微颗粒强化射流空化及破岩能力研究

深井、超深井钻井面临地层强度高、机械钻速慢等挑战,利用射流空化作用辅助破碎岩石为深井提速提供了新方向。为此,提出了利用微颗粒降低空化临界负压,提高空化强度的技术思路。采用高速摄影和水听器,证实了微颗粒对射流空化的强化作用,并通过冲蚀破岩试验探索了微颗粒直径、质量分数及喷距对空化射流破岩能力的影响规律。研究结果表明：微颗粒的存在可提供额外的空化核,同时降低了空化初生难度,可提高井底射流的空化强度;随着微颗粒质量分数的增加,空泡云趋于稳定,空化的周期性特征逐渐消失,微颗粒的磨蚀作用和空泡的冲蚀作用将在岩石表面共同形成辅助破岩效果;随着喷距增大,空化破坏作用先增加后减小,无因次喷距为100时空化射流冲蚀效果最佳;优化设计钻头水眼到井底岩石的距离,是保障空化射流辅助破岩效果的关键。研究结果可为提高深部难钻地层射流辅助破岩效率提供参考。