中文摘要：

随着全球能源的日趋紧张，对石油、天然气和煤层气的勘探开发也进入到一个新的阶段。利用射流破岩钻径向水平井技术是近年发展起来的开发低渗油藏、提高原油采收率和煤层气产量的新方法。目前各种单一射流尚无法同时实现钻深孔和钻大孔的目的，本申请综合直射流、旋转射流、直旋混合射流的原理与优点，设计出一种比旋转射流喷嘴钻孔深度大、比直射流扩孔能力强、制造简便的突扩自旋射流喷嘴。通过室内冲蚀实验、粒子测速实验和计算机数值模拟，研究不同参数下突扩自旋喷嘴的钻孔规律、喷嘴内外流场特征、冲蚀破碎物料机理与破碎效率，建立突扩自旋喷嘴结构优化设计方法，形成一种兼具直射流与旋转射流优点及高冲蚀破碎效率的新型射流。可以根据井下条件及材料特性，通过控制喷嘴结构参数或水力参数调节射流成孔特征，解决径向水平井钻进过程中孔深与孔径之间的矛盾，为径向水平井技术在油气资源开采、低煤阶煤层气开发等领域的发展应用提供技术支持。

结论摘要：

随着全球能源形势的日趋紧张，对石油、天然气和煤层气的勘探开发也进入到了一个新的阶段。我国相当一部分油田已进入开发中后期，产量下降明显，新增储量不足且多是低渗、稠油或者超稠油油藏。上述现状恶化了我国的能源安全形势，对我国以经济发展为中心的国策也势必造成不良影响。为了高效开发低渗透油藏、进一步提高原油采收率，利用射流破岩钻径向水平井技术近年来逐渐在各大油田推广并取得良好效果。为了实现钻深孔和钻大孔的目的，本项目综合前人所用各种射流的原理与优点，提出采用突扩自旋射流喷嘴的方式来实现上述目的。通过室内冲蚀实验、粒子测速实验和计算机数值模拟等手段，研究了不同参数下突扩自旋喷嘴的钻孔规律、喷嘴内外流场特征、射流冲蚀破碎物料机理，建立突扩自旋喷嘴结构优化设计方法，形成一种兼具直射流与旋转射流优点及高冲蚀破碎效率的新型射流。可以根据井下条件及材料特性，通过控制喷嘴结构参数或水力参数调节射流成孔特征，解决径向水平井钻进过程中孔深与孔径之间的矛盾，为径向水平井技术在油气资源开采、低煤阶煤层气开发等领域的发展应用提供技术支持。本项目主要取得了以下研究成果（1）进行了射流射穿定长试件的实验，分析得出岩样强度对射穿时间的影响规律，并回归得出了不同强度岩样的门限流速；（2）实验研究了岩石强度、射流压力或排量对射孔深度、射孔孔径和岩样破碎程度的影响，并就当前实验条件下优选了磨料颗粒粒径和磨料浓度。（3）进行了不同材质喷嘴室内耐磨实验，分析了瓜胶和聚丙烯酰胺的加入对射流射孔深度的影响；（4）当前实验范围内，随着喷嘴长度比（喷嘴小直径长度与大直径长度的比值）的增大，射孔深度增加，但射孔孔径变小；在长度比一定的情况下，喷嘴直径比（喷嘴大直径与喷嘴小直径的比值）越大，射流越倾向于圆形普通射流，射流钻孔深度增大，钻孔直径减小。（5）射流的轴向速度沿半径的分布形态类似于直射流的，切向速度沿不同方向表现出一定程度的不均匀性，随喷距增加，旋流数迅速降低。 通过近3年的研究，依托本项目目前共发表基金标注文章5篇，其中国家级期刊1篇，EI检索3篇；获得软件著作权登记证书4项；申请国家发明专利5项，其中1项现已公开进入实质审查阶段。在此期间内，1名硕士完成了硕士阶段学习，进入博士阶段的学习；2名硕士已开题并处于论文撰写阶段；3名硕士（其中两名是留学生）现处于理论学习阶段。