通过提高背压来避免气穴的方法，可以采用串联两个或多个节流油嘴的方法来消除气穴。保持总的节流效果不变，让压差分别降落在几个节流油嘴上，每个节流油嘴上的压差都限制在安全值之内，通过破坏气穴产生的条件，从而避免气穴现象的发生。
（2）选择合适的油嘴材料
要防止气穴的破坏，在选材上要选用性能好的材料如硬质合金，并需要改进结构使气蚀的产生及其危害降至最低。
（3）分级压降
设计采用多个节流油嘴，使多个节流油嘴串联，共同分担节流油嘴两端的压差，使每个节流油嘴两端的压差减小，σ值变大，从而减小油嘴的损坏。若进口压力与出口压力的比值越小，σ值越大，抗气蚀性能就越好。若采用两级节流，由于总的压差由两个节流油嘴分担，使得每级进出口压力比值变小，σ值变大，其抗气蚀性能就比采用一级油嘴的好。
三、流体过油嘴流动及油嘴损坏力学分析
流体中的颗粒对管壁的破坏如图2-1所示，主要发生在A区、B区和C区。在A区颗粒高速旋转冲击、磨蚀管壁，最终造成该区域被破坏。在C区颗粒破坏管壁主要是因为颗粒高速冲击的作用。在B区会有气穴现象的发生，也会破坏管壁。下面对颗粒在区域中的破坏作用逐一分析。 油 嘴油 管2油 管 图2-1流体过油嘴流动示意图 1、颗粒的圆周运动磨损管壁 在A区，颗粒中作圆周运动磨损管壁，由F=ma，可知，磨损管壁的力主要取决于颗粒的质量和加速度，所以在颗粒质量一定的情况下减小加速度可以保护2?dv??v?22管壁损坏。由：???t??n??????R??可见，减小A区磨损就要减小颗粒dt????2速度的大小或增大颗粒的圆周运动半径。但在工程上要求简单易行，所以只能控制颗粒的流动速度，也就是选择一些条件尽量使速度较小。
如图2-1所示，颗粒在A区作圆周运动磨损管壁，圆周运动的加速度可分解
dvv2为相互正交的切向量?t和法向分量?n：?t?，?n?。式中：切向加速度
dtR的大小dv/dt表示质点速率变化的快慢，法向加速度的大小v2/R表示质点速度方
2?dv??v?22向变化的快慢。总加速度的?的大小为：???t??n??????R??,方向可dt????2用它和en间的夹角?表示：??arctg?tdv/dt。如果质点作匀速圆周运动，那么：
?n＝0。于是：?t＝0，这时质点只有方向加速度：?n＝v2/R。这时的速度只改变方向而不改变大小，由F=ma可知，磨损管壁的力主要取决于颗粒的质量和加速度，所以在颗粒质量一定的情况下减小加速度可以保护管壁损坏。由：
2?dv??v??可见减小加速度主要要减小速度或增大半径。由以?????????????dt??R?2t2n2上分析可知：减小B区磨损只要减小速度或增大半径即可。 2、过油嘴流动分析 （1）气体油嘴处流动
气体通过油嘴时流量与压力的有此关系：
0.408p1d2qsc?rgT1Z12k?1p2k?k?p2k?()?()?， k?1?p1p1?式中：qsc—通过油嘴的体积流量（标准状态下），104m3/d；p—压力，MPa；d—油嘴嘴眼直径，mm；T—温度，K；下标1、2—油嘴嘴前、嘴后位置；p1/p2—压力比。
（2）液体过油嘴流动
液体在油嘴中的流动过程是极其复杂的，根据连续性方程:ｕＡρ=常数
式中:ｕ——截面平均流速，Ａ——流道截面积，ρ——流体介质的密度。
对于不可压缩的流体，ρ=常数，因此ｕＡ=常数，亦即流体的流速和通过该截面的截面积成反比。同时，又根据伯努利方程式:
ｇＺ+Ｐ/ρ+ｕ2/2=常数
式中: Ｚ—位置标高，Ｐ—静压强，ｇ—重力加速度。
忽略管道进出口流体的位置标高差别，如果通过截面时的流速增大，则意味着断面的压力将下降，当流体的压力下降到该温度下的饱和压力Ｐv时，液体将出现汽化，同时发生汽蚀或闪蒸现象。汽蚀现象和闪蒸现象对设备有较大的破坏。
（3）流体流经油嘴前后的压力变化分析
图2-2是液体通过油嘴的示意图。液体在油嘴内一直处于稳定流动，同时不考虑液体的位能及节流前后的温度变化，则根据连续性的方程ｕ1=ｕ2，当液体通过油嘴时可能有三种工况:
1)液体通过油嘴时，因液体流速增大，造成压力降低。但Ｐ2大于当时液体温度下的相应的饱和压力，在这种工况下，液体通过调节窗口后不会发生汽蚀和闪蒸现象。
2)当液体通过油嘴时，液体的压力小于或等于当时液体温度下的相应的饱和压力。根据汽蚀理论的研究，此时在金属表面某处形成一个稳定的汽蚀区，汽泡在金属表面的不断形成和增长，同时随着流体下移压力回升(即速度能转变为压力能)，当该处的液体压力大于当时液体温度下的饱和压力时，则汽泡破裂(凝聚)，而汽蚀正是由于这些汽泡的反复破裂所引起的。当汽泡破裂时，周围液体即迅速地填充破裂汽泡的空间，冲入的流体形成高速而冲击金属表面。大部分汽蚀汽泡远离金属表面，汽泡破裂产生的冲击波对金属表面的损坏不大，只有在金属表面产生和增长的汽泡又同时在金属表面破裂或者在接近金属表面破裂，产生的冲击波才会造成设备损坏。
3)当液体通过油嘴时，液体的压力降低于当时液体温度下相应的饱和压力，而且油嘴的出口压力仍然低于相应的饱和压力，所以液体通过油嘴后，部分液体即发生汽化，产生两相流，汽泡有时合并、破裂和产生蒸汽。
23 图2-2 液体通过油嘴示意图 图中：P1、P3—入口压力及出口压力；P2—最小截面处压力；ｕ1、ｕ2—入口流速及出口流量。 采用多级节流防止油嘴破坏。由于生产中油嘴通常要承受较大的压降，这对于单级节流油嘴来说是极其困难的，单级节流的油嘴容易发生气蚀、也容易被刺坏。而采用多级节流后，其总压降大于单级节流后的压降，每一级调节压降较小，把压降分配在几个串联的油嘴上，因而就可避免使油嘴产生破坏。
压力P1P2闸门入口液体流向 图2-3 采用多级节流压力变化示意图 （1—单级节流压力降曲线；2—多级节流压力降曲线）
油嘴要选用优质材料制作除以上汽蚀或闪蒸现象对油嘴的损坏外，由于油嘴在高压差下工作，冲蚀作用也是不可避免的。故油嘴一般可选用表面硬度高并抗气蚀的材料。理想的抗汽蚀材料应具有坚实的和均匀的细晶粒结构、变形能大、抗拉强度和硬度均很高、加工硬化性能好、疲劳极限和抗腐蚀疲劳极限强度均很高的特性，目前国内外采用4Crl3、钴钨锰钼钒等硬质合金，同时也采用喷涂硬质合金和陶瓷等方法来提高材质的性能，以达到防破坏的目的。
（4）颗粒高速冲击损坏管壁
在C区，颗粒破坏管壁主要是因为颗粒高速冲击的作用，即力F／（其可分
解为水平方向F1的和垂直方向的F2）。作用在管壁垂直方向上的力为F2，其大
22v2?（v1cos?）sin?。式中：m—粒子质量；v2—粒子末速度，方向小为：F2＝m2L同F／；v1—粒子初速度，方向水平（如图2-4）。 图2-4 颗粒冲击管壁受力状况 22v2?（v1cos?）F作用在管壁水平方向上的力为F1其大小为：F1＝mcos?，2L／由上面的分析可知：油嘴的破坏主要发生在A区、B区和C区。在A区由于颗粒高速旋转而损坏油嘴，在B区因气穴现象损坏嘴，在C区颗粒沿水平方向对油嘴的磨损和垂直方向颗粒高速的高速运动导致油嘴破坏。 因此，在使用多级节流、合理控制油嘴节流降压条件下，必须清除流体中的大固体颗粒，如采用井口除砂器，防止地层返排出的固体颗粒磨损、堵塞流程设备，同时要勤于检查油嘴和节流下游管径内壁损伤情况，以便及时更换。
四、流体对油嘴金属的冲刷腐蚀分析
冲刷腐蚀是金属表面与腐蚀性流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象，是机械性冲刷和电化学腐蚀交互作用的结果。当液流中混入固相颗粒时即构成所谓的液/固双相流冲刷腐蚀。高温高压井测试放喷排液期间，在地层高压能量的作用下，测试管柱内的液垫、含固相颗粒（泥浆加重剂）的钻井漏失泥浆、地层孔隙中的游离砂会一起高速溜出，对井下、井口与地面工具、设备，特别是油嘴管汇、弯头等节流、转向处造成严重的磨损、冲蚀。
1、冲刷腐蚀特点
冲刷腐蚀包括腐蚀和冲刷两个方面，腐蚀是指产物以离子形式脱离金属表面，冲刷是指产物以固体颗粒（分子）形式脱离金属表面。
在液固体系下，冲刷腐蚀的过程一般认为是如下的机制：冲刷颗粒的能量（如