低压低渗气田在我国分布广,储量大,占已探明气藏的80%以上。但由于孔隙度、渗透率和压力低,造成产能低,经济效益差。为了提高天然气产量,解决“气荒”难题,目前大都采用射孔压裂的方式改造地层,增加气井产量。但是常规射孔方式射孔深度浅,孔眼直径小,施工时间长,易引起气井压实伤害,造成气藏渗透率低,增产效果差等问题。基于以上原因,本文提出采用脉冲磨料射流射孔增加低渗气藏的渗透率以提高天然气产量的新思路。本文对脉冲磨料射流形成机理、脉冲磨料射流特性及脉冲磨料射流射孔增产机理等问题进行了研究,并在四川盆地某气井进行现场实验。主要研究结论如下:①首次采用大涡模拟方法,通过深入分析自激振荡喷嘴腔室内部流场变化规律、内外流场动压力变化规律、速度矢量变化规律、湍流强度分布规律,揭示了自激振荡脉冲水射流产生机理;并结合振荡、空泡溃灭对磨料在射流中的影响以及固体磨料在脉冲水射流中的分布规律揭示脉冲磨料射流的形成机理。②结合大涡模拟计算和实验室试验结果,建立了适用于低渗气藏射孔增产的自激振荡磨料喷嘴设计准则,即:腔径比(L/d1)为2.3~3.3,前后喷嘴直径比(d2/d1)为1.2~1.3。自主研发出脉冲磨料射流井下射孔测试系统,该系统由脉冲磨料射流发生装置、脉动压力测试装置、适用PIV测试的围压试验装置、井下冲蚀模拟试验装置组成,研究了脉冲水射流压力振荡特性、脉冲空化特性、高度聚能特性,试验研究表明:自激振荡喷嘴出口峰值压力是普通连续射流压力的2.5倍,且波峰和波谷不完全对称;脉冲水射流空泡云长度随振荡腔长的增加先增大后减小,空泡云长度随泵压的增大而增大,随围压的增大先增大后减少;脉冲磨料射流冲蚀套管模拟试件(8mm钢板+30mm水泥试件)直径和深度是普通磨料射流冲蚀试件的1.9倍和4.7倍左右。③根据低渗气藏的赋存特征和开发特点,结合脉冲磨料射流自身特性,揭示了脉冲磨料射流射孔增产机理。脉冲磨料射流增加射孔面积和深度,降低射孔压力,避免了炮弹射孔造成的二次污染,机械振动作用以超声波形式在弹性介质中传播,引起声压变化,消除气阻,空泡溃灭瞬间形成激波,扩大岩石的孔隙半径,增强微裂隙作用,有利于后续填砂压裂作用,空泡溃灭瞬间产生局部高温,声波辐射产生热作用,降低天然气体粘度,提高渗流速度。④首次开发出适用于低渗气藏射孔的自激振荡磨料喷嘴并在四川地区某气井进行射孔增产现场实验,结果表明:该方法能在目的层位冲蚀出清洁渗流通道,解除近井地带储层污染,与常规喷嘴射孔压裂相比,能够降低破裂压力10-20MPa,施工后比施工前日产量提高了35倍,日产量约是相邻井位常规射孔压裂获气量的1.5倍,有效提高了气井的产量,增产效果良好。本研究的主要创新之处在于:首次采用大涡模拟方法揭示了自激振荡脉冲水射流和脉冲磨料射流的产生机理;建立了适用于低渗气藏射孔增产的自激振荡磨料喷嘴设计准则,自主研发出脉冲磨料射流井下射孔测试系统;揭示了低渗气藏脉冲磨料射流射孔增产机理。本文研究结论为脉冲磨料射流在低渗气藏射孔压裂增产改造应用奠定了理论和实验基础。