水射流技术在石油工程中的应用前景展望

【摘 要】水射流技术是近些年逐渐发展成型的一项新技术,由于其效率高、成本低廉的优点,得到了各行各业的广泛应用,尤为常见的就是在我国石油工程中的应用,能够对石油管道进行快速彻底的清洁处理,对金属板材料进行切割等,受到了我国石油行业的高度重视.然而,我国目前水射流技术中仍旧存在很多的问题的不足,严重影响了我国石油工程开采的质量,制约了我国石油行业的生存和发展.因此,本文针对水射流技术在石油工程中的应用进行讨论研究,并对其未来的发展前景做出论述,提出有效的改善措施.

【关 键 词】水射流技术；石油工程；应用；前景展望

目前,水射流技术已经取得了进一步的发展与进步,在石油工程开采过程中的作用越来越明显,逐渐受到了石油行业的高度重视,使得水射流技术得到了快速的发展.但是,就目前我国水射流技术水平而言,还远远低于世界平均水平,再加之水射流设备的滞后,常常导致石油工程开采工作无法顺利开展,这也是影响我国水射流技术进一步提升的主要原因之一.那么,本文就针对这一问题,对水射流技术进行详细的介绍,结合目前我国水射流技术的发展现状作出阐释,得出以下相关结论.

1.提高钻井射流在井底工作效率

20世纪初,随着喷射钻井的出现,不仅大大提高了石油工程的钻井效率,还能够确保钻井的质量,减少了不必要的人力投入,节省了一定的石油工程建设成本.通过多年的实践工作,相关技术人员发现,喷神钻井在正常运行状态时,如果将高射流逐渐调高的话,就会加快钻井的速度,而这一施工过程一般需要借助泥浆泵所实现的.但是,这势必会对泥浆泵体积造成一定的影响,使得柴油机功率过大,运输起来十分不便,增加了石油工程设备费用而对支出,还从一定程度上加大了燃料的浪费.因此,这一问题已经成为钻井行业共同关注的看问题.由于钻井射流是一项比较复杂的工作,受到很多条件因素的限制,我国对于钻井射流并不全面,尚未形成相对完善的水射流技术体系.

1.1喷射钻井水力参数设计新方法

由公式进一步可以推导出钻井射流到达井底岩面各水力参数的计算模型.传统的喷射钻井水力设计理论和方法,是由喷射钻井奠基人H.endall和WCGoins在1960年按钻头喷嘴出口处获最大功率、最大冲击力或最大喷速而建立的.

1.2研制新型加长喷嘴牙轮钻头

通过上文描述,可以得知,如果把喷射距离缩小至射流所能承受的范围内,就可以使井下的动压力和谁功率得到很大的提高.下面,我们就以实际的牙轮钻头喷嘴为例,当其与井底保持在一定的距离时,如果我们将这两者之间的距离缩短至允许的范围内,这时,我们就会发现井底的动压力和谁功率就会迅速提高.因此,相关技术人员要对牙轮钻头喷嘴进行不断的研发和分析,研制出更多新型的牙轮钻头喷嘴,这样才能加快钻井速度,逐步提高石油工程开采效率,为我国石油企业带来更多可观的经济效益.

2.自振新型射流理论及应用

20世纪后期,随着科学技术的不断发展与进步,越来越多先进的水射流技术被应用于石油工程中,而自己振动射流作为当时常见的新型水射流技术,受到了石油行业的高度青睐,这种水射流技术主要的工作原理是通过流体自己振动的本事,将一些连续射流转变为断续性射流,形成一个涡环流,由于这种涡环流的压力较低,常常会出现空化的现象,而其最大的特点就是能够对粉碎的岩石表面进行快速的清理,是一种非常实用的水射流技术.

2.1谐振腔基本关系式和结构数学模型

根据瞬态流理论和水声学原理,当流体通过各种类型的谐振腔出口收缩断面时产生压力激动,这种压力激动反射回入口处与来流的压力脉动叠加形成驻波,当激振频率与射流本身的固有频率匹配时产生共振,从而产生空化.

2.2自激振动射流在石油钻井和采油中的应用

应用上述理论调制的自激振动射流用于钻井和采油生产,开发出若干有实用价值的新技术,获得了显著经济效益.如：a.将自振射流用于钻井,研制出自激振动射流钻头,平均机械钻速提高35%.b.将自振射流用于处理油井近井地层及解堵,首创自振旋转射流处理近井地层及解堵新技术.由于射流作用于近井地层,同时对其产生低频水力冲击、高频水力振荡和超声波3种物理效应,故能有效地解堵和处理地层.这项技术自1995年起先后在辽河、胜利、大庆等11个油田和地区的500多口井上应用,平均油井单井增油20%～30%,注水井单井增注30%～130%.c.把自振射流用于油田注水,创制了自激波动注水新技术,它从源头上预防在注水过程中形成的近井地带堵塞,实现了边注水边解堵,达到了降低注水压力、延长修井周期和降低作业费用的目的.

3.射流结合机械破岩技术

如果想要将射流射向井底岩石底部时,就要尽量与机械齿之间保持紧密相连的关系,这时,采用机械破岩技术时,岩石表面将会出现裂纹,而射流将会随着这些列分进入到岩石内部,逐渐扩大裂纹面积,使得岩石快速破裂,再加上岩石本身的拉应力不强,这就大大降低了射流的压力.

4.前景展望

（1）开展高压和超高压射流动力学及辅助机械破岩机理研究,为今后研究高压和超高压射流辅助机械破岩新钻井方法提供理论基础.这种新钻井方法是近10年国际钻井界努力追求的目标,是钻井工程研究的前沿重大课题,它可以从根本上解决深井和超深井的钻井速度.

（2）开展高温高压条件下空化射流“空泡”的起始、成长和破灭机理研究.根据理论计算,空化射流“空泡”爆破时的瞬时压力约为连续射流滞止压力的8～124倍.将这样高的瞬时压力用于井底破碎岩石、处理油层、开拓新的油流通道和裂缝,将会开发出若干提高钻井速度、增加原油产量和注水量的新技术.

（3）推广应用高压水射流钻径向水平井技术和高压水射流深穿透无污染射孔技术,将会有效地开采剩余油和提高原油单井产量,进而提高原油采收率.

（4）发展的高压水射流破岩理论,不仅可用于石油钻井和油气开采,而且可用于采煤、金属矿山、地铁及隧道工程,提高钻掘速度,具有广阔应用前景.

5.结束语

综上所述,可以得知,水射流技术对于我国石油工程建设发展有着重要的影响,并且,在技术人员坚持不懈的努力下,越来越多先进的水射流技术出现在现代市场中,水射流设备也取得了很大的改善,在各个领域中发挥着重要的作用.现阶段,虽然水射流技术中仍旧存在一定的弊端,但随着科学技术水平的不断提高,这些问题也能够得到更好的解决,逐渐形成完善的水射流技术体系,进一步提升我国水射流技术水平,加快我国石油井下钻井的速度与效率,促进我国石油工程持续稳定的发展.