井下磨料射流割缝技术是一项油井增产、水井增注、提高原油采收率的高新技术。已在大庆、胜利、辽河等油田推广使用,效果良好。本文是对磨料射流割缝机理及力学模型进行研究,从而建立油(水)井磨料射流割缝理论,为该项技术不断改进及工艺参数选择提供理论支撑。井下割缝需要对金属和岩层两类不同性质材料进行切割,因而本项研究对于普遍的磨料射流切割也有指导意义和参考价值。磨料射流是少量磨料颗粒与水组成的混合物形成的射流,根据磨料颗粒粒径小、质量及容积浓度低、均匀分布、水流速高、磨料颗粒能随水一道流动的特点,可以视为平衡稀疏流的固液两相流。采用连续介质双流体模型,在建立了固液两相流基本微分方程的基础上,得到了与固液两相流等效的单相流体的基本方程组。从而可以应用单相流体力学原理和方法研究固液两相流体流动问题。本文采用了极坐标、时间平均方法建立紊流方程。通过量级比较法,将紊流方程简化为相应边界层方程,即紊动圆形断面的自由磨料射流微分方程。求得了磨料圆形紊流自由射流的微分方程相似解和动量积分解,得到了圆形自由磨料射流流速分布,轴线上轴向流速和断面面积沿程变化规律。根据地面模拟试验研究和理论分析,磨料射流对金属套管的切割,主要是由磨料射流中的磨料颗粒,与金属套管内表面接触,产生的作用力而实现的。由于磨料颗粒与金属套管接触面积很小,即使产生作用力不大,在接触区域内产生的接触应力将很大,由于套管是金属材料,当接触剪应力超过材料接触剪强度,接触区材料破坏,从母体上剥落形成凹陷,材料表面在大量磨料颗粒连续不断地作用下,凹陷不断产生,积累形成割缝,因而磨料射流对金属套管的切割是磨料颗粒高速与套管接触产生的剪应力作用的结果。实质上是弹性力学理论中的接触问题,从而建立了磨料射流切割金属套管的力学模型。在磨料射流通过被切开的缝隙对岩层进行切割的过程中,受缝隙底部及缝隙两侧的限制,被卷吸进入射流中的周围流体大幅度减少,因而射流流速降低减缓。因而考虑了其固壁摩擦阻力建立了磨料射流运动的微分方程,通过微分方程相似解和量纲分析解相结合,得到了通过缝隙的磨料射流轴线上轴向速度沿程变化规律。岩层是脆性物质,其抗拉强度仅为抗剪强度的几分之一,更是为抗压强度的十几分之一,因此岩层是在射流中大量磨料颗粒高速连续冲击岩层表面时,卸载引起的拉伸波作用下破坏,产生碎粒不断从岩层表面剥落而被切割。在岩石动力学、流体力学、波传播理论的基础上建立了磨料射流切割岩层力学模型。与磨料射流切割套管力学模型构成了油井磨料射流割缝理论。并进行了实例计算,计算结果与地面模拟割缝试验进行对比基本吻合,可以在工程中应用。最后对割缝增产的机理及磨料射流割缝工艺参数的选择进行了分析。