中國石油集團工程技術研究院有限公司曲從鋒團隊在《石油機械》發表論文《井筒超聲波空化清洗距離影響因素試驗研究》。該研究首次系統量化了井下高溫高壓環境對超聲波空化清洗距離的衰減規律，通過全尺寸試驗與仿真分析，明確了壓力、頻率、溫度三大關鍵因素的影響權重，為超聲波洗井技術的現場應用與參數優化提供了關鍵數據支撐。

　　超聲波空化清洗作為一種新興的高效、無損傷濾餅清除技術，在油氣井固井作業中具有重要應用潛力。然而，其在復雜井下環境，特別是高溫高壓條件下的有效作用距離一直是個未解之謎，嚴重制約了該技術的規?；瘧?。為此，曲從鋒團隊成功構建了一套可模擬井下環境(壓力、溫度、流體介質)的超聲波空化清洗距離綜合測試平臺，為相關研究提供了重要工具。

　　研究團隊首先采用有限元仿真揭示了超聲波在類井筒結構中的傳播與衰減規律。研究發現，在同等功率下，低頻超聲波展現出更優的遠距離清洗潛力。盡管高頻超聲波(如40kHz)能在近場產生更高的聲壓幅值(仿真顯示最高可達3.0×10? Pa)，但其能量衰減迅速，有效清洗距離(衰減至空化閾值以下)僅約850毫米。相比之下，低頻超聲波(20kHz)雖然初始聲壓幅值(2.5×10? Pa)較低，但傳播距離更遠，有效清洗距離可達1370毫米，更適合深部井段的軸向清洗作業。

　　為驗證仿真結果并探究多因素耦合影響，團隊設計了包含超聲波頻率、環境溫度和液體壓力的三因素正交試驗?；陧憫娣?Box-Behnken模型)的深入分析表明，靜水壓力是對超聲波清洗距離影響最顯著的因素，其次是超聲頻率，最后是溫度。該結論顛覆了部分傳統認知，明確了壓力是深井應用中的首要限制條件。研究進一步指出，在400W輸出功率下，獲得最佳清洗距離(理論最優解為1193.94毫米)的工藝參數為：超聲波頻率20kHz、液體溫度31.3℃、常壓環境。然而，當環境條件變為40℃和6MPa時，清洗距離相較最優條件大幅衰減約63%。這預示著，在典型的高溫高壓井(如103.4MPa、149℃)工況下，超聲波的空化效應將急劇減弱，難以實現有效的遠距離清洗。

　　此外，針對最優頻率(20kHz)的功率單因素試驗揭示了一個重要現象：空化效應存在“功率飽和點”。當輸出功率提升至1200W時，表征空化強度的次諧波及諧波幅值趨于穩定，表明此時空化強度已達到飽和。繼續增加功率至1600W甚至2000W，不僅無法顯著增強清洗效果，反而可能因工具頭末端劇烈振動產生空腔而導致能量損耗。

　　該項研究為超聲波洗井技術的工程應用劃定了清晰的技術邊界：該技術更適用于淺井、中深井或近井筒區域的局部高效清洗。對于超深、高溫高壓油氣井，由于環境壓力導致的空化閾值急劇升高，超聲波能量衰減嚴重，其應用將受到極大限制。研究成果為現場科學選井、工藝參數優化(優先選用低頻、適中功率)及經濟性評價提供了直接的理論依據，避免了技術應用的盲目性。