20世纪40年代末水刀喷射钻井技术的出现，是石油钻井技术的一场革命，使钻井速度上了一个台阶。1949年美国首次在钻头体上试用小喷嘴，1955年在钻头设计时采用喷嘴组合系统，从此，喷射式钻头与钻头水力学应运而生，人们认识到钻头水力参数是影响机械钻速的主要因素。

    1973年美国Exxon公司开展了高压水射流用于深井钻井可行性试验，在地面用增压器将泥浆压力提高至69 - 103MPa，水功率达2400马力，在5口3000m左右的井中进行钻井试验，机械钻速提高2-3倍，实验发现当喷嘴压降为104MPa时，连续性射流可以冲击破碎70%—80%所钻岩石。20世纪80年代末，美国FlowDrill公司研制了双通道管柱超高压射流辅助钻井系统“1，地面增压器将1.9 -2. 5L/s排量的泥浆增压至230MPa，通过双通道管柱输送至钻头。22口井工业性试验表明，机械钻速比常规钻井提高1. 2-2.1倍。1993年以来，FlowDrill公司和天然气研究院联合开展了井下增压泵超高压钻井的研究，用井下增压器将1/7—1110的泥浆增压至240 MPa辅助切割，经5口井现场试验，机械钻速是普通钻井的1.1 -3.5倍。

    进入80年代，研究人员将水射流应用领域由钻井拓展到开发、采油。美国等国家研制了高压水射流钻径向水平井系统和水射流深穿透射孔系统，用于老井改造和增产，提高采收率。除了上述研究和应用之外，水射流技术在石油工业中的其他应用还包括切割井口、切割平台、灭火、管道清洗等。

    20多年来我国已取得了许多成果。在淹没非自由射流动力学、自激振荡射流理论、机械及水力联合破岩理论、新型射流理论研究等方面取得了突破性进展，较系统地建立了新型射流理论和应用体系，解决了石油工程中一些长期没有解决的重要理论问题。在钻井及石油开发等方面获得了多项理论创新和技术发明，研制成功了新型加长喷嘴牙轮钻头、自振空化射流钻头、径向水平井钻进技术、旋转射流处理近井地层、磨料射流射孔增产、自激波动注水等多项应用技术，拓宽了水射流技术的研究和应用领域。

    自50年代喷射钻井问世以来，石油钻井的速度和质量大幅度提高。从实践中人们认识到提高射流在井底的压力和水功率，可以有效提高钻井速度，而通常是采用提高地面泥浆泵的压力和功率来实现的。为此，钻井工程界早已提出在不增加地面泥浆泵压力和功率条件下如何提高射流在井底的工作效率研究课题。钻井射流属复杂的淹没非自由射流，由于其约束条件复杂，国内外专家对其研究较少。

    要提高井底射流的效率，就要尽可能减少地面泥浆泵产生的水力能量和压力的损耗。就现有的一般喷射钻头而论，喷嘴与井底之间的距离都在100mm以上。在这种情况下，泵产生的水力能量和压力除了在循环过程中克服管内阻力而沿程损耗外，在喷嘴与井底之间（即在射流运动过程中）也将发生较大的损耗。在喷射钻井水力设计中，同时考虑这两部分，使其总和达到最小才是更合理的。

    因目前湍流射流理论尚无法进行纯理论计算，即使半经验、半理论的方法也只能在较理想的假设条件下得到一些结果，这与复杂的钻井实际条件相差很远。另外，人们对淹没非自由射流（钻井射流）所进行的实验也不够系统和细致。迄今为止，喷射钻井中尚无可靠而实用的理论或经验的射流计算模式。这使人们无法考虑后一部分损耗，从而使优选水力设计不能按射流到达井底的实际有效的水力参数进行。

    因此，我国开展了淹没非自由射流压力及能量的衰减规律研究，不仅可以验证和补充射流的基本规律和理论，而且对钻井工程以及其他部门的高压水射流技术的应用都具有一定的实际意义。

    实验用来产生高压流体的高压泵为2台三缸单作用柱塞泵(3DT-2. 5/150型)和一台卧式双缸作用电动泥浆泵。

    模拟井筒是用油井套管改制的，井筒四周开有观察窗及活门，井筒顶部有喷枪和回水口。

    实验中采用了2种测试装置，即比托管和多孔井底测压盘。毕托管离井底距离较远（大于200mm）不受井底漫流影响，井底多孔测压盘测试面和井底面平齐，直接受井底漫流的影响。采用以上2种测试装置对比试验，以研究漫流的影响。

  将小喷嘴和大喷嘴的实验数据都用实际喷嘴（有因次）和压力比值分别作为横坐标和纵坐标绘制在坐标系内。

    可以看到直径对于射流轴心压力的影响虽有差别，但总的趋势并不矛盾。只是在直径较小时，增大直径，对于射流轴心压力的影响较大，曲线明显向上移动。而当喷嘴直径较大时，增大直径，对于射流轴心压力的影响较小，试验数据点几乎重合在一条曲线上。

    从以上试验结果中可以看到，射流轴心压力衰减在不同的喷嘴直径和喷速下有较大差别，曲线在较大范围内上下移动，要直接建立一个模式是困难的。但注意分析曲线的变化可以发现，射流轴心压力衰减规律是有～定特性的（或者说是有一些共性），引入适当的特征参数则有可能找到内在统一性，这就是要选择特征参数。首先在选定特征参数之前，确定以下原则：

    (l)选择的特征参数要取值准确、便于测试；

    (2)选择的特征参数要有一定的实际意义；

    (3)选择的特征参数能够集中反映出射流轴心压力衰减规律的统一性，得出一个统一的数学模式，模式简单，便于应用。

    经过分析，选择无因次等速核长度L，(即等速核长度L．／喷嘴直径do)作为第一特征参数。怎样确定等速核长度，目前无统一标准。为了读取方便又不失等速核的一般意义，在处理以上问题时，采用了与粱田类似的方法。即按实测数据绘成轴心压力和出口压力的比值‘t’与无因次喷嘴距(1_/do)的关系曲线，在曲线上按基本段的趋势延长，取延长线与P。/Po =1的水平线的交点对应的喷距确定为等速核长度。这样确定的等速核长度不仅是准确地，而且对应的轴心压力一般为出口压力的95%以上，换算成等速核式射流能量、动量集中的区段。等速核长度则是衡量等速核段大小的尺度。用无因次等速核长度作为特征参数是满足前面(1)、(2)原则的。另外，从试验结果中可以看到射流衰减得越快，则无因次等速核长度越短；射流衰减得越慢，则无因次等速核长度越长，这在一定程度上说明它不失为一特征参数。

    关于第二个特征参数，选择了无因次半衰距。射流半衰距是引入的一个新参数，它定义为射流轴心压力衰减到喷嘴出口压力的50%时所达到的无因次距离。半衰距除了取值准确、便于测试外，还反映了射流在基本段内的衰减情况，给出了射流压力到达半衰时的长度概念，对于现场喷距设计也有一定的参考价值。无因次半衰距作为特征参数也是与前面原则一致的。

    利用以上2个特征参数对实验数据进行处理，发现射流的轴心压力衰减与2个特征参数组成的另一无因次参数

  之间有着密切关系。从图中可以看到所有试验数据点都集中在一条曲线附近，这表明选择的特征参数确实能够集中反映出水刀射流轴心压力衰减规律的统一性。