回流式自激振荡器脉冲流动特性数值研究*

张景跃 王宗明 于振兴 周耀东 李文飞 夏文安

(1.中国石油大学(华东)新能源学院 2.国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 3.中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院)

0 引 言

在石油钻井中，钻柱贴附井壁会造成钻柱整体摩阻加大，影响钻压的传递，使驱动扭矩加大，降低钻进速度[1]。而且钻井井底压持效应[2]的存在容易造成钻屑堆积井底，堵塞裂缝，形成岩屑重复破碎，也会影响钻头寿命和机械钻速。无论是钻柱摩阻还是井底的压持效应，都可以通过使用自激振荡器来抑制。一方面，自激振荡器产生的脉动射流会对钻柱起到激励振动作用，将钻柱与井壁的静摩擦转化为动摩擦，实现动态减阻[3]；另一方面，自激振荡器产生的脉动压力在一定程度上可以克服井下岩屑的压持效应，并且脉动射流的驻点压力最大值是普通连续射流的4～10倍[4-6]，能够增强钻头的破岩效果。

目前，产生自激振荡脉动射流的装置主要是基于赫姆霍兹式和风琴管式自激振荡喷嘴[7-9]。赫姆霍兹式自激振荡喷嘴依靠振荡波在振荡腔内的传播与反馈来产生脉动射流，振荡波在流体中传播速度较大，导致脉动频率过高，达到102、103甚至更高的数量级。而且依靠空化原理形成自激脉动射流的自激空化装置，不适用于钻井高围压的工况[10]。

国内外学者对自激振荡脉动射流产生的机理以及自激振荡装置进行了较多研究。P.A.LUSH[11]对附壁射流振荡器中射流产生偏转的机理进行理论和试验探究，研究结果表明，射流的偏转其实是主射流受附着壁之间漩涡影响的结果。……