围压下自激振荡流空化初生能力和冲蚀特性研究.pdf

摘 要 空化射流技术是一项世界上新兴的高新节能技术，利用空泡破裂产生强大的破 坏作用和振动噪声冲击波可以大幅提高清洗、切割、钻探和油井采收的效率。本文运 用理论分析、数值模拟和实验研究手段，研究了围压条件下自激振荡空化喷嘴的空化 初生能力、自激振荡空化射流噪声特性、冲蚀特性及改善油层特性等，并就自激振荡 空化射流提高钻井速度和提高原油采收率方面进行了现场试验及分析总结。 在前人研究的基础上，依据流体力学瞬态流和水声学原理设计了自激振荡空化喷 嘴，理论分析发现自激振荡喷嘴在声压的影响下，比普通喷嘴射流更能增加涡环间距、 减小空泡半径，从而增大了自激振荡空化射流的初生空化数。实验研究了围压条件下 自激振荡空化喷嘴的空化初生能力和噪声特性，结果表明，在更高的围压条件下，自 激振荡空化喷嘴比普通锥形喷嘴有更大的初生空化数，自激振荡空化喷嘴初生空化数 都在1．0以上，最高达到1．67，而锥形喷嘴最高仅为0．54，围压对自激振荡空化射流 噪声声压具有明显的抑制作用。 对空泡在固壁附近溃灭给圃壁造成的空蚀现象进行了数值模拟，结果表明空泡中 心到壁面的距离不仅对空泡溃灭的形状产生影响，而且对空泡体积、溃灭时间、溃灭 压力和微射流速度具有显著影响，空泡溃灭产生的高压脉冲是空蚀的主要原因；随着 围压的增大，空泡溃灭产生的最大压力及微射流速度也显著增大。 利用高压釜装置系统研究了围压条件下自激振荡空化喷嘴冲蚀特性，结果表明， 射流压力与冲蚀质量基本成正比。当围压值为2MPa，冲蚀效果最佳，较高围压条件 下，破碎效率随着围压的增加基本呈指数下降。最佳喷距为喷嘴出口直径的3～7倍， 自激振荡空化喷嘴冲蚀质量约为同等条件下锥形喷嘴射流的1～2倍。在实验的基础 上，通过对基于神经网络的射流参数与冲蚀体积关系研究，建立起射流参数与冲蚀体 积之间的映射模型，其预报精度达到95％以上，该模型的建立为围压下射流冲蚀效 率研究提供了一个有效的工具。 利用高压釜装置对围压条件下自激振荡空化射流提高污染岩芯渗透率进行了研 究。结果表明，对中低和高渗岩芯，空化射流作用深度均超过250mrn，渗透率提高 幅度随射流压力增大而增加，随喷距增大而减小。当围压值为2MPa，渗透率提高幅 度达到最大值。同时，在相同条件下，自激振荡空化喷嘴作用下渗透率提高幅度为锥 形喷嘴2倍以上。 现场试验和应用表明，在相同地层、相同钻井设备、相同钻井施工水平条件下， 自激振荡喷嘴钻头同其它类型喷嘴钻头相比，平均单只钻头进尺提高28．2％，机械钻 速提高22．8％：同时，自激振荡空化射流在油井封堵预处理、油井解堵、注水井增产 增注方面，现场试验作用效果明显。 关键词：空化射流噪声喷嘴冲蚀性能空化初生围压物理法采油人工神经网络 effectand A 011 cavitation Studyself-resonatingjetenhancing erosionunderambient ability pressure Abstract waterisa with carl new—type great Cavitatingjet jet potentialefficiency．Itobviously efficiencies effectsand oil improve ofjetcleaning,cutting，drillingenhancingrecoveryby useof destructionandvibrationnoiseof bubbles makinggood strong cavitatingcollapsed．