CN104535293A - 谐振射流实验装置及其进行优选实验的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是谐振射流实验装置及其进行优选实验的方法，其中的谐振射流实验装置由外壳、固定筒、射流器可拆卸地安装在一起构成，外壳是具有壳底的筒体，壳底有中心孔，射流器被固定筒顶固在外壳内，固定筒与外壳螺纹连接；射流器由上射流喷嘴、射流筒、下射流喷嘴可拆卸构成，射流筒的一端为上射流喷嘴，射流筒的另一端为下射流喷嘴，下射流喷嘴与射流筒螺纹连接，固定筒顶在上射流喷嘴上，下射流喷嘴从外壳的中心孔伸出，上射流喷嘴具有倒锥台式渐缩入口和锥台式渐扩出口，下射流喷嘴的入口端端面为向下倾斜的。本发明为可拆卸的，尤其射流器为可拆卸的，可通过改变射流器的类型及尺寸，进行多次实验，以观察水力振动作用强弱，从而对不同类型和尺寸的射流器做出评价，优选出最佳的谐振射流装置结构参数。

Description

谐振射流实验装置及其进行优选实验的方法

技术领域

本发明涉及石油钻井专业的高压脉冲水射流的实验装置，具体涉及谐振射流实验装置及其进行优选实验的方法。

背景技术

近年来，随着水射流技术的蓬勃发展和应用，一些水射流技术如空化射流、间断射流、磨料射流、脉冲射流及自激振荡脉冲射流等在切割、除锈、清洗、石油钻井等方面已发挥了很大的作用。特别的在石油钻井行业，水射流钻井技术进展迅速，在应用推广方面取得了显著成绩，多年来已经成为提高油气资源钻探效率的一种有效途径。

在喷射钻井技术研究中，一个非常重要的方面是探索高效的水射流发生装置。国内外学者对此进行了大量研究，研制出了谐振射流装置，脉冲射流装置，双母射流装置等多种射流装置。其中谐振射流装置因其结构简单，无易损部件，无活动部件，射流效果大大提高，尤为科研工作者喜爱。虽然目前业内对谐振射流发生装置的工作机理，结构参数优化方面都进行了大量的理论研究，数值分析，室内和室外试验，但是并没有一种确定的装置和确定的实验方法对该射流装置结构进行室内实验优选评判，进而为其在现场实际应用提供有效参考。

发明内容

本发明的目的是提供谐振射流实验装置，这种谐振射流实验装置用于解决对射流装置结构进行室内实验优选评判的问题，本发明的另一个目的是提供这种谐振射流实验装置进行优选实验的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种谐振射流实验装置由外壳、固定筒、射流器可拆卸地安装在一起构成，外壳是具有壳底的筒体，壳底有中心孔，射流器被固定筒顶固在外壳内，固定筒与外壳螺纹连接；射流器由上射流喷嘴、射流筒、下射流喷嘴可拆卸构成，射流筒的一端为上射流喷嘴，射流筒的另一端为下射流喷嘴，下射流喷嘴与射流筒螺纹连接，固定筒顶在上射流喷嘴上，下射流喷嘴从外壳的中心孔伸出，上射流喷嘴具有倒锥台式渐缩入口和锥台式渐扩出口，下射流喷嘴的入口端端面为向下倾斜的。

上述方案中上射流喷嘴与射流筒为分体的，射流筒为变径筒体，上射流喷嘴与射流筒螺纹连接，上射流喷嘴出口与下射流喷嘴入口之间的谐振腔是渐缩的。

上述方案中上射流喷嘴与射流筒为一体的，射流筒的筒顶设置倒锥台式渐缩入口和锥台式渐扩出口。

上述谐振射流实验装置进行优选实验的方法：

（1） 将谐振射流实验装置的固定筒通过管道连接高压离心泵，谐振射流实验装置的下射流喷嘴下方设置岩样夹持器，并将谐振射流实验装置放置到防护罩内，防护罩连接排放管；高压离心泵连接水箱，谐振射流实验装置与高压离心泵之间的管道上设置压力表、流量计、调节阀，压力表、流量计、调节阀分别连接至控制系统；

（2） 打开高压离心泵，待运转平稳后快速将岩样放在射流工作区的岩样夹持器上，并打开数据采集系统，进行参数采集，数据采集系统由压力表、流量计、计算机连接而成；

（3） 平稳运行10分钟后，迅速抽离岩样，并关闭数据采集系统的压力表、流量计；

（4）  采用充填橡皮泥的办法，对射流破碎坑体积进行评估，记录数据；

（5）  将步骤一中使用的谐振射流实验装置拆卸开，依次调整射流器上下喷     嘴直径、锥角，谐振腔室腔长、腔径、腔壁倾角，重复进行步骤（2）（3）（4）；

（6）  整理参数，以相同时间，相同泵排量，相同泵压力下破碎坑体积的大  小作为标准，优选出最佳的型号尺寸。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明为可拆卸的，尤其射流器为可拆卸的，可通过改变射流器的类型及尺寸，进行多次实验，以观察水力振动作用强弱，从而对不同类型和尺寸的射流器做出评价，优选出最佳的谐振射流装置结构参数。

2、本发明有数据采集系统，实现了相关参数的实时量化。

3、本发明结构简单，易于实现，成本较低。

附图说明

图1是本发明中固定筒的结构示意图；

图2是本发明中外壳的结构示意图；

图3是本发明中射流器第一种实施方式的结构示意图；

图4是本发明中射流器第二种实施方式的结构示意图；

图5是本发明第一种实施方式的结构示意图；

图6是本发明第二种实施方式的结构示意图；

图7是本发明进行优选实验的装置图。

图中：1.固定筒；2.外壳；3.上射流喷嘴；4.射流筒；5.下射流喷嘴；6.水箱；7.离心泵；8.调节阀；9.流量计；10.压力表；11. 谐振射流实验装置；12.岩样夹持装置；13.防护罩；14.排放管；15.控制系统；16.数据线；17谐振腔。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

实施例1：

如图5所示，这种谐振射流实验装置由外壳2、固定筒1、射流器可拆卸地安装在一起构成，如图2所示，外壳2是具有壳底的筒体，壳底有中心孔。如图1所示，固定筒1为两端均开放的筒体，下端有外螺纹。固定筒1顶在上射流喷嘴3上，将射流器顶固在外壳2内，下射流喷嘴5从外壳2的中心孔伸出，固定筒1与外壳2螺纹连接。液体注入后，由固定筒1进入谐振射流实验装置。

如图3所示，射流器由上射流喷嘴3、射流筒4、下射流喷嘴5可拆卸构成，上射流喷嘴3与射流筒4为分体的，射流筒4的一端为上射流喷嘴，射流筒的另一端为下射流喷嘴，上射流喷嘴3、下射流喷嘴5均与射流筒4螺纹连接，上射流喷嘴3具有倒锥台式渐缩入口和锥台式渐扩出口，下射流喷嘴的入口端端面为向下倾斜的。上射流喷嘴3和下射流喷嘴5具有不同的型号，可从射流筒4上拆卸下来进行更换，各种型号的上下喷嘴流道内径和锥角不同，进行优选实验时可通过尝试各种配合来确定最佳的上下喷嘴直径和最佳的喷嘴锥角。

射流筒4为变径筒体，上射流喷嘴3出口与下射流喷嘴5入口之间的腔体为谐振腔17，谐振腔17是渐缩的。射流筒4也具有不同型号，不同型号射流筒4有不同的内径，不同的腔壁倾角，进行优选实验时可拆卸，更换不同型号的射流筒，优选实验时可通过尝试各种型号射流筒来确定最佳的谐振腔室内径及最佳的腔壁倾角，腔壁倾角为谐振腔腔壁与垂直方向的夹角。上下射流喷嘴的旋进旋出可改变谐振腔17的长度。

实施例2：

如图6所示，这种谐振射流实验装置由外壳2、固定筒1、射流器可拆卸地安装在一起构成，外壳2是具有壳底的筒体，壳底有中心孔。固定筒1顶在上射流喷嘴3上，将射流器顶固在外壳2内，下射流喷嘴5从外壳2的中心孔伸出，固定筒1与外壳2螺纹连接。

如图4所示，射流器由上射流喷嘴3、射流筒4、下射流喷嘴5可拆卸构成，上射流喷嘴3与射流筒4为一体的，射流筒4的筒顶设置倒锥台式渐缩入口和锥台式渐扩出口构成上射流喷嘴3，射流筒4的另一端为下射流喷嘴5，下射流喷嘴5与射流筒4螺纹连接，下射流喷嘴4与上射流喷嘴3出口相对应的入口端端壁为向下倾斜的。

射流筒4内径、入口倾角、下射流喷嘴5内径、下射流喷嘴4锥角均可调，并可通过调节射流筒和下射流喷嘴配合距离来改变腔长。

上述谐振射流实验装置进行优选实验的方法（参阅图7）：

第一步、将谐振射流实验装置11的固定筒1通过管道连接高压离心泵7，谐振射流实验装置的下射流喷嘴下方设置岩样夹持器12，并将谐振射流实验装置11放置到防护罩13内，防护罩13连接排放管14，排放管14可连接至水箱6，使工作液重新返回水箱6，实现其循环使用；高压离心泵7连接水箱6，谐振射流实验装置11与高压离心泵7之间的管道上设置压力表10、流量计9、调节阀8，压力表10、流量计9、调节阀8分别连接至控制系统15；

第二步，打开高压离心泵7，待运转平稳后快速将岩样放在射流工作区的岩样夹持器12上，并打开数据采集系统的压力表、流量计，进行参数采集；

第三步、平稳运行10分钟后，迅速抽离岩样，并关闭数据采集系统的压力表、流量计；

第四步、采用充填橡皮泥的办法，对射流破碎坑体积进行评估，记录数据；

第五步、将步骤一中使用的谐振射流实验装置拆卸开，依次调整射流器上下喷嘴直径、锥角，谐振腔室腔长、腔径、腔壁倾角，使调整后射流器上下喷嘴直径、锥角，谐振腔室腔长、腔径、腔壁倾角与步骤一中的不同，然后重复进行步骤二、步骤三、步骤四；

第六步、多次重复步骤五，每重复一次，射流器上下喷嘴直径、锥角，谐振腔腔长、腔径、腔壁倾角调整一次，以用于进行优选，即步骤一至步骤四为将一个谐振射流实验装置进行优选实验的步骤，通过调整射流器上下射流喷嘴直径、锥角，谐振腔腔长、腔径、腔壁倾角，可得到参数各不相同的谐振射流实验装置，每个谐振射流实验装置进行步骤二、步骤三、步骤四，可得到该谐振射流实验装置射流破碎坑体积，以进行优选；

第七步、整理参数，以相同时间，相同泵排量，相同泵压力下破碎坑体积的大小作为标准，优选出最佳的型号尺寸。

Claims (4)

1.一种谐振射流实验装置，其特征在于：这种谐振射流实验装置由外壳（2）、固定筒（1）、射流器可拆卸地安装在一起构成，外壳（2）是具有壳底的筒体，壳底有中心孔，射流器被固定筒（1）顶固在外壳（2）内，固定筒（1）与外壳（2）螺纹连接；射流器由上射流喷嘴（3）、射流筒（4）、下射流喷嘴（5）可拆卸构成，射流筒（4）的一端为上射流喷嘴（3），射流筒（4）的另一端为下射流喷嘴（5），下射流喷嘴（5）与射流筒（4）螺纹连接，固定筒（1）顶在上射流喷嘴（3）上，下射流喷嘴（5）从外壳（2）的中心孔伸出，上射流喷嘴（3）具有倒锥台式渐缩入口和锥台式渐扩出口，下射流喷嘴（5）的入口端端面为向下倾斜的。

2.根据权利要求1所述的谐振射流实验装置，其特征在于：所述的上射流喷嘴（3）与射流筒（4）为分体的，射流筒（4）为变径筒体，上射流喷嘴（3）与射流筒（4）螺纹连接，上射流喷嘴（3）出口与下射流喷嘴（5）入口之间的的谐振腔（17）是渐缩的。

3.根据权利要求1所述的谐振射流实验装置，其特征在于：所述的上射流喷嘴（3）与射流筒（4）为一体的，射流筒（4）的筒顶设置倒锥台式渐缩入口和锥台式渐扩出口。

4.一种权利要求1或2或3所述的谐振射流实验装置进行优选实验的方法，其特征在于：

步骤一、将谐振射流实验装置（11）的固定筒通过管道连接高压离心泵（7），谐振射流实验装置的下射流喷嘴（5）下方设置岩样夹持器（12），并将谐振射流实验装置（11）放置到防护罩（13）内，防护罩（13）连接排放管（14）；高压离心泵（7）连接水箱（6），谐振射流实验装置（11）与高压离心泵之间的管道上设置压力表、流量计、调节阀，压力表、流量计、调节阀分别连接至控制系统；

步骤二、打开高压离心泵，待运转平稳后快速将岩样放在射流工作区的岩样夹持器上，并打开数据采集系统的压力表、流量计，进行参数采集，；

步骤三、平稳运行10分钟后，迅速抽离岩样，并关闭数据采集系统的压力表、流量计；

步骤四、采用充填橡皮泥的办法，对射流破碎坑体积进行评估，记录数据；

步骤五、将步骤一中使用的谐振射流实验装置拆卸开，依次调整射流器上下喷嘴直径、锥角，谐振腔室腔长、腔径、腔壁倾角，重复进行步骤二、步骤三、步骤四；

步骤六、整理参数，以相同时间，相同泵排量，相同泵压力下破碎坑体积的大小作为标准，优选出最佳的型号尺寸。