用於鑽頭上的空穴射流噴嘴的製作方法

2023-12-11 01:07:47 1

專利名稱：用於鑽頭上的空穴射流噴嘴的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種石油鑽井用鑽頭上的空穴射流噴嘴。
隨著″水擊現象脈衝液流的研究」及目前的」空穴射流噴嘴技術″的不斷發展和改進，人們對此技術的研究和應用也日趨重視。因而噴射鑽井技術在我國已逐漸成為一種提高鑽井速度的常規技術，新型的射流噴嘴在鑽井技術中則大顯其效力。
在國內外曾一度有人研究用於牙輪鑽頭上的射流噴嘴。如「有防衝蝕定位園環的間隙噴嘴」(專利申請號88214839.7，申請日88.10.7)的實用新型專利申請，該實用新型是在孔腔內加一個園環，使之旋轉。雖然解決了旋轉園片入口處渦流易衝蝕外部鋼體問題，增長了噴嘴工作時間，但當噴速太快時，脈衝幅值小，接近於普通射流。又由於對稱性結構，限制在某些情況下園環不轉而失效。近來，西南石油學院和重慶大學的″振蕩脈衝射流噴嘴″，採用軸對稱結構設計，它是利用上一級噴嘴射流的渦量脈衝、以及剪切層不穩定性對擾動的放大作用和反饋三個環節構成的封閉環來產生振蕩脈衝射流的原理，使下一級噴嘴出口的射流具有脈動特性和很高的瞬時打擊力。雖對平均鑽速提高25-30％，然而這種噴嘴由於是單室的孔腔，脈衝幅值小，對巖石的噴射打擊力提高量不大，又因噴嘴距井底較遠，水力衰減大，所以鑽速提高不大。噴嘴與孔腔直徑之比在2倍以下，空穴數必然較低。其次，在200at的超高壓鑽進時易刺易漏。
本實用新型的目的則是為了克服上述現有技術中的不足之處，提供一種採用2-3孔腔、3噴孔，水力衰減數小，脈衝幅值大，能在低壓和超高壓時打鑽，且結構簡單、成本低廉，可用於各種鑽頭上的空穴射流噴嘴。
本實用新型的目的由以下措施來達到將喉道與上孔腔連接，上孔腔與第二噴孔連接，第二噴孔與下孔腔連接，下孔腔再與第三噴孔連接成整體或組件體的空穴射流噴嘴。在內壁鍍上超硬材料，並在噴嘴體與鑽頭結合部位用最佳值M42×2的絲扣連接，再添加粘膠劑密封。
以下結合附圖
進一步描述本實用新型的工作原理及實施例附圖中，1為噴嘴體，2為喉道(第一噴孔)，3為上孔腔，4為第二噴孔，5為下孔腔，6為第三噴孔，7為鑽頭體。當噴嘴體1為整體時，其結構採用碳化矽GT、TM、YG等硬質合金或工業陶瓷鑄造或壓模成型。當噴嘴體為組件體時，其結構採用炭鋼機加工，將喉道2(即第一噴孔)部分及第二噴孔4做成車有絲扣的隔板，與噴嘴體絲扣連接，再進行熱處理。將加工好的整體或者組件體噴嘴，在所有內壁鍍上金剛石或立方氮化硼等超硬材料作保護層，再與鑽頭體連接。第三噴孔為加長噴孔，加長尺寸50-120mm。
附圖是本實用新型安裝在牙輪鑽頭吊耳上的剖面圖。當噴嘴加工成如圖所示的形狀後，鑽頭鑽進時，在高速泥漿衝刷下，泥漿通過噴嘴中喉道2和上孔腔3切割相對靜水，形成渦流擾動射流，造成第一期水力脈衝幅值。通過下孔腔5同樣使剪切層不穩定性對擾動的第二次放大和反饋等環節構成了第二次封閉環來產生高幅值的空穴射流，從第三噴孔射向井底。由於第三噴孔為加長噴嘴接近井底，所以這種噴嘴同時最大限度地減少了淹沒射流水力衰減。更有效地提高了水流脈衝對井底的打擊力，從而達到大幅度提高鑽速的目的。經實驗證明，鑽速提高2-6倍。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點1.採用2-3孔腔，使液流的渦量脈動及剪切層不穩定性對擾動的放大作用和反饋三個環節構成的封閉環來產生的振蕩脈衝增加一倍。從而空穴數急增，振幅值大增，提高鑽速遠超過目前的25-30％。
2.第三噴孔做成加長噴嘴後，可降低射流衰減數50％以上。
3.噴嘴體將過去的33鎖緊改為絲扣M42×2後，又加上粘膠劑密封，噴孔與孔腔直徑比達到1∶4，其臨界空穴數比普通鑽頭提高2-6倍，鑽速也近似提高為這個指標。
4.可在100at的壓力降下鑽進，效果仍很好，同時還保證噴嘴在200at以上超高壓鑽進。
權利要求1.一種由噴嘴體、孔腔、噴孔組成的用於牙輪鑽頭上的空穴射流噴嘴，其特徵在於將噴嘴做成上下孔腔、3噴孔的整體或者組件體的射流噴嘴，且上孔腔3的一端與喉道2(第一噴孔)連接，另一端與第二噴孔4上部連接，下孔腔5一端與第二噴孔4下部連接，另一端與第三噴孔6連接，再用硬質合金或者工業陶瓷、或用炭鋼機加工成型，熱處理後，鍍上超硬材料，在噴嘴體與鑽頭結合部位用絲扣M42×2連接及粘膠劑密封。
2.根據權利要求1所說的噴嘴，其特徵在於噴嘴體1為整體時，採用碳化矽GT、TM、YG等硬質合金或工業陶瓷鑄造或壓模成型，噴嘴體1為組件體時，採用炭鋼機加工，將喉道部分及第二噴孔做成車有絲扣的隔板與噴嘴體連接。
3.根據權利要求1或2所說的噴嘴，其特徵在於所說超硬材料為金剛石或立方氮化硼，鍍於所有內壁上。
4.根據權利要求1或2所說的噴嘴，其特徵在於連接噴嘴體1和鑽頭體7的絲扣M42×2為最佳值。
5.根據權利要求1或2所說的噴嘴，其特徵在於第三噴孔6為加長噴孔，加長尺寸為50-120mm。
專利摘要一種用於鑽頭上的空穴射流噴嘴。該噴嘴是由噴嘴體、喉道、上下孔腔、第二和第三噴孔構成的整體或者組件體的空穴射流噴嘴，採用碳化矽硬質合金或工業陶瓷成型，並用絲扣連接及粘膠劑在噴嘴體與鑽頭結合處密封，以杜絕噴嘴刺漏現象。本實用新型不僅可以減少水力衰減數50％以上，而且在200at超高壓以上打鑽時不刺不漏，在100at以下打鑽效果仍很好，特別適用於深井。本實用新型可提高鑽速2-6倍，而且具有結構簡單。
文檔編號E21B10/18GK2070811SQ90212418
公開日1991年2月6日 申請日期1990年3月17日 優先權日1990年3月17日
發明者王用順, 陳重生, 羅明偉 申請人:王用順