射流动力学WaterJetDynamics.PPT

4、旋转射流破岩钻孔特点 旋转射流可以钻出大于喷嘴面积百倍的规则孔眼。并比普通圆射流的破岩效率高得多。旋转射流破岩形成的孔底成规则的内凸锥状，完全与圆射流形成的类半球状或锥状不同。其破岩成孔的过程和孔底形状如左图。 5、旋转射流井底流场分布 上图为平井底物理模型。 下图为凸锥状井底模型。 数值模拟结果表明：旋转射流的高速区集中在离开射流中心一定距离的一个圆环区域内，其中心部位为低速低压区；旋转射流冲击到井底后，一部分沿环空返回，而另一部分则被来流卷吸，形成很强的涡旋；高速区绕凸锥面螺旋前进，孔底部分正好占据了射流底速低压区的区间。 6、旋转射流破岩机理分析 旋转射流破岩机理不同于普通圆射流。它不单纯以冲击、拉伸、水楔作用破岩，而是以剪切破坏为主，并伴有冲蚀、拉伸破坏等多种形式。 1、剪切破碎 利用岩石抗剪、抗拉强度低的特点，依靠旋转射流切向速度对岩石产生剪切破碎，从而大大提高破岩效率。 2、冲蚀破碎 在垂直冲击力和横向流的联合作用下，圆环面积内岩石颗粒的胶结物或层理等弱面首先被冲蚀而脱离母体，射流对圆锥面的冲蚀作用使岩石颗粒迅速离开母体，减少了重复破碎，提高了破岩效率。 3、拉伸破碎 旋转射流冲击井底的同时，对圆锥面产生拉应力， 使岩石更容易产生垂直裂纹，裂纹在水楔作用下产生破碎。 4、旋流磨削 携带着岩屑的返回流沿孔壁旋转返回，象磨粒一样磨削已形成的孔壁，扩大并光滑孔眼，提高了钻孔质量。 7、结 论 旋转射流具有三维速度，其能量集中在距射流轴心一定距离的圆环上。 旋转射流综合运用剪切、拉伸、冲蚀和磨削等多种形式高效快速地进行破岩。 利用旋转射流在喷嘴直径为6mm、压力为50--60MPa、岩石可钻性3--4级的条件下可以钻出120mm的连续孔眼，机械钻速可达10米/小时。 使用该技术已在辽河、南阳等油田钻出3口超短半径径向水平井，取得了良好的增油效果。 工作压力：50--60MPa 喷嘴直径：6.0 mm 井眼直径：100 mm 井眼长度：10--60 m §2-2 在处理地层和增产中研究与应用 五、自激波动注水 注水开发过程中，由于水质不达标，所含污油和机械杂质等易造成近井地层堵塞导致渗透率下降。必须采取各种物理化学增注措施提高地层渗透性。 自激波动注水技术利用射流动力学原理研制的自激波动水嘴与常规配水器结合，高压水通过自激波动器产生水力波作用，边注水边解堵，从源头解决注水堵塞问题，提高了地层的渗透性，降低注水能耗，延长有效注水时间。 自激波动注水器设计 设计出了一种新型的自激波动注水器，在室内模拟实验了压力波动特性和可靠性。 自激波动水力波沿轴向和径向的传播 脉动幅度径向变化规律 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 径向距离(mm) 脉动幅度(MPa) 系列1 射流压力振动波沿径向传播距离达100cm以上，沿轴向传播距离达600cm以上。 38059井注水压力逐步下降，水量逐渐上升，在完成150m3配注情况下，压力下降了5.8兆帕。 日注水量（m3/d） 典型井例分析 现场实验结果 目前已下井11口，其中2口因套管问题停止试验，在井的9口井中，共有20个注水层段，其中可对比层段11个。 现场试验表明，自激波动注水对因后期堵塞造成的地层吸水变差，具有明显的改善效果，平均注水压力下降2.1MPa，平均单层日注水量增加29m3，注水周期延长4个月，可实现边注水边改善注水状况，降低注水能耗，对一般注水井可延长注水周期。 §2-2 在处理地层和增产中研究与应用 六、高压水射流清洗钻杆油管 利用高压水射流的水力冲击能量直接清洗钻杆油管内外表面的油泥、污垢、水泥和锈皮等，可实现内外表面同时清洗、通堵和清洗一次完成，水不用加热不用加清洗剂，管柱也不必在池中浸泡蒸煮。 已在华北、胜利、辽河等油田新装或改造多条油管清洗线。仅需一次性设备投资，取代现有化学蒸煮工艺，每年可节约上百万元的燃油和药剂费用。 因此，它与现有油管清洗工艺相比，具有工艺先进、成本低、无污染、通堵和清洗同时进行、不腐蚀管体、易自动控制等优点。 第三章 高压水射流工业应用 §3-1 煤炭 石油 矿业 §3-2 炼油 化工 电力 §3-3 交通 铁道 船舶 §3-4 冶金 机械 轻工 §3-5 土木 建筑 民用 §3-6 军工 航天 核工 §3-7 医疗 医学 §3-1 煤炭