[实用新型]用于钻头上的空穴射流喷嘴

说明书

本实用新型涉及一种石油钻井用钻头上的空穴射流喷嘴。

随着″水击现象脉冲液流的研究”及目前的”空穴射流喷嘴技术″的不断发展和改进，人们对此技术的研究和应用也日趋重视。因而喷射钻井技术在我国已逐渐成为一种提高钻井速度的常规技术，新型的射流喷嘴在钻井技术中则大显其效力。

在国内外曾一度有人研究用于牙轮钻头上的射流喷嘴。如“有防冲蚀定位园环的间隙喷嘴”(专利申请号：88214839.7，申请日：88.10.7)的实用新型专利申请，该实用新型是在孔腔内加一个园环，使之旋转。虽然解决了旋转园片入口处涡流易冲蚀外部钢体问题，增长了喷嘴工作时间，但当喷速太快时，脉冲幅值小，接近于普通射流。又由于对称性结构，限制在某些情况下园环不转而失效。近来，西南石油学院和重庆大学的″振荡脉冲射流喷嘴″，采用轴对称结构设计，它是利用上一级喷嘴射流的涡量脉冲、以及剪切层不稳定性对扰动的放大作用和反馈三个环节构成的封闭环来产生振荡脉冲射流的原理，使下一级喷嘴出口的射流具有脉动特性和很高的瞬时打击力。虽对平均钻速提高25-30％，然而这种喷嘴由于是单室的孔腔，脉冲幅值小，对岩石的喷射打击力提高量不大，又因喷嘴距井底较远，水力衰减大，所以钻速提高不大。喷嘴与孔腔直径之比在2倍以下，空穴数必然较低。其次，在200at的超高压钻进时易刺易漏。

本实用新型的目的则是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种采用2-3孔腔、3喷孔，水力衰减数小，脉冲幅值大，能在低压和超高压时打钻，且结构简单、成本低廉，可用于各种钻头上的空穴射流喷嘴。

本实用新型的目的由以下措施来达到：将喉道与上孔腔连接，上孔腔与第二喷孔连接，第二喷孔与下孔腔连接，下孔腔再与第三喷孔连接成整体或组件体的空穴射流喷嘴。在内壁镀上超硬材料，并在喷嘴体与钻头结合部位用最佳值M42×2的丝扣连接，再添加粘胶剂密封。

下面结合附图进一步描述本实用新型的工作原理及实施例：

附图中，1为喷嘴体，2为喉道(第一喷孔)，3为上孔腔，4为第二喷孔，5为下孔腔，6为第三喷孔，7为钻头体。当喷嘴体1为整体时，其结构采用碳化硅GT、TM、YG等硬质合金或工业陶瓷铸造或压模成型。当喷嘴体为组件体时，其结构采用炭钢机加工，将喉道2(即第一喷孔)部分及第二喷孔4做成车有丝扣的隔板，与喷嘴体丝扣连接，再进行热处理。将加工好的整体或者组件体喷嘴，在所有内壁镀上金刚石或立方氮化硼等超硬材料作保护层，再与钻头体连接。第三喷孔为加长喷孔，加长尺寸50-120mm。

附图是本实用新型安装在牙轮钻头吊耳上的剖面图。当喷嘴加工成如图所示的形状后，钻头钻进时，在高速泥浆冲刷下，泥浆通过喷嘴中喉道2和上孔腔3切割相对静水，形成涡流扰动射流，造成第一期水力脉冲幅值。通过下孔腔5同样使剪切层不稳定性对扰动的第二次放大和反馈等环节构成了第二次封闭环来产生高幅值的空穴射流，从第三喷孔射向井底。由于第三喷孔为加长喷嘴接近井底，所以这种喷嘴同时最大限度地减少了淹没射流水力衰减。更有效地提高了水流脉冲对井底的打击力，从而达到大幅度提高钻速的目的。经实验证明，钻速提高2-6倍。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.采用2-3孔腔，使液流的涡量脉动及剪切层不稳定性对扰动的放大作用和反馈三个环节构成的封闭环来产生的振荡脉冲增加一倍。从而空穴数急增，振幅值大增，提高钻速远超过目前的25-30％。

2.第三喷孔做成加长喷嘴后，可降低射流衰减数50％以上。

3.喷嘴体将过去的33锁紧改为丝扣M42×2后，又加上粘胶剂密封，喷孔与孔腔直径比达到1∶4，其临界空穴数比普通钻头提高2-6倍，钻速也近似提高为这个指标。

4.可在100at的压力降下钻进，效果仍很好，同时还保证喷嘴在200at以上超高压钻进。