅速發(fā)展進(jìn)入80年代以來(lái)，隨著激光測(cè)速、高速攝影、流體顯形、數(shù)值模擬等先進(jìn)測(cè)試和研究手段的進(jìn)步，高壓水射流技術(shù)研究和應(yīng)用得到更迅速發(fā)展。磨料射流、空化射流、脈沖射流、水力輔助機(jī)械破巖技術(shù)和基礎(chǔ)理論、切割機(jī)理、影響因素研究和分析進(jìn)一步深入，并出現(xiàn)了氣水射流、液態(tài)金屬射流、液態(tài)氣（空氣、氮?dú)?、二氧化碳?xì)猓┥淞?、冰粒射流等特種射流，其應(yīng)用范圍也由當(dāng)初的采礦、破巖、鉆孔、清洗、除垢發(fā)展到金屬和超硬材料切割、表面處理、研磨等應(yīng)用領(lǐng)域涉及煤炭、石油、冶金、化工、船舶、航空、建筑、電力、紡織、交通、市政醫(yī)學(xué)等十幾個(gè)工業(yè)部門及核廢料、海洋等危險(xiǎn)惡劣工作環(huán)境，自動(dòng)化程度切和切割精度有了顯著提高。

學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和活動(dòng)

1.國(guó)際水射流技術(shù)協(xié)會(huì)(InternationalSocietyofWater

JetTechnology)：InternationalSymposiumonJet

CuttingTechnology,BHRA,1972--2000,15屆。

2.美國(guó)水射流技術(shù)協(xié)會(huì)(WaterJetTechnologyAssoci.)：

AmericanWaterjetConference,1981-01,11屆。

3.日本水射流技術(shù)學(xué)會(huì)(WaterJetTechnologySocietyof

Japan)：PacificRimInternationalConferenceon

WaterjetTechnology,1987--2000，6屆。

4.中國(guó)勞動(dòng)保護(hù)學(xué)會(huì)水射流技術(shù)專業(yè)委員會(huì)：

全國(guó)水射流技術(shù)研討會(huì)，1979--2001，11屆。二、水射流分類高壓水射流種類很多，分類方法也多種多樣，常用的以下幾種：1、按驅(qū)動(dòng)壓力壓力等級(jí)壓力范圍(Mpa)泵類型低壓0.5~20離心泵,柱塞泵中壓20~70柱塞泵,增壓器高壓70~140柱塞泵,增壓器超高壓140~400增壓器,水炮2、按射流介質(zhì)

牛頓流體:水,空氣；非牛頓流體:聚合物(CMC,PAM),泥漿。3、按環(huán)境介質(zhì)淹沒(méi)射流:在水中或其他液體中噴射；非淹沒(méi)射流:

水在空氣中噴射。4、按射流水力學(xué)特性穩(wěn)定射流:

各斷面流力特性不隨時(shí)間變化，僅隨位置變化；不穩(wěn)定射流:

各斷面流力特性不僅隨時(shí)間變化，且隨位置變化。5、按固壁條件

自由射流:

無(wú)固壁限制；

非自由射流:

有固壁約束。6、按施載方式

連續(xù)射流:開始峰值，后穩(wěn)低；

沖擊射流:

短時(shí)峰值；

混合射流：二者之間。7、按介質(zhì)相

單相射流：水，PAM+Water；

多相射流：Gas-Liquid,Solid-Liquid.三、水射流特性與應(yīng)用1.特點(diǎn)（Feature)優(yōu)點(diǎn)：1.水源豐富，成本低；

2.冷卻、滅塵、潤(rùn)滑；

3.精密切割、切口平整；

4.水切削、排屑；

5.工作參數(shù)（P、Q）易調(diào)；

6.遙控：危險(xiǎn)惡劣環(huán)境；

7.可移動(dòng)。缺點(diǎn)：1.功率消耗大；

2.水濺、潮濕;3.高壓部件:泵、密封、噴嘴、管、閥壽命.2.應(yīng)用(Applications)主要五個(gè)方面:1.工業(yè)切割;2.挖掘,開采,鉆探;3.巖石切割，掘進(jìn);4.表面清洗，除垢，處理;5.材料破碎。十多工業(yè)部門：煤炭石油礦業(yè)煉油化工電力交通鐵道船舶冶金機(jī)械輕工土木建筑民用軍工航天核工醫(yī)療醫(yī)學(xué)四、水射流系統(tǒng)與參數(shù)1.系統(tǒng)組成

（1）壓力源:高壓泵、增壓器、水炮等;（2）執(zhí)行和控制機(jī)構(gòu):閥、管路、噴嘴、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（3）工件（靶物)。2.射流基本參數(shù)流體參數(shù)

射流壓力噴嘴直徑噴嘴型式射流功率流速流量流體性質(zhì)射流反沖力磨料參數(shù)

磨料類型磨料流量磨料粒度混合管直徑工況參數(shù)

進(jìn)給速度靶距（噴距）流道數(shù)入射角切深或切寬切割體積比能靶件參數(shù)

靶件強(qiáng)度靶件硬度靶件孔隙度靶件滲透率§1-2淹沒(méi)射流結(jié)構(gòu)特性初始段：軸心速度保持初始速度，Um=U0基本段：軸心速度小于初始速度，Um<U0等速核：各點(diǎn)速度等于初始速度的區(qū)域，Ui=U0內(nèi)邊界：射流速度保持初始速度的界限，Ux邊=U0外邊界：速度等于零的邊界，Ux邊=0

混合區(qū)：內(nèi)外邊界之間的區(qū)域。極點(diǎn)：射流外邊界延伸線的交點(diǎn)，虛擬射流源?！?-3水射流類型及作用機(jī)理一、射流類型實(shí)際射流可分為三種類型：連續(xù)射流（純水或磨料）脈沖射流（振動(dòng)、沖擊、水炮）空化射流（CavitatingJet)1.連續(xù)射流最常見型式，連續(xù)射流束速度可達(dá)900m/s，壓力400MPa.

大多用于清洗切割，作用原理是射流沖擊滯止壓力，Pi:Pi=ρV2/2(1-1)

其中，Pi

--射流沖擊滯止壓力，MPa；

ρ--射流介質(zhì)密度，g/cm3；

V--射流速度，m/s。

2.脈沖射流非連續(xù)射流，產(chǎn)生方式：聚能驟放，或稱“水炮”；壓力擠出；流量調(diào)節(jié)，又叫“水擊”。射流性能取決于：脈沖頻率，水擊長(zhǎng)度/直徑，水擊能量。脈沖射流作用機(jī)理：水擊壓力,P0：

P0=ρCV(1-2)

其中，P0

--脈沖射流水擊壓力，MPa；

ρ--射流介質(zhì)密度，g/cm3；

C--射流流體中的聲速，在水中C≈1500m/s；

V--射流速度，m/s。

脈沖射流水擊壓力P0>連續(xù)射流滯止壓力Pi。3.空化射流在流體中形成一個(gè)壓力低于當(dāng)?shù)卣羝麎毫Φ膮^(qū)域，從而在射流流束中產(chǎn)生空化氣泡的連續(xù)射流。

1972年，Conn推導(dǎo)出空化射流沖擊壓力：

P=Pi/6.35[exp(2/3α)](1-3)

其中,P--空化射流沖擊壓力，MPa；

Pi

--連續(xù)射流滯止壓力，MPa；

α--射流介質(zhì)中氣體含量。

當(dāng)α=1/6～1/10時(shí)，P=(8.6～124)Pi

即在相同排量下，空化射流沖擊壓力是連續(xù)射流滯止壓力的8.6～124倍。§1-4水射流動(dòng)力學(xué)計(jì)算一、基本方程式（1）伯努利方程其中，P--壓力，V--速度。（2）連續(xù)方程

二、射流速度

V=10-2Q/A=C(2000P/)1/2（1-7）其中，V--

射流速度，m/s；

C

--

流速系數(shù)；Q—流量，cm3/s;P--

射流壓力，MPa；A—噴嘴面積，cm2；

ρ--射流介質(zhì)密度，g/cm3三、射流流量

Q=VA=(d2/4)V(1-8)

其中，Q--

射流流量，cm3/s；

V--

射流速度，cm/s；

A--噴嘴出口截面積，cm2；

d--噴嘴出口直徑，cm。四、噴嘴直徑當(dāng)P--MPa,Q--cm3/s,ρ--g/cm3時(shí)，噴嘴直徑為：此時(shí)噴嘴直徑d單位為cm。五、射流水功率

W=PQ(1-11)

其中，W--

射流水功率，w；

Q

--

射流流量，cm3/s；

P--

射流壓力，MPa。六、射流沖擊力

F=10-8Q2/A

(1-12)

其中，F(xiàn)--射流沖擊力，KN；

Q--

射流流量，cm3/s；

ρ--射流介質(zhì)密度，g/cm3；

A--噴嘴出口截面積，cm2。七、射流反推力

T=0.0445Q

P1/2(1-13)

其中，T--

射流反推力，N；

Q

--

射流流量，cm3/s；

P--

射流壓力，MPa。八、管路壓力損失

ΔP=71.24Q2/(D5R1/4)(1-14)

其中，ΔP--管路壓力損失，MPa/m；

Q

--

射流流量，L/min；

D--

管路內(nèi)徑，mm；

R--

雷諾數(shù)，R=21115(Q/D)。

管路壓力損失與流量平方成正比，與管路內(nèi)徑5次方成反比。第二章石油工程水射流技術(shù)

§2-1在油氣井工程中研究與應(yīng)用

一、提高射流井底效率二、新型高效射流研究

三、水力和機(jī)械聯(lián)合破巖四、超高壓射流輔助鉆井

§2-2在處理地層和增產(chǎn)中研究與應(yīng)用一、旋轉(zhuǎn)射流處理近井地層二、磨料射流（水力噴砂）射孔割縫三、高壓水射流深穿透射孔四、旋轉(zhuǎn)射流鉆徑向水平井五、自激波動(dòng)注水六、高壓水射流清洗油管除垢一、提高射流在井底工作效率1、加長(zhǎng)噴嘴牙輪鉆頭

研究淹沒(méi)非自由鉆井射流動(dòng)力學(xué)和井底能量衰減規(guī)律，建立了優(yōu)選井底水力參數(shù)的新模式和新程序，解決了噴射鉆井長(zhǎng)期未解決的一個(gè)重要理論問(wèn)題?！?-1

在油氣井工程中研究與應(yīng)用根據(jù)該理論成果研制成功加長(zhǎng)噴嘴牙輪鉆頭(第一代鉆頭)，在相同泵壓條件下，井底水功率提高30--40%，井底動(dòng)壓力提高90--110%，壓力梯度提高1.5倍。推廣應(yīng)用3000多只，平均提高鉆速20--30%，提高進(jìn)尺40--50%。2、組合噴嘴改善井底流場(chǎng)二、新型高效射流研究根據(jù)瞬態(tài)流和水聲學(xué)理論建立了流體自激振動(dòng)調(diào)制機(jī)理和噴嘴設(shè)計(jì)理論模型，研究成功了新型高效自振空化射流，研究得出了各參數(shù)影響規(guī)律，脈動(dòng)幅度高24%-37%，破巖效果高1-3倍。噴嘴沖擊壓力脈動(dòng)比較風(fēng)琴管最好，比錐型噴嘴高24%~37%.沖蝕巖石效果存在最優(yōu)噴距，S/d=8~14;風(fēng)琴管噴嘴效果最好，沖蝕巖石體積是普通錐形噴嘴的2.3~3.3倍。自振空化射流鉆頭根據(jù)該理論成果研制成功的自振脈沖噴嘴鉆頭（第二代鉆頭），現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)300多只，平均機(jī)械鉆速提高20-60%。§2-1

在油氣井工程中研究與應(yīng)用

三、水力和機(jī)械聯(lián)合破巖綜合利用斷裂力學(xué)、彈塑性力學(xué)和巖石力學(xué)的基本原理，建立了水力和機(jī)械聯(lián)合破巖過(guò)程中裂紋形成和發(fā)展規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，實(shí)驗(yàn)研究了齒型、射流沖擊角和沖擊位置、噴射距離等因素對(duì)破巖效果的影響規(guī)律。研制出的新型水力-機(jī)械聯(lián)合破巖鉆頭（第三代鉆頭），正在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)可提高機(jī)械鉆速40-50%，提高鉆頭進(jìn)尺30-40%。

§2-1

在油氣井工程中研究與應(yīng)用四、超高壓射流鉆井研究

1、地面全增壓鉆井

2、超高壓雙管柱鉆井

3、井下增壓器鉆井1、地面全增壓鉆井

70年代初美國(guó)開始進(jìn)行了高壓水射流技術(shù)用于深井鉆井的可行性研究，在地面利用增壓器將泥漿泵壓力提高至69-103MPa，在5口井深3000米左右的深井中進(jìn)行鉆井試驗(yàn)，機(jī)械鉆速提高2-3倍，在德克薩斯州進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)噴嘴壓降為69-138MPa時(shí)，在中等強(qiáng)度巖石中的機(jī)械鉆速為21-85m/s，而一般牙輪鉆頭機(jī)械鉆速僅為9-25m/s，當(dāng)噴嘴壓降為104MPa時(shí)，連續(xù)性射流可以沖擊破碎70-80%所鉆巖石。由于這種技術(shù)要求整個(gè)泥漿循環(huán)系統(tǒng)增壓，盡管可以獲得較高的機(jī)械鉆速，但不能在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的泥漿泵、水龍頭、鉆往、鉆頭噴嘴均不能可靠地、經(jīng)濟(jì)地在高壓情況下使用，此外循環(huán)系統(tǒng)壓力增大也會(huì)使作業(yè)出現(xiàn)難以想象的危險(xiǎn)。2、超高壓雙管柱鉆井

80年代末，美國(guó)Flowdrill公司開發(fā)出一種采用雙通道鉆柱，將超高壓液體和常規(guī)泥漿同時(shí)輸送到鉆頭的新方法。該系統(tǒng)對(duì)鉆機(jī)所用的水龍頭、方鉆桿、防噴閥、鉆桿、鉆鋌、穩(wěn)定器、接頭及鉆頭都進(jìn)行了改進(jìn)，以使高壓液和常規(guī)鉆井液分別通過(guò)各自通道輸送到井底，它以1.9-2.5l/s的排量輸送超高壓泥漿或水，使經(jīng)過(guò)改進(jìn)的三牙輪鉆頭上的工作壓力為230Mpa，而常規(guī)低壓的泥漿流只起井眼穩(wěn)定和清巖作用。八十年代末該公司開始在德克薩斯州和俄克拉荷馬州進(jìn)行了22口井工業(yè)性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)械鉆速比常規(guī)鉆井方法的機(jī)械鉆速提高2.2-3.1倍。3、井下增壓器鉆井1993年，美國(guó)FlowDril公司開始研究井下超高壓射流鉆井。用井下增壓器將1/7～1/10的泥漿增壓至240MPa輔助切割，經(jīng)5口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，機(jī)械鉆速是普通鉆井的1.1

～3.5倍。4、結(jié)論超高壓射流輔助鉆井能夠提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，往復(fù)式、增壓型超高壓井下泵可在井下產(chǎn)生超高壓射流，提高機(jī)械鉆速。井下超高壓泵的密封和可靠性是影響超高壓射流鉆井的重要問(wèn)題。§2-2

在處理地層和增產(chǎn)中研究與應(yīng)用油水井近井地帶孔隙堵塞嚴(yán)重，導(dǎo)致產(chǎn)量下降甚至停產(chǎn)。處理地層是石油工業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要措施。一、高壓旋轉(zhuǎn)水射流

處理近井地層現(xiàn)有解堵措施化學(xué)解堵法向地層注入各種化學(xué)解堵劑溶解堵塞物。成本高，引起二次污染。物理解堵法利用各種振動(dòng)和波的能量解除堵塞，同時(shí)降低原油粘度，改善原油流動(dòng)性。原理優(yōu)越，成本低，無(wú)二次污染。

首次研究成功了井下自動(dòng)控制轉(zhuǎn)速的阻尼液阻尼式旋轉(zhuǎn)噴嘴，成功解決了處理地層的噴頭旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)速度控制的關(guān)鍵問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)了高壓旋轉(zhuǎn)自振空化射流處理近井地層新技術(shù)，在井下同時(shí)產(chǎn)生三種物理作用全方位處理地層，物理法處理地層技術(shù)突破性發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用在遼河、勝利、中原等十個(gè)油田400多口油井和水井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，平均單井增油幅度20--30%，單井增注幅度30--130%，有效率90%以上，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)污染、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。工作壓力：15--30MPa工作排量：400l/min工作介質(zhì)：清水或處理液

噴嘴直徑：3.0--4.0mm處理時(shí)間：2--3hr§2-2

在處理地層和增產(chǎn)中研究與應(yīng)用二、磨料射流（水力噴砂）射孔割縫

常規(guī)射孔局限性鉆井完井過(guò)程，產(chǎn)生近井污染帶。常規(guī)炮彈射孔深度有限，穿不透污染帶，且易產(chǎn)生壓實(shí)帶及二次污染。新井產(chǎn)能低，特別是低滲透油田更嚴(yán)重。磨料射流射孔原理根據(jù)水動(dòng)力學(xué)動(dòng)量-沖量原理，固體顆粒受水載體加速，高速?zèng)_擊套管和巖石，產(chǎn)生切割作用。

利用高壓磨料射流射孔原理，可射入地層約1.0米，穿透近井污染帶，且松弛地層，大幅度提高射孔深度和質(zhì)量，在產(chǎn)層創(chuàng)造出清潔的油氣通道，避免炮彈射孔二次污染。水力噴砂射孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)史125井，生產(chǎn)初期常規(guī)炮彈射孔并加砂6m3壓裂，試油產(chǎn)能偏低（6m3/d）。因固井質(zhì)量差，常規(guī)射孔不宜進(jìn)行壓裂改造，故采用水力噴砂射孔，提高井底完善度。設(shè)計(jì)用3個(gè)噴槍，每槍3個(gè)噴嘴，按1200夾角排列，共射9孔。經(jīng)噴砂射孔后抽汲求產(chǎn)，日產(chǎn)油8.0m3，不含水，施工效果良好。水力噴砂射孔小結(jié)對(duì)套管切割機(jī)理有切割磨損和變形磨損兩種形式，對(duì)巖石破壞是錐狀裂紋、徑向裂紋和橫向裂紋。深度和效率主要受流體參數(shù)、工作參數(shù)、磨料特性和巖石特性四方面參數(shù)影響。增產(chǎn)機(jī)理主要是解除近井地帶污染，松弛密實(shí)圈，特別是克服炮彈射孔的壓實(shí)污染，增加地層滲透率，增大油流通道。可作為不宜壓裂井深穿透射孔、低滲透地層改造、水力噴砂割縫、水力噴射壓裂等增產(chǎn)措施。利用高壓水射流破巖鉆孔原理，在生產(chǎn)層創(chuàng)造出較大深度的清潔無(wú)阻的油氣通道，射孔深度達(dá)3.0米之多，孔徑達(dá)14-25毫米，可有效克服近井地層污染，是新井完井、低滲改造的一項(xiàng)有效新技術(shù)。工作壓力：50--70MPa工作介質(zhì)：清水或射孔液

噴嘴直徑：2.0--3.0mm孔眼直徑：14--25mm孔眼長(zhǎng)度：3m三、高壓水射流深穿透射孔§2-2

在處理地層和增產(chǎn)中研究與應(yīng)用

§2-2

在處理地層和增產(chǎn)中研究與應(yīng)用研究新型高效旋轉(zhuǎn)射流，使用特殊設(shè)計(jì)的造斜器和旋轉(zhuǎn)射流鉆頭，在老油井中對(duì)應(yīng)生產(chǎn)層位置鉆出多個(gè)超短半徑（0.3米）的徑向水平井網(wǎng)，使老井更新、死井復(fù)活，有效地開發(fā)稠油藏、薄油藏，大幅度提高原油采收率。四、旋轉(zhuǎn)射流鉆徑向水平井1、前言水射流破巖鉆大連續(xù)孔眼必須具備三個(gè)基本條件：一是形成的孔眼要有足夠大的面積；二是形成的孔眼必須具有規(guī)則的形狀；三是具有較高的破巖效率和鉆進(jìn)速度。常規(guī)的圓射流不具備這些功能，因此設(shè)計(jì)利用旋轉(zhuǎn)射流。2、旋轉(zhuǎn)射流的速度分布a--無(wú)因次噴距x/d=1b--無(wú)因次噴距x/d=3旋轉(zhuǎn)射流的速度分布明顯不同于普通圓射流。它不存在等速核，其上任一點(diǎn)都具有三維速度，即除具有軸向速度（U）外，還具有切向速度（W）和徑向速度（V），而且軸向和切向的最大速度都不在射流中心，亦即是存在一個(gè)速度最大的環(huán)行帶。3、旋轉(zhuǎn)射流的速度衰減規(guī)律旋轉(zhuǎn)射流的速度衰減比普通圓射流快得多，其最大軸向速度和最大切向速度與無(wú)因次噴距的關(guān)系可用下列兩式來(lái)表示：

4、旋轉(zhuǎn)射流破巖鉆孔特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)射流可以鉆出大于噴嘴面積百倍的規(guī)則孔眼。并比普通圓射流的破巖效率高得多。旋轉(zhuǎn)射流破巖形成的孔底成規(guī)則的內(nèi)凸錐狀，完全與圓射流形成的類半球狀或錐狀不同。其破巖成孔的過(guò)程和孔底形狀如左圖。5、旋轉(zhuǎn)射流井底流場(chǎng)分布上圖為平井底物理模型。下圖為凸錐狀井底模型。數(shù)值模擬結(jié)果表明：旋轉(zhuǎn)射流的高速區(qū)集中在離開射流中心一定距離的一個(gè)圓環(huán)區(qū)域內(nèi)，其中心部位為低速低壓區(qū)；旋轉(zhuǎn)射流沖擊到井底后，一部分沿環(huán)空返回，而另一部分則被來(lái)流卷吸，形成很強(qiáng)的渦旋；高速區(qū)繞凸錐面螺旋前進(jìn)，孔底部分正好占據(jù)了射流底速低壓區(qū)的區(qū)間。6、旋轉(zhuǎn)射流破巖機(jī)理分析旋轉(zhuǎn)射流破巖機(jī)理不同于普通圓射流。它不單純以沖擊、拉伸、水楔作用破巖，而是以剪切破壞為主，并伴有沖蝕、拉伸破壞等多種形式。1、剪切破碎利用巖石抗剪、抗拉強(qiáng)度低的特點(diǎn)，依靠旋轉(zhuǎn)射流切向速度對(duì)巖石產(chǎn)生剪切破碎，從而大大提高破巖效率。2、沖蝕破碎在垂直沖擊力和橫向流的聯(lián)合作用下，圓環(huán)面積內(nèi)巖石顆粒的膠結(jié)物或?qū)永淼热趺媸紫缺粵_蝕而脫離母體，射流對(duì)圓錐面的沖蝕作用使巖石顆粒迅速離開母體，減少了重復(fù)破碎，提高了破巖效率。3、拉伸破碎旋轉(zhuǎn)射流沖擊井底的同時(shí)，對(duì)圓錐面產(chǎn)生拉應(yīng)力，使巖石更容易產(chǎn)生垂直裂紋，裂紋在水楔作用下產(chǎn)生破碎。4、旋流磨削攜帶著巖屑的返回流沿孔壁旋轉(zhuǎn)返回，象磨粒一樣磨削已形成的孔壁，擴(kuò)大并光滑孔眼，提高了鉆孔質(zhì)量。7、結(jié)論旋轉(zhuǎn)射流具有三維速度，其能量集中在距射流軸心一定距離的圓環(huán)上。旋轉(zhuǎn)射流綜合運(yùn)用剪切、拉伸、沖蝕和磨削等多種形式高效快速地進(jìn)行破巖。利用旋轉(zhuǎn)射流在噴嘴直徑為6mm、壓力為50--60MPa、巖石可鉆性3--4級(jí)的條件下可以鉆出120mm的連續(xù)孔眼，機(jī)械鉆速可達(dá)10米/小時(shí)。使用該技術(shù)已在遼河、南陽(yáng)等油田鉆出3口超短半徑徑向水平井，取得了良好的增油效果。工作壓力：50--60MPa噴嘴直徑：6.0mm井眼直徑：100mm井眼長(zhǎng)度：10--60m§2-2

在處理地層和增產(chǎn)中研究與應(yīng)用五、自激波動(dòng)注水注水開發(fā)過(guò)程中，由于水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，所含污油和機(jī)械雜質(zhì)等易造成近井地層堵塞導(dǎo)致滲透率下降。必須采取各種物理化學(xué)增注措施提高地層滲透性。自激波動(dòng)注水技術(shù)利用射流動(dòng)力學(xué)原理研制的自激波動(dòng)水嘴與常規(guī)配水器結(jié)合，高壓水通過(guò)自激波動(dòng)器產(chǎn)生水力波作用，邊注水邊解堵，從源頭解決注水堵塞問(wèn)題，提高了地層的滲透性，降低注水能耗，延長(zhǎng)有效注水時(shí)間。

自激波動(dòng)注水器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出了一種新型的自激波動(dòng)注水器，在室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)了壓力波動(dòng)特性和可靠性。自激波動(dòng)水力波沿軸向和徑向的傳播脈動(dòng)幅度徑向變化規(guī)律00.511.522.53050100150200250300350400450500徑向距離(mm)脈動(dòng)幅度(MPa)系列1射流壓力振動(dòng)波沿徑向傳播距離達(dá)100cm以上，沿軸向傳播距離達(dá)600cm以上。38059井注水壓力逐步下降，水量逐漸上升，在完成150m3配注情況下，壓力下降了5.8兆帕。日注水量（m3/d）典型井例分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果目前已下井11口，其中2口因套管問(wèn)題停止試驗(yàn)，在井的9口井中，共有20個(gè)注水層段，其中可對(duì)比層段11個(gè)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，自激波動(dòng)注水對(duì)因后期堵塞造成的地層吸水變差，具有明顯的改善效果，平均注水壓力下降2.1MPa，平均單層日注水量增加29m3，注水周期延長(zhǎng)4個(gè)月，可實(shí)現(xiàn)邊注水邊改善注水狀況，降低注水能耗，對(duì)一般注水井可延長(zhǎng)注水周期?！?-2

在處理地層和增產(chǎn)中研究與應(yīng)用六、高壓水射流清洗鉆桿油管利用高壓水射流的水力沖擊能量直接清洗鉆桿油管內(nèi)外表面的油泥、污垢、水泥和銹皮等，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外表面同時(shí)清洗、通堵和清洗一次完成，水不用加熱不用加清洗劑，管柱也不必在池中浸泡蒸煮。已在華北、勝利、遼河等油田新裝或改造多條油管清洗線。僅需一次性設(shè)備投資，取代現(xiàn)有化學(xué)蒸煮工藝，每年可節(jié)約上百萬(wàn)元的燃油和藥劑費(fèi)用。因此，它與現(xiàn)有油管清洗工藝相比，具有工藝先進(jìn)、成本低、無(wú)污染、通堵和清洗同時(shí)進(jìn)行、不腐蝕管體、易自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。第三章高壓水射流工業(yè)應(yīng)用§3-1煤炭石油礦業(yè)§3-2煉油化工電力§3-3交通鐵道船舶§3-4冶金機(jī)械輕工§3-5土木建筑民用§3-6軍工航天

核工§3-7醫(yī)療醫(yī)學(xué)§3-1

煤炭石油礦業(yè)

---采煤采礦鉆井鉆孔掘進(jìn)除塵降塵

降低鉆削力和推進(jìn)力提高鉆掘速度，降低成本降低灰塵和摩擦火花，減少事故（降低70%～8