專利名稱：一種新型渦流噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉆探用，特別是石油鉆井中使用的渦流噴嘴。
鉆井中的噴嘴通常被用來提高射流的清巖和破巖能力。目前普遍使用的噴嘴主要為流線性噴嘴，它由流線性進(jìn)口和直柱段出口組成。當(dāng)流體通過噴嘴噴出后，由于受返回流體的影響而成“棗核”狀前進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)井底以后，一部分向四周散開，沿著井底橫向流動(dòng)，形成漫流；一部分向著與沿來相反的方向返回。它們主要是依靠射流的沖蝕作用來破巖，依靠井底漫流的橫推作用來清巖。但是，由于下述三方面的原因，使得其破巖和清巖的能力較低①噴嘴出口距井底較遠(yuǎn)，當(dāng)射流到達(dá)井底后，其射流能量損失較大；②返回流體對(duì)后續(xù)射流具有較大的阻礙作用；③射流沖蝕破碎主要是與巖石的三項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)中的抗壓強(qiáng)度有關(guān)，而在抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度中，后兩者比前者小得多。通常巖石的抗壓強(qiáng)度約為抗剪強(qiáng)度的10倍以上。
為了解決上述問題，人們通常的做法是增大排量和泵壓，而這樣勢(shì)必會(huì)造成成本的提高和存在發(fā)生復(fù)雜事故的危險(xiǎn)。
本實(shí)用新型的目的便是針對(duì)上述缺點(diǎn)，提供一種在現(xiàn)有條件下，提高射流破巖速度的裝置。
為解決上述任務(wù)，本實(shí)用新型采用的解決方案是在噴嘴入口處裝有一導(dǎo)向葉輪，而后是加速收縮段，最后是直柱出口段。導(dǎo)向葉輪與直柱入口段為過盈配合，葉輪的葉片數(shù)為3～4片，其螺旋升角在40°～50°之間，錐形收縮段的錐角為10°～30°，直柱出口段的長(zhǎng)度為噴嘴出口直徑的2～3倍。當(dāng)流體流入噴嘴后，在導(dǎo)向葉輪的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并在加速段被加速后從直柱出口段噴出，成螺旋狀擴(kuò)散前進(jìn)。由于該射流的運(yùn)動(dòng)方式與普通射流存在著本質(zhì)的差別，而使得它的破巖和清巖方式也大不一樣。當(dāng)該射流沖擊巖石時(shí)，旋轉(zhuǎn)射流所具有的切向及徑向分力使巖石發(fā)生剪切破碎，同時(shí)也使得鉆頭所破碎的巖屑，在切向力及徑向力的作用下被迅速排出；另外，又由于該射流旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，使得射流中心成一低壓區(qū)，并且打擊巖面后沿沖擊射流法向的反向返回，這樣對(duì)后續(xù)射流的清巖和破巖就不會(huì)造成阻礙作用。又因?yàn)槲覀冊(cè)黾恿藝娮斓拈L(zhǎng)度，使得射流的沿程損失大大降低，破碎巖石的能量就大大提高。以上方法由于不需對(duì)現(xiàn)有的鉆頭等部件進(jìn)行改進(jìn)，所以適施起來簡(jiǎn)單、成本低，但卻能見到顯著的效果。室內(nèi)全尺寸鉆進(jìn)試驗(yàn)表明，在同樣的條件下，該噴嘴與普通噴嘴相比，能平均提高機(jī)械鉆速15％以上。
實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的實(shí)施例及其附圖
給出。
圖一是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的原理剖面圖。
參照?qǐng)D一，該裝置包括直柱入口段〔4〕，錐形收縮段〔2〕、直柱出口段〔1〕和一個(gè)導(dǎo)向葉輪〔3〕。
當(dāng)射流從噴嘴直柱入口段〔4〕進(jìn)入后，在導(dǎo)向葉輪〔3〕的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，然后在錐形收縮段〔2〕被加速，最后從直柱出口段〔1〕噴出，而形成旋轉(zhuǎn)射流。
導(dǎo)向葉輪〔3〕被按裝在直柱入口段〔4〕內(nèi)，它們之間的配合為過盈配合。當(dāng)錐形收縮段〔2〕的錐角在10°～30°之間，直柱出口段〔1〕的長(zhǎng)度為其出口直徑的2～3倍時(shí)，能有效的減小噴嘴的壓力損失；當(dāng)葉輪的螺旋升角在40°～50°之間時(shí)，破巖效果最好。
權(quán)利要求1.一個(gè)由直柱進(jìn)口段[4]、錐形收縮段[2]、直柱出口段[1]所組成的噴嘴裝置，其特征是在直柱入口段裝有一導(dǎo)向葉輪[3]。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的裝置，其特征是導(dǎo)向葉輪〔3〕與直柱入口段〔4〕為過盈配合，葉輪不轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的裝置，其特征是導(dǎo)向葉輪〔3〕的螺旋升角為40°～50°。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的裝置，其特征是導(dǎo)向葉輪〔3〕的葉片數(shù)為3～4片。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的裝置，其特征是錐形收縮段〔2〕的錐角為10°～30°。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的裝置，其特征是直柱出口段〔1〕的長(zhǎng)度為其噴口直徑的2～3倍。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種鉆探用，特別是石油鉆井中使用的渦流噴嘴。該渦流噴嘴是在錐形噴嘴入口處裝有一導(dǎo)向葉輪。當(dāng)流體流入噴嘴后，在導(dǎo)向葉輪的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并在加速段被加速后從噴嘴出口噴出，成螺旋狀擴(kuò)散前進(jìn)，因此，當(dāng)射流打擊巖石后，在射流的切向及徑向分力的作用下，使巖石發(fā)生剪切破碎，同時(shí)也使得鉆頭所破碎的巖屑被迅速排出，而達(dá)到提高鉆頭破碎速度的目的。該渦流噴嘴與普通噴嘴相比，能平均提高機(jī)械鉆速15％以上。
文檔編號(hào)E21B10/00GK2187221SQ9320845
公開日1995年1月11日 申請(qǐng)日期1993年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月31日
發(fā)明者何育榮 申請(qǐng)人:勝利石油管理局鉆井工藝研究院