油管清洗新工艺及方法研究

摘要
在油田生产中使用的管具很多，包括油管、套管等等。

油井作业结束后，油管和套管或多或少会沾满油污、水垢和氧化合物，影响下一次的使用。

若继续使用，则会是油田生产时间增加而影响到经济效益。

据考证，一个年产200万吨的小型油田，每年需要修复的油管约17万根，每根油管约500元，可以看出如果不修复，这将大大增加油田开发成本。

油田开发过程中引入了油管等管具的清洗流程，从而提高其经济效益。

油管的清洗方法也很多，主要的有加热清洗、化学剂清洗、物理清洗三大类。

从以往的清洗经验得知，加热清洗和化学清洗对环境的影响很大且效率不高。

为了改善清洗效率和质量，将高压水射流清洗技术引入了油田生产中。

高压水射流清洗在清洗过程中，对环境没有污染，对污垢的清洗能力较强，是一项理想的新型清洗技术。

在油田清洗中引入高压水射流清洗技术后，清洗时间明显缩短，清洗质量改善。

本文将对高压水射流清洗技术的一系列流程进行研究，基本包括清洗理论的研究、水射流清洗工艺等方面。

在充分理解其工作机理的基础上，找出影响水射流清洗的效率问题，并提出改善途径。

通过合理匹配清洗系统参数，提高清洗效率和质量，并在计算流体流动力学（CFD）对所选参数的清洗效果进行模拟。

模拟结果表明参数匹配基本合理，可以满足清洗要求。

关键词：油管；油管清洗；高压水射流；清洗工艺；数值模拟
Abstract
In oilfield has used in production, including the tube coiled many, casing, etc.After the oil operation, tubing and casing more or less oily, scale and oxygen compounds, affecting the next use. If you continue to use, it will be time to increase oil production affects the economic benefits. According to research, an annual output of 2000000 tons of small oil fields, pipeline needs to be repaired every year about 17 million, the pipeline of about 500 yuan each, can be seen that if not repaired, it will greatly increase the oil field development costs.
In oilfield development process has introduced the pipe tube cleaning process, thus improve their economic benefits. Cleaning method is also a lot of tubing, and they are heated cleaning, chemical cleaning, physics clean three categories. Learned from previous experience of cleaning, washing and chemical cleaning of heating a great impact on the environment and inefficient.In order to improve the efficiency and quality, cleaning of high pressure water jet cleaning technology introduced in oilfield production. High pressure water jet cleaning in the cleaning process, no environmental pollution, dirt cleaning ability, is an ideal new cleaning technology. Introduced in the oilfield cleaning high pressure water jet cleaning technology, cleaning time was shortened to improve cleaning quality.
This article will high-pressure water jet cleaning technology to study a series of processes, the basic theoretical research, including cleaning, water jet cleaning process and so on.In the full understanding based on the working mechanism, affecting water jet cleaning efficiency, and put forward improving ways. Through the rational matching cleaning system parameters, improve the efficiency and quality, and clean in computational fluid flow mechanics (CFD) selected parameters to simulate the cleaning effect. Simulation results show that the basic parameters matching rational, can satisfy cleaning requirements.
Keywords: tubing; pipe cleaning; high pressure water jet cleaning technology; numerical simulation
目录
摘要 (i)
Abstract (ii)
目录 (iii)
1绪论 (1)
1.1目前国内外油管清洗现状 (1)
1.1.1国内现状 (1)
1.1.2国外现状 (2)
1.2目前油管清洗方法 (2)
1.2.1化学剂清洗技术 (2)
1.2.2中频感应加热清洗技术 (4)
1.2.3高压水射流清洗技术 (5)
1.2.4综合评价 (5)
1.3研究内容及研究思路 (6)
1.3.1研究内容 (6)
1.3.2研究思路 (8)
2高压水清洗技术理论 (9)
2.1高压水射流基础知识 (9)
2.1.1水的物理性质 (9)
2.1.2高压水射流 (9)
2.1.3水射流清洗机理 (11)
2.2水射流结构 (12)
3水射流清洗工艺 (14)
3.1水射流清洗工艺 (14)
3.1.1移动式高压水射流清洗 (14)
3.1.2喷头自旋进给 (15)
3.1.3管具旋转喷嘴进给 (16)
3.1.4清洗的条件 (17)
3.2水力参数及装置机械参数计算 (18)
3.2.1水力参数计算 (18)
3.2.2机械参数计算 (19)
3.3清洗效率 (20)
3.3.1影响清洗效率的因素 (20)
3.3.2提高清洗效率的途径 (21)
4射流系统参数优选 (23)
4.1压力和流量 (23)
4.2高压软管 (23)
4.2.1高压软管规格选择 (23)
4.2.2高压软管沿程损失计算 (25)
4.3高压泵 (25)
4.3.1高压泵基本参数 (25)
4.3.2高压泵的选型 (26)
4.4驱动机 (26)
4.5喷嘴 (27)
4.5.1喷嘴当量直径的选择 (27)
4.5.2喷嘴参数计算及选型 (29)
5喷嘴流场数值模拟 (30)
5.1计算流体动力学控制方程 (30)
5.2模型建立及边界条件 (33)
5.2.1计算模型 (33)
5.2.2计算边界条件 (34)
5.3计算结果分析 (35)
6结论 (37)
致谢 (38)
参考文献 (39)
1绪论
1.1目前国内外油管清洗现状
1.1.1国内现状
国内大庆、江汉等油田，从70年代后期开始研究旧油管修复工艺技术，并建立了简单的修复流水线。

90年代以后，随着钢材价格的上涨，油管在油田生产中所占的成本比例逐年提高，为了降低采油成本，提高开发效益，国内各油田十分重视旧油管的修复利用，采油厂相继建设了油管修复流水线，加大了旧油管检测与修复力度。

目前国内外油田油管修复流水线一般包括：清洗-通径-探伤-车扣-试压等五个主要工序。

油管清洗的方法较多，目前国内采用的比较先进的方式为高压水射流清洗及中频加热清洗等。

高压水射流清洗具有自动化程度高、节约能源、油污清洗较为彻底，但是存在设备维护费用高，核心部件（如密封件、阀、喷头等）易损坏等问题，且对于严重结蜡的油管及油管中的丝扣、卡箍等位置难以达到理想的清洗效果；同时，目前广泛采用的油管射流清洗中使用的水压力较高，对泵及其他辅助设备提出了更高的要求，而且，较高的喷射压力形成的噪音污染严重影响工作环境，因此对射流系统及核心元器件进行设计优化，在不影响清洗效率的情况下降低水压力。

目前国内对于高压水射流油管清洗工艺的研究，多集中于喷嘴结构设计，而对于直接影响到射流清洗工艺的效果及效率的问题（如射流清洗效率评估体系的构建、射流工艺参数优选、喷嘴结构优化等）则较少进行系统的研究。

因此，在油管清洗理论研究基础上，集中开展高压水射流清洗理论的研究，设计新型高效油管清洗工艺，实现油管高效环保清洗。

江汉油田采油厂每年产生的结垢、锈皮、结蜡、结盐油管长达30×104 m，原有40%因无法处理而报废，现经表面清洗处理后可重复利用，节约成本551万元。

由此可见，新的油管清洗技术有待研究。

而目前使用的较先进的清洗技术，即高压水射流清洗技术更需要优化。

向环保、高效、节能等方面发展，以改善目前油管修复技术在清洗方面的现状。

1.1.2国外现状
国外对水射流清洗技术研究起步较早，在上世纪90年代水力切割基础上就开发了多种油管水力清洗技术装备和配套的清洗工艺。

Mclean根据气体射流的研究结果，研究了水力射流清洗的流动特性。

埃克森公司的Maurer等人开展了高压射流用于油管和套管的水力清洗可行性实验，在原有基础上提高了油管和套管的清洗效率。

Flowdrill公司的Butler等人在研制了一种双流道高压水力清洗系统，极大地提高了水力系统的能量利用效率。

21世纪初，研究人员开展了空化射流和磨粒射流清洗的试验研究，由于设备和成本问题，未能进行大规模工业实验。

另外，国外在水力清洗方面比较著名的厂商也参与了相关试验和设备的研制工作。

其中有代表性的是美国的StoneAge公司，该公司是旋转射流工具的专业制造商，其产品装备着美国各大水射流制造商，StoneAge公司已成为旋转射流的代名词。

同时该公司还开发了用于油管内壁清洗用的高压水力射流喷头。

用于产生高压水射流剥离内壁上的油污和锈皮蚀等污物。

1.2目前油管清洗方法
国内外目前的清洗油管的方法主要有三类:
（1）加热清洗，使用过此方法的过程中发现清洗不彻底、对环境影响大等缺点。

清洗方式有蒸汽车清洗、热煮池清洗、中高频加热清洗等。

（2）化学清洗，化学清洗主要是可利用化学催化剂、柴油等使污垢溶解，从而达到清洗的目的。

这种清洗方法清洗效果差、成本高、污染环境、还会对油管材质有腐蚀作用，因此使用比较少。

（3）物理清洗，主要包括清管器和高压水射流两种方式。

高压水射流已开始成为油管清洗技术的主导，研究的内容也开始丰富，不仅仅局限于喷嘴机构设计等方面。

1.2.1化学剂清洗技术
传统的油管清洗方法为高温化学清洗，即将油管置于注满清洗液的大池中，下面通入高温蒸汽管网，经沸煮后的油管再经漂洗，有些还需重新磷化，对于堵死管则需进行通径预清理。

化学清洗方法的工艺流程如图1-1。

化学清洗方法的主要缺点有：
（1）由于垢层并非均匀地附着在管壁上，经过高温浸泡后，较薄的垢层易溶解脱落，而大块垢层仍可能附着在管壁上，尤其是近乎堵死的油管，不易清理干净，必须用旋转钻杆预先清理；
（2）由于各油田的油管垢层成分不同，所用的清洗液也不相同，清洗液配比难以理想化，同时，必须不断分析清洗池中溶液浓度，补充清洗剂；
（3）由于高温下清洗液的挥发，作业现场浓雾弥漫，严重影响工人的身体健康；
（4）由于作业场地到处积满油垢，清洗池换液时，废液的排放及池中油垢的清理，都会严重污染环境；
（5）对于不同的油管污垢，所需的化学剂也不尽相同，也相对增加工作量；
（6）由于用到的化学剂(主要是酸碱)会对油管造成腐蚀性伤害而降低了油管再次利用时的寿命。

1-配液槽 2-循环清洗泵 3-高压发生器 4-低压发生器
5-蒸发器 6-吸收器 7-热交换器 8、9-排空
图1-1化学清洗工艺流程
工作原理：旧油管在传输线的拖动下，按照一定速度通过感应加热器，在感应器的作用下，油管内外表面温度将迅速达到300～500o C，从而使油污和蜡瞬间熔化。

外壁上的熔化物流入集油槽中，内壁上的熔化物有的流出管体，有的残留在旧油管内部，随后，高速旋转的钢丝轮将油管内外壁的污垢剥离油管表面，并在一定压力的水流作用下，将油管冲洗干净。

其工作流程图如图1-2。

主要指标：加热温度300～500o C，总功率70kW，清洗速度5～7min/根。

中频加热清洗的优点：
（1）清洗技术新颖，国内应用该技术进行油管清洗作业的单位极少；
（2）由于采用了中频感应技术，解决了用高压水无法清洗旧油管表面的胶质、沥青质和结垢的部分技术难题；
（3）采用联合钢丝轮机械清洗旧油管表面的锈垢，清洗费用低，运行可靠，故障率低。

缺点：对厚垢层无能为力，即对严重结垢的油管和注水管清洗效果不佳，清洗效率一
图 1-2 中频感应加热清洗油管流程
高压水射流清洗是一门新兴的物理清洗技术，其清洗原理是用高压柱塞泵和特殊设计的喷嘴产生高压高速水射流，并使其经管道到达喷嘴再把高压力低流速的水转换为低压高流速的射流，以其很高的冲击动能，连续不断地作用在被清洗表面，利用水射流强大的冲击力直接冲刷油管内壁结垢物，使垢物脱落，达到清洗目的。

高压水射流清洗技术对各类设备的堵塞物、污垢、锈层、涂层等均有十分理想的清洗效果，是近年来油管厂进行油管清洗的首选方案。

主要技术指标为:额定工作压力70MPa，总功率90kW，油管最大传送速度0.45m/s，油管清洗速度2.5～4min/根。

高压水射流技术的优点：
（1）与蒸汽化学清洗相比，高压水射流清洗不腐蚀和损伤被清洗物，无任何化学污染，其清洗废水可循环使用，对环境污染相对较小；
（2）对油污、腊质清洗干净彻底；
（3）节约能源，降低成本，常温下清水为工作介质，无需加热、加药，减少了锅炉的投资和运行时能源及药品的消耗；
（4）工作效率高，操作简单，自动化程度高，此清洗装置大多采用自动化操作，运行时一人就能完成整个清洗工作。

但相对而言还存在一些缺点：
（1）水射流设备维护费用相对较高，密封件、阀、喷头等易损物必须定期更换，而且也是一笔不小的费用；
（2）高压水射流的工作压力一般为50～70MPa，所以在现场施工时具有一定的危险性；
（3）作业过程中必须经常检查各承压部件，以免因接头松动或胶管破裂引发事故。

1.2.4综合评价
从上面的介绍，已经初步的了解了各种清洗方法的工作原理和各自的优缺点。

下面将从清洗效果和经济、环保、可靠性等方面作对比。

（1）清洗效果对比
主要从清洗油污、胶质、锈层、涂层、轻度结垢、严重结垢、堵塞等几方面进行对比，化学和高压水清洗技术在油污、胶质、涂层等方面的清洗效果要比中频加热清
洗效果好很多，但化学清洗和高压水清洗对严重结垢和堵塞的清洗效果也不理想。

其结果如表1.1。

表1.1清洗效果对比
指标化学高压水射流中频感应加热
蜡、胶质好好好
锈层好好好
涂层好一般一般
轻度结垢一般一般差
严重结垢差差差
（2）经济、环保、可靠性指标对比
由于高压水射流清洗的核心部件是高压泵，其价格高寿命短，从而导致了费用高，还有密封件的要求高，很容易发生事故。

化学清洗方法和中频加热清洗则在环保等方面的投入远远高于高压水射流。

从总体上看，高压水射流清洗方法还是占优势。

其对比结果如表1.2。

表1.2经济、环保、可靠性对比
指标化学高压水射流中频加感应加热
可靠性低低中
耗材大中中
效率中高中
从上面的对比数据可以看到，高压水清洗对厚层垢的打击力不足、清洗系统设备的维护复杂等问题还有待研究、改善。

高压水在综合方面占据很大的优势，其发展潜力是很大的，研究方向也很多，毫无疑问，高压水清洗技术清洗系统将会越来越完善，成为将来清洗领域主导。

1.3研究内容及研究思路
1.3.1研究内容
从之前两节的介绍，我们可以看出高压水射流清洗技术是近20多年才开始发展
起来的，还属于新型技术。

而在清洗油管等管具方面更是有很好的前景，因此，对这项技术的研究有很重要的作用。

本文将从油管清洗理论、高压水射流理论以及射流清洗工艺方面来研究，并提出一种较为合理的清洗系统配置。

1、清洗理论方面的研究
清洗理论将贯穿本文，是研究高压水射流清洗的前提，主要是在清洗压力、流量等方面。

在绪论部分已做了大量的介绍，对目前比较常用的几种清洗方法进行了比较，高压水射流清洗技术在总体投资、环保、能源节约、清洗效率等方面远优越于其他清洗技术。

当然，还存在一些无法避免的劣势，即怎样选择一种合理的系统配置，以达到理想的效果。

2、高压水射流理论研究
这部分将对高压水射流的介质、射流的形式、水射流结构以及水流清洗机理进行研究。

理解高压水的射流形式和结构，有助于我们研究水射流清洗能力，以及它的清洗机理。

通过这些方面的学习，理解水射流结构中各基本段的适用情况，根据它的分类，选择一种高压水射流形式，对清洗效果产生的影响不同。

清洗机理将会研究水射流对污垢的破坏形式，之中还有材料力学知识的运用。

3、水射流清洗工艺
这部分将介绍几种清洗工艺，主要由移动式和固定式，又可以分为喷嘴进给管具旋转和管具固定喷嘴自旋进给。

在这里会对各个清洗工艺的流程做简单的描述，以及几个工艺各自的优点。

对清洗系统中水力参数和机械参数进行计算，提出在清洗过程中影响清洗效率的主要因素和提高清洗效率的途径。

4、射流系统参数优选
本部分是此次工作的重点，我们会根据前面的清洗系统中的各组件进行优化选择，以达到较高的清洗效率。

对影响清洗效率的主要参数优选，主要由高压泵、高压软管、喷嘴其中，高压泵的流量直接关系到高压水打击力，高压软管是系统中沿程损失的最主要部分，喷嘴也关系到水射流的打击力和清洗效果。

一般而言，清洗系统的清洗效率主要和这三部分关系密切。

因此，本部分会详细计算各参数以及对其使用类型进行选择。

5、数值模拟
在选择了高压泵、喷嘴、高压软管后，其清洗效果是否达到预期结果，有必要对其进行模拟。

本部分利用计算流体动力学（CFD）进行，从而得出清洗效果。

1.3.2研究思路
2高压水清洗技术理论
2.1高压水射流基础知识
2.1.1水的物理性质
水是一种最常见的流体，其主要的物理性能有:
1.密度。

即单位体积水的质量。

在标准状态下（标准大气压、20 0C），纯水的密
度为998kg/m3。

2.粘性。

指液体内部抗拒变形、阻碍流动性的性质。

衡量流体粘度大小的物理量时动力粘度μ（N∙s/m2）和运动粘度v（m2/s），两者的关系为v=μ。

标况下水的
ρ
动力粘度μ=1.005×10−3N∙s/m2。

3.压缩性。

指在一定温度下，水的体积随压强的升高而减小的特性。

衡量压缩性大小的物理量是压缩率κ。

水的压缩率很小，在一般压力下可以不考虑，但在处理高压水水射流问题时，压力相对常压较大，因此必须考虑压缩性的影响。

例如当压力为200～300MPa时，水的压缩体积约为7%～9.5%。

2.1.2高压水射流
水射流是能量转变与应用的最简单的一种形式。

其一般的工作过程是:动力驱动泵通过对水完成一个吸、排过程，将一定量的水送到高压管路，使其以一定的能量到达喷嘴。

而喷嘴的孔径比高压管路直径小得多，因而水在流经喷嘴时被加速凝聚，这样就形成了高速的微细“水射流”。

高压水射流是指通过高压水发生装置将水加压至数十个到数百个大气压以上，水射流的速度一般都在1倍马赫数以上，具有巨大的冲击能量。

这种具有高能量、高速度的水流正向或切向冲击物体表面时将产生强烈的作用，从而完成切割、清洗、破碎等作业。

将这种高度聚能的水射流用来完成各种清洗作业的技术称为“高压水射流清洗技术”。

根据发生方法、环境介质、形态等条件的不同，水射流可以做不同的分类：
1.按照水射流的形态分类
（1）连续射流。

连续射流除在开始时存在一个峰值外，基本保持对被作用体稳定
的压力，当前实际清洗过程中大多数属于连续射流。

（2）脉冲射流。

脉冲射流是参数随时间变化，对物体的作用也随时间周期性变化的不稳定射流。

这种射流的特点使产生一个持续时间极短的压力峰值。

脉冲射流持续时间短，应力持续时间短，可以提高射流冲击效果和能量利用率，因而成为射流应用研究的新方向。

(3)混合射流。

混合射流实际上是连续射流和脉冲射流的结合，其典型代表就是空化射流。

（a）连续射流（b）脉冲射流（c）混合射流
图2-1不同射流示意图
2.按射流周围介质分类
（1）淹没射流。

工作时在水或其它液体中喷射的射流叫淹没射流。

当射流射入液体中时，由于粘性而迅速发生能量交换，使射流速度不断衰减。

淹没射流在石油钻探或水下切割等场合有重要应用。

（2）非淹没射流。

水射流在空气中喷射时叫做非淹没射流。

非淹没射流由于和空气之间剧烈地能量交换和紊动扩散，使其成为气水二相混合介质射流，因而较前者更复杂。

水射流在剥离、清洗、破碎、切割等诸多领域的应用都属于非淹没射流。

3.按射流工作时介质形态分类
(1)纯水射流。

工作介质完全是水，没有添加剂或磨料。

高压纯水射流单纯利用高速水束的动能，应用于各种清洗作业中。

（2）磨料射流。

工作介质除水之外，还在其中加入了一定粒度和比例的固体颗粒，以提高其切割、破碎能力，这些固体颗粒称为磨料。

根据介质与磨料混合过程的不同，可以分为前混合磨料射流和后混合磨料射流两种。

4.按水射流用途分类
(1)雾化射流。

多用于降尘、喷灌等；
(2)造型射流。

多用于喷泉、人造瀑布、水幕电影等；
(3)真空射流。

用于水射流抽吸；
(4)圆柱射流。

多用于消防、清洗等；
（5）细射流。

多用于清洗、切割等。

2.1.3水射流清洗机理
水射流清洗过程是用水射流使一种或多种物料(附着层)从另一种物体(基体)表面上脱离的过程，也是连续水射流或高速水滴破坏物料的过程。

当高压水射流正向或切向冲击被清洗表面的污垢时，射流具有的冲击作用、动压力作用、空化作用、脉冲负荷疲劳效应、水楔作用、磨削作用等对污垢将产生冲蚀、剪切、压缩、剥离、破碎，并引起裂纹扩散和水楔等效果。

喷射水流必须对垢层或沉积物有足够的撞击力使其粉碎，一旦垢层被渗透，流体呈楔子插入垢层和金属表面间，使垢层脱落而露出清洗的表面。

结垢多呈层状或多孔状，容易碎裂，因为喷射水流的撞击可以击中一个孔，在表面以下的形成一个内压而使上部垢层裂开。

在喷射操作过程中，冲碎的颗粒夹杂在喷射流中帮助冲击更多的颗粒。

同时，污垢的成分和结构多种多样，它的硬度、密度、强度千差万别，对应不同的污垢，上述过程也不尽相同。

因此在不同的清洗作业中，随着清洗条件不同和清洗对象性质不同，上述其中的一项或几项起作用。

1.以渗透为主的破碎过程
众所周知，水能渗入垢粒之间的孔隙，并对垢粒施加压力，当此压力大于颗粒之间引力时，产生裂纹且裂纹逐步地扩散，后面的射流又直接起压缩、剪切和水楔作用，从而使污垢产生裂缝、凹坑到全部剥落。

产生凹坑的速度极限等于水渗入污垢孔隙的速度。

如果射流压力很低，使作用在垢粒上的水压力小于其粘着力，水渗入污垢，并在其内扩展，形成渗水区；当压力增大，使压力大于粘着力，污垢即可以被破坏。

G.Rehbinder的研究也表明，在这个过程中起决定作用的是水的渗透引起的作用于垢粒上的水压力，当该水压力足够克服垢粒之间的粘着力时，垢粒之间产生裂纹。

裂纹的扩散方向与污垢的渗透方向、污垢结构有关，扩散速度与渗透速度有关。

2.以压缩和剪切为主的破碎过程
对于软粘的渗透性的物料垢，主要是通过水压力直接压缩和剪切引起破碎应力。

该应力按照一定的规律超过污垢的强度极限时，污垢产生裂纹、裂缝，在后续水射流的水楔等作用下扩张成坑，最后达到污垢的全部破裂并被冲洗干净。

按照弹性力学理
论，水射流对污垢压缩和剪切引起的应力状态为三
维空间应力状态。

图2-2为任一水滴对污垢作用的
受力示意图。

对此受力情况下的应力可按三向应力状态分析，
应根据强度理论求解水射流的压力，此时极限应力
可取污垢之强度极限。

由于污垢成分、结构的复杂，
图2-2软质垢层受力
没有详细性能应力一应变等参数，目前只作为一种定性分析的方法，由试验确定水射流对污垢冲蚀的压力情况。

另外，污垢成分、结构各异，从实用的角度来说，由试验确定射流压力值已完全达对于常见非渗透性软粘垢的清洗要求。

如凡士林垢，当射流出压力为15MPa左右时，即可以快速除垢，优于化学溶解清洗。

可见，无论清洗作业属于那种机理，清洗作用的产生与否和效果的高低都与水射流的冲击压力和污垢的强度极限值有直接关系。

2.2水射流结构
射流是一种孔口或狭缝出流流动现象。

工程所用水射流绝大多数是湍流流动，其实际结构和运动机理极其复杂，在流体力学理论分析上，其流动的基本图形是边界层流动。

考虑到一般清洗管具均在空气中进行，即为非淹没水射流。

因此，只讨论非淹没水射流结构。

其结构大致分为起始段、基本段和消散段，如图2-3所示。

射流离开喷嘴后，在其与环境介质形成的边界层上存在极大的速度差，由此而产生一个垂直十射流轴心方向的力，该力与速度差成正比关系。

在这些力及射流内部湍流波动的作用下，产生射流流体与环境介质的质量与动量交换，使射流表面出现波状分离。

其构成及波长依赖于射流排除工况。

射流流体与环境介质的质量及动量交换过程也即是射流的传播与扩散过程。

射流的扩散首先开始于射流表面并逐渐向轴心发展。

因而，在距喷嘴一定距离内就形成一锥形的等速湍核区。

湍核区内射流轴向动压力、流速及密度基本保持不变。

喷嘴出口端面至等速流核区消失的截面间的射流段即为射流起始段。