专利名称：旋转脉冲喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油、天然气钻井用钻头喷嘴的改进。
技术背景现在石油天然气钻井现场中，脉冲水射流被用于改善井底岩石的受力状况和净化效果，提高钻井速度，这是因为脉冲射流通过周期性冲击岩石，强化压缩岩石的卸载效应，提高破岩、辅助破岩效果，脉冲射流的优势在于扩散小、能量集中、有效喷距大、破岩的门限压力和破岩比能较小等，缺点是射流的能量为回流和岩石的压缩过程耗散较大。水力破岩的实践证实，旋转射流具有较强的破岩能力，其原因是旋转射流的质点具有三维速度，破岩时以倾斜冲击为主，易于在岩石表面形成拉伸和剪切破坏，回流的干扰较少。旋转射流破岩的优势在于破碎面积大、效率高，缺点是能量耗散速率大，随着距离的增大，旋转射流的破岩优势迅速降低，旋转射流的有效喷距小于直射流。旋转射流和脉冲射流的固有缺陷，对它们在实际中的应用有一定影响。
发明内容
本实用新型正是为解决旋转射流有效喷距小、脉冲射流能量为回流和岩石的压缩过程耗散较大等问题而设计的，其原理是流体首先由水力谐振结构，调制产生水力脉动，再由水力导向结构使流体产生旋转，使得由喷嘴出口喷出的射流，既有一定的脉动，又具有三维速度，综合利用脉冲射流和旋转射流的优势，又有效地克服了它们的不足，虽然破岩面积较旋转射流有所减小，有效喷距也稍小于脉冲射流，但是其综合性能显著优于脉冲射流和旋转射流，破岩效率大幅提高，本实用新型的目的就是为现场提供一种旋转脉冲喷嘴。
本实用新型是这样来实现的，它主要由导流管、加速腔、谐振腔、旋转腔和扩散管构成，导流管、加速腔、谐振腔、旋转腔和扩散管由上至下依次串联设置在管体内，导流管内壁面是椭圆曲面，加速腔、谐振腔和旋转腔均呈圆柱状，谐振腔的直径大于加速腔和旋转腔的直径，在旋转腔内壁面上加工有螺旋导向流道，扩散管内壁面是幂指数曲面，谐振腔的直径和长度、旋转腔的直径和长度、加速腔的长度与加速腔的直径的比值分别为3.0～4.0和3.0～4.0、1.05～1.3和1.0～3.0、1.0～3.0，螺旋导向流道的升角为20°～75°，螺旋导向流道的宽度和深度与旋转腔直径的比值分别为0.05～0.25和0.05～0.25，流体由导流管进入加速腔，导流管和加速腔的内壁面呈光滑、渐缩过渡，使流线光滑、连续，能量损失减小，流体由加速腔进入谐振腔，在谐振腔内，流体经过谐振、反馈、选频及放大等自激振荡过程，调制产成水力脉动后进入旋转腔，流体在旋转腔内壁面上的螺旋导向流道的旋转导向作用下产生旋转，经扩散管喷出，形成既有脉动效应，又具有三维速度的射流，射流脉动的频率、幅值和峰值压力通过调整加速腔、谐振腔和旋转腔的直径和长度等尺寸来获得，射流的周向速度和径向通过调整旋转腔内壁面上的螺旋导向流道的升角等尺寸来获得。
本实用新型创造性地通过特殊的水力结构，调制产生既具有脉动效应，又具有三维速度的射流形式，该种形式的射流充分利用脉冲射流可强化压缩岩石的卸载效应和旋转射流具有拉伸和剪切双重破坏作用的特点，有效克服了脉冲射流能量为回流和岩石的压缩过程耗散较大和旋转射流有效喷距小等缺陷，获得了比脉冲射流和旋转射流均高的破岩效率，对于提高钻井速度、降低生产成本具有重要的实际意义。
图1旋转脉冲喷嘴1.导流管；2.导流管内壁面；3.加速腔；4.谐振腔；5.旋转腔；6.螺旋导向流道；7.扩散管；8.扩散管内壁面；9.管体具体实施方式
现结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述。
当采用本实用新型产生旋转脉冲射流时，导流管[1]、加速腔[3]、谐振腔[4]、旋转腔[5]和扩散管[7]由上至下依次串联设置在管体[9]内，导流管内壁面[2]是椭圆曲面，加速腔[3]、谐振腔[4]和旋转腔[5]均呈圆柱状，谐振腔[4]的直径大于加速腔[3]和旋转腔[5]的直径，在旋转腔内壁面[5]上加工有螺旋导向流道[6]，扩散管内壁面[8]是幂指数曲面，谐振腔[4]的直径和长度、旋转腔[5]的直径和长度、加速腔[3]的长度与加速腔[3]的直径的比值分别为3.0～4.0和3.0～4.0、1.05～1.3和1.0～3.0、1.0～3.0，螺旋导向流道[6]的升角为20°～75°，螺旋导向流道[6]的宽度和深度与旋转腔[5]直径的比值分别为0.05～0.25和0.05～0.25。
当采用本实用新型产生旋转脉冲射流时，流体由导流管[1]进入加速腔[3]，导流管[1]和加速腔[3]的内壁面呈光滑、渐缩过渡，使流线光滑、连续，能量损失减小，流体由加速腔[3]进入谐振腔[4]，在谐振腔[4]内，流体经过谐振、反馈、选频及放大等自激振荡过程，调制产成水力脉动后进入旋转腔[5]，流体在旋转腔[5]内壁面上的螺旋导向流道[6]的旋转导向作用下产生旋转，经扩散管[7]喷出，形成既有脉动效应，又具有三维速度的射流，射流脉动的频率、幅值和峰值压力通过调整加速腔[3]、谐振腔[4]和旋转腔[5]的直径和长度等尺寸来获得，射流的周向速度和径向通过调整旋转腔[5]内壁面上的螺旋导向流道[6]的升角等尺寸来获得。
权利要求1.旋转脉冲喷嘴，它主要由导流管、加速腔、谐振腔、旋转腔和扩散管构成，其特征是导流管[1]、加速腔[3]、谐振腔[4]、旋转腔[5]和扩散管[7]由上至下依次串联设置在管体[9]内，导流管内壁面[2]是椭圆曲面，加速腔[3]、谐振腔[4]和旋转腔[5]均呈圆柱状，谐振腔[4]的直径大于加速腔[3]和旋转腔[5]的直径，在旋转腔内壁面[5]上加工有螺旋导向流道[6]，扩散管内壁面[8]是幂指数曲面。
2.根据权利要求1所述的旋转脉冲喷嘴，其特征是谐振腔[4]的直径和长度、旋转腔[5]的直径和长度、加速腔[3]的长度与加速腔[3]的直径的比值分别为3.0～4.0和3.0～4.0、1.05～1.3和1.0～3.0、1.0～3.0。
3.根据权利要求1所述的旋转脉冲喷嘴，其特征是螺旋导向流道[6]的升角为20°～75°，螺旋导向流道[6]的宽度和深度与旋转腔[5]直径的比值分别为0.05～0.25和0.05～0.25。
专利摘要旋转脉冲喷嘴主要由导流管、加速腔、谐振腔、旋转腔和扩散管构成，其原理是流体首先由水力谐振结构，调制产生水力脉动，再由水力导向结构使流体产生旋转，使得由喷嘴出口喷出的射流，既有一定的脉动，又具有三维速度，从而充分利用脉冲射流可强化压缩岩石的卸载效应和旋转射流具有拉伸和剪切双重破坏作用的特点，有效克服了脉冲射流能量为回流和岩石的压缩过程耗散较大和旋转射流有效喷距小等缺陷，获得了比脉冲射流和旋转射流均高的破岩效率，对于提高钻井速度、降低生产成本具有重要的实际意义。
文档编号E21B10/08GK2718197SQ200420052608
公开日2005年8月17日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者倪红坚, 韩来聚, 马清明, 王瑞和, 王振光 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院