二○○七年国家科技进步二等奖:

自振空化射流技术与应用

    期次:第806期    阅读:1915   




  该成果由中国石油大学(华东)、中国石油大学(北京)合作完成,主要完成人有李根生、孙宝江、沈忠厚、黄中伟、马家骥、汪志明等。
  在复杂地质和油层条件下利用新技术进一步提高钻探和开采效率是油气工业一直追求的目标,也是世界性难题。自振空化射流是基于瞬变流和水声学原理,通过喷嘴的结构设计诱发自激振动,促进在围压条件下产生空化,强化射流压力脉动和冲蚀作用得到的一种新型射流。利用自振空化射流技术提高钻探和开采效率也是目前国际学术界的研究热点之一。
  1986年以来,该项目在国家自然科学基金、国家杰出青年基金、科技部重点成果推广计划和各石油公司等的连续资助下,经过20年系统的理论和实验研究及现场应用,取得了自振空化射流理论和应用技术的突破,为石油钻井提高钻速和处理地层增产增注提供了经济有效的新技术,显著促进了水射流和油气钻采技术的进步,拓宽了水射流技术应用领域,受到国家科委、中国科协、国际水射流协会主席等的高度评价,并取得了显著的经济效益和社会效益。
  自振空化射流理论成果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、巷道掘进、交通及隧道工程等。目前,美国、以色列、哈萨克斯坦等多家石油公司正就自振空化射流处理地层技术联系转让与合作,应用前景良好。
该项目主要技术创新点:
  (1)基于瞬变流和水声学理论,研究了自振空化射流调制机理,实验得到了喷嘴腔长和直径等关键参数的合理设计范围,建立了自振空化喷嘴优化设计方法与模型,发展了自振空化射流理论。与普通连续射流相比,提高冲击压力脉动幅度24%~37%、冲蚀岩石效果1~2倍。
  (2)针对石油开采井筒压力环境,研究了围压下自振空化射流的初生能力和特性,得到了围压下自振空化射流的空化初生和噪声特性及破岩规律,实验证实了围压下自振空化射流的空化初生能力是锥形喷嘴的2~3倍。
  (3)利用自振空化射流的空化冲蚀和脉动特性,研制成功了自振空化射流喷嘴,应用于石油钻井钻头,得到了自振空化射流喷嘴钻头,以提高井底射流破岩和清岩效果。在全国7个油田推广应用2573只,比目前常用的中长喷嘴钻头提高机械钻速12.1%~23.1%。
  (4)在解决喷头旋转速度控制关键技术的基础上,综合利用低频水力冲击、高频水力振荡、空化噪声三种物理效应直接作用于油层,提出了自振空化射流处理油层新方法,研发了高压旋转射流处理油层和波动注水新技术,使沉积在地层孔隙内的堵塞物被冲刷、松动并脱落,分散在流体中被旋流排走,达到解除堵塞和增产增注的目的。在全国10个油田1952口油水井中大面积应用,油井单井增油20%~30%,注水井单井增注30%~130%。