CN113530447A - 一种附壁自激脉冲射流装置、射孔装置和破岩装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种附壁自激脉冲射流装置，包括：上接头，所述上接头上形成有第一内流通道；外筒，所述外筒与所述上接头的底部螺纹连接，所述外筒内形成有空腔，所述空腔的底部形成有第二内流通道，所述第二内流道与所述空腔以及第一内流道连通；自激震荡芯子，所述自激震荡芯子安装在所述空腔内，所述自激震荡芯子内依次形成有射流入口、自激震荡腔、左反馈通道、右反馈通道和射流出口，用于使所述射流出口产生周期脉冲射流。所述脉冲射流装置用于形成较大的瞬时冲击能量，可提升射孔、破岩、解堵和储层改造等作业的效率，提高油气井单井产量。

Description

一种附壁自激脉冲射流装置、射孔装置和破岩装置

技术领域

本发明涉及石油工程高效钻井及压裂增产领域，尤其涉及一种附壁自激脉冲射流装置、射孔装置和破岩装置。

背景技术

高压水射流技术广泛应用于采矿、破岩、冶金、清洗和化工等各行业，其原理是利用高压柱塞泵和特殊设计的定位喷嘴产生高速水射流，从而达到清洗、切割和破碎等目的。自激脉冲射流是一种无需外加任何激励源，而在特定结构的装置中产生的脉冲射流，可以通过阻断、激励、挤压方式获得。自激脉冲射流合理用于井下作业可提升破岩、解堵和储层改造等作业效率，进而提高油气井单井产量。

当前国内外采用的能产生自激脉冲射流装置种类较多，如风琴管自振喷嘴、自吸式自激振荡脉冲射流装置、机械阻断式水力脉冲射流装置等。但是普遍存在脉冲振荡效果不明显、破岩效率低、稳定性差和寿命短等突出问题。此外，自吸式和机械阻断式射流装置借助外力或活动部件来形成脉冲射流，设备结构复杂，成本较高的同时不能长期使用。

本设计装置结构简单，内部无可动部件，通过流体的附壁效应和流向周期性变化，自发产生脉冲射流。可高效辅助破岩的同时为现场提供射流射孔储层改造手段的新思路。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种附壁自激脉冲射流装置、射孔装置和破岩装置，能够产生较大的瞬时冲击能量的脉冲射流，结构及加工工艺简单，无活动部件，可长期使用，降低了设备制造及维护费用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种附壁自激脉冲射流装置，包括：

上接头，所述上接头上形成有第一内流通道，所述第一内流通道贯通所述上接头的两端；

外筒，所述外筒与所述上接头的底部螺纹连接，所述外筒内形成有腔体，所述腔体的底部形成有第二内流通道，所述第二内流道与所述腔体以及第一内流道连通；

自激震荡芯子，所述自激震荡芯子安装在所述空腔内，所述自激震荡芯子内依次形成有射流入口、自激震荡腔、左反馈通道、右反馈通道和射流出口，所述第一内流通道、射流入口、射流出口与所述第二内流通道依次连通，所述左反馈通道和右反馈通道分别位于所述自激震荡腔的左右两侧，且顶端与所述射流入口连通，底端与所述射流出口连通，用于使所述射流出口产生周期脉冲射流。

进一步地，所述第一内流通道沿着流体流动的方向依次形成有扩径圆柱通道和等径圆柱通道，所述扩径圆柱通道的内径沿着流体流动的方向呈线性增加；

所述射流入口的顶端形成有缩径圆柱通道，所述缩径圆柱通道的内径沿着流体流动的方向逐渐减小，所述缩径圆柱通道的底端形成有缩口；

所述扩径圆柱通道、等径圆柱通道、缩径圆柱通道及缩口之间形成一个变径腔体。

进一步地，所述扩径圆柱通道的内壁与轴向角度范围为6°～11°；

所述缩径圆柱通道内壁与轴向角度范围为40°～45°。

进一步地，所述外筒内压设有密封圈，所述密封圈位于所述上接头与所述自激震荡芯子上表面之间，所述密封圈外径与内径的尺寸分别与上接头底部侧壁的外径与内径尺寸相同。

进一步地，所述自激震荡芯子包括芯子本体以及扣板，所述扣板为半圆柱体，所述芯子本体上形成有断面，所述扣板与所述断面配合连接形成为完成的圆柱体；

所述芯子本体的顶部形成有所述射流入口，所述断面上形成有一个矩形凹槽，所述矩形凹槽内形成有两个沿轴线对称设置的楔形块，两个所述楔形块的内侧壁之间形成所述自激震荡腔，所述自激震荡腔的宽度由上至下逐渐增大，两个所述楔形块的顶部之间的间距与所述缩口的直径相等；

所述矩形凹槽的底部的两侧形成有两个对称设置的换向圆；

两个所述换向圆之间形成有所述射流出口，两个所述楔形块的外侧壁与所述矩形凹槽的内侧壁以及所述换向圆之间分别形成所述左反馈通道和右反馈通道。

进一步地，所述楔形块呈直角三角形，所述楔形块的直角短边位于顶部且与所述矩形凹槽的顶部平行设置，所述楔形块的直角长边与所述矩形凹槽的内侧壁平行设置，所述楔形块的底部尖角朝向所述换向圆设置，所述楔形块的底部尖角与所述换向圆之间形成转向通道，所述楔形块的直角长边与所述矩形凹槽的内侧壁之间形成竖直通道，所述楔形块的直角短边与所述矩形凹槽的顶部之间形成水平通道，所述竖直通道与所述水平通道之间基本垂直，所述转换通道、竖直通道和水平通道之间共同构成所述左反馈通道或右反馈通道。

一种射孔装置，包括所述的附壁自激脉冲射流装置和过渡管，所述过渡管的顶部与所述外筒的底部螺纹连接，所述过渡管的侧壁上沿着周向方向间隔设有至少一个定位喷嘴安装孔，所述定位喷嘴安装孔内安装有定位喷嘴，所述过渡管的底端封闭。

进一步地，所述定位喷嘴包括定位喷嘴本体、开设在所述定位喷嘴本体上的中间通道和缩径孔，所述缩径孔与所述中间通道连通，所述中间通道的内径小于所述缩径孔的内径，所述缩径孔靠近所述过渡管本体的内侧设置，所述中间通道位于所述缩径孔的外侧；

所述定位喷嘴的端部还设有旋转盘，所述定位喷嘴与所述定位喷嘴安装孔螺纹连接。

进一步地，所述过渡管的底部还螺纹连接有单流阀，所述单流阀内形成有单流阀管道和缩径通道，所述缩径通道与所述单流阀管道连通，且位于所述单流阀管道的底部，所述单流阀管道与所述缩径通道圆弧过渡连接，所述单流阀的顶部与所述过渡管螺纹连接，所述单流阀管道内设有活动球，所述活动球的直径大于所述缩径通道的内径，所述活动球与缩径通道相切，以阻止管柱内流体泄漏。

一种破岩装置，包括所述的附壁自激脉冲射流装置、过渡管和PDC钻头，所述过渡管的顶部与所述外筒的底部螺纹连接，所述过渡管的底部与所述PDC钻头螺纹连接，所述PDC钻头设成有若干个喷嘴，所述过渡管与所述PDC钻头以及喷嘴形成贯流通道。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本申请实施方式中提供的附壁自激脉冲射流装置仅靠自激腔体产生脉冲射流，结构简单，不需要外力且没有活动部件，可以形成较大瞬时冲击能量的脉冲射流，加工工艺简便，能长期使用，降低了设备制造及维护费用；

2、附壁自激脉冲射流装置相比于连续射流装置，能够产生高压力幅值变化和良好波动性能的脉冲射流，射流振动较连续射流更为强烈，会改变储层近井筒的原始地应力状态，有效的辅助破岩。附壁自激脉冲射流装置结合PDC钻头钻井时，能有效防止钻屑沉降，保持井眼清洁，提高钻井效率。此外，水力脉冲射流射孔能有效降低表皮系数，减轻对储层伤害；

3、采用连续射流射孔一般形成单一主裂缝，附壁自激脉冲射流能在此基础上增加裂缝高度的同时能在裂缝尖端产生微裂缝群，极大地提升了储层增产效果。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的附壁自激脉冲射流装置的结构示意图；

图2为图1中沿D-D的截面视图；

图3为上接头的截面视图；

图4为外筒的截面视图；

图5位芯子本体的结构示意图；

图6为芯子本体的主视图；

图7为图5中沿C-C的截面视图；

图8为扣板的主视图；

图9为图7中沿E-E的截面视图；

图10为附壁自激脉冲射流装置产生脉冲射流的原理图；

图11为实施例2提供的射孔装置的结构示意图；

图12为图10中沿B-B的截面视图；

图13为过渡管的截面视图；

图14为定位喷嘴的截面视图；

图15为单流阀的截面视图；

图16位实施例3提供的破岩装置的结构示意图；

图17为图15沿A-A的截面视图；

图18为过渡管的截面视图；

图19(a)为射流出口脉冲射流冲击载荷变化曲线，图19(b)为射流出口压力变化曲线；

图20(a)为泵注压力分别是20MPa和25MPa连续射流进出口压力对比曲线图，图20(b)为泵注压力分别是20MPa和25MPa自激脉冲射流进出口压力对比曲线图；

图21为排量为300L/min条件下，喷嘴出口的平均速度曲线图；

附图标记说明：

1-上接头、2-外筒、3-自激震荡芯子、4，4’-过渡管、5-定位喷嘴、6-单流阀、7-活动球、8-PDC钻头、11-第一内流通道、111-扩径圆柱通道、112-等径圆柱通道、21-空腔、22-第二内流通道、23-内螺纹、31-芯子本体、32-扣板、311-射流入口、3111-缩径圆柱通道、3112-缩口、312-自激震荡腔、313-右反馈通道、314-转换圆、315-第一卡合凸起、316-螺栓、317第二卡合凸起、318-楔形块、3131左反馈通道、3132-右反馈通道、319-射流出口、41-喷嘴安装孔、51-喷嘴、51-中间通道、52-缩径孔、53-旋转圆盘、61-单流阀管道、62-缩径通道、63-圆弧。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1至图9所示，本发明的实施例1提供的一种附壁自激脉冲射流装置，包括上接头1、外筒2和安装在所述外筒2内的自激震荡芯子3。流体依次流过所述上接头1和自激震荡芯子3后，由所述自激震荡芯子3将所述流体形成为自激震荡脉冲射流并输出。

本发明通过所述自激震荡芯子3结合流体附壁效应和反馈通道强制转向理论提供一种不需要结合外力和没有活动部件的使用，产生附壁自激脉冲射流。

所述上接头1上形成有第一内流通道11，所述第一内流通道11贯通所述上接头1的两端。所述外筒2与所述上接头1的底部螺纹连接，所述外筒2内形成有腔体21，所述腔体21的底部形成有第二内流通道22，所述第二内流道22与所述腔体21以及第一内流道11连通。所述自激震荡3芯子安装在所述腔体21内，所述自激震荡芯子3内依次形成有射流入口311、自激震荡腔312、左反馈通道3131、右反馈通道3132和射流出口319，所述第一内流通道11、射流入口311、射流出口319与所述第二内流通道22依次连通，所述左反馈通道3131和右反馈通道3132分别位于所述自激震荡腔312的左右两侧，且顶端与所述射流入口311连通，底端与所述射流出口319连通，用于使所述射流出口319产生周期脉冲射流。

所述自激震荡芯子3用于形成自激振荡脉冲射流，形成的原理如下图10(a)至10(e)所示，所述自激振荡脉冲射流的每个流动周期包括四个阶段分别为：

第一阶段，如图10(a)和(b)所示：当流体流入自激震荡芯子3过程中，流体在射流入口311缩径处被加速产生高速射流，高速射流受到微小扰动会发生微小偏转，具体为偏向左侧或右侧壁面，假设射流率先右偏，由于高速流体的附壁效应，射流会不断右偏直至贴附至自激震荡腔右侧壁面流动。在流道的约束下，附壁的流体沿右反馈通道3132进入右下角换向圆区域，并在此完成流动方向的改变，进一步在右反馈通道3132内形成向上的流动。

第二阶段如图10(c)所示，在右反馈通道3132内流体的冲击下，射流入口311处的高速射流束射流方向向左偏转，附壁至自激震荡腔左侧壁面。

第三阶段如图10(d)所示，射流附壁至左侧壁面并通过左侧换向圆处完成流动换向，并在左反馈通道3131内向上流动。

第四阶段如图10(e)所示，在左侧反馈通道内流体的冲击下，入口处的高速射流束射流方向向右偏转，附壁至右侧壁面，待附壁稳定后又恢复至10(b)阶段。

整个流动周期内，第一、三阶段为稳定的附壁流动阶段，第二、四阶段为射流强制附壁切换阶段。以此类推，一个流动周期结束，从而进入下一周期，形成稳定的自激附壁流动。由于高速流体通过左、右反馈通道不断交替冲击射流入口311的连续射流，使射流方向发生周期性改变，从而使自激振荡腔内部涡流流场发生周期性变化，自动实现喷嘴处的周期性脉冲射流效果。附壁自激脉冲射流能够产生较大的瞬时冲击能量，可提升射孔、破岩、解堵和储层改造等作业的效率，提高油气井单井产量。

如图3所示，所述第一内流通道11沿着流体流动的方向依次形成有扩径圆柱通道111和等径圆柱通道112，所述扩径圆柱通道111的内径沿着流体流动的方向呈线性增加，优选地，所述扩径圆柱通道111的圆柱内壁与轴向角度范围为6°～11°。

所述自激震荡芯子3安装在所述腔体21内，所述自激震荡芯子3内依次形成有射流入口311、自激震荡腔312、左反馈通道3231、右反馈通道3132和射流出口319，所述射流入口311包括形成在顶端的缩径圆柱通道3111以及位于所述缩径圆柱通道底部的缩口3112。作为优选地，所述缩径圆柱通道3111的内径沿着流体流动的方向逐渐减小，所述缩径圆柱通道3111的内壁与轴向角度范围优选为40°～45°。

所述第一内流通道11的扩径圆柱通道111、等径圆柱通道112和缩径圆柱通道3111及缩口3112形成一个变径腔体，流体经过三个腔体时，流管内的速度在经过所述扩径圆柱通道111时首先小幅度减小，当再流入所述等径圆柱通道112时再保持恒定，最后通过所述缩径圆柱通道3111和缩口3112大幅度增大。保持这种直径变化主要是为了保持流体流速波动，从而增强流体的脉冲性能。

所述射流出口319的顶端与所述自激震荡腔312连通，底端与所述第二内流通道22连通，所述左反馈通道3131和右反馈通道3132分别位于所述自激震荡腔312的左右两侧，用于使所述射流出口319产生周期脉冲射流。所述第一内流通道11、射流入口311、自激震荡腔312、射流出口319以及第二内流通道22位于同一直线，且同轴心。

如图5至图9所示，所述自激震荡芯子包括芯子本体31以及扣板32，所述扣板32为半圆柱体，所述芯子本体31上形成有断面，所述扣板32与所述断面配合连接形成为完成的圆柱体。优选地，所述扣板32与所述断面之间通过卡合连接，所述断面的顶部和底部分别形成有第一卡合凸起315和第二卡合凸起317，所述扣板32的顶部和底部分别形成有与所述第一卡合凸起315和第二卡合凸起317相配合的第一卡合凹槽321和第二卡合凹槽322。作为其他的方式，所述扣板32与所述断面之间还可以采用螺栓、焊接等固定方式进行连接。

所述芯子本体31的顶部形成有所述射流入口311，所述断面上形成有一个矩形凹槽，所述矩形凹槽内形成有两个沿轴线对称设置的楔形块318，两个所述楔形块318的内侧壁之间形成所述自激震荡腔312，所述自激震荡腔312的宽度由上至下逐渐增大，两个所述楔形块318的顶部之间的间距与所述缩口3112的直径相等。所述矩形凹槽的底部的两侧形成有两个对称设置的换向圆314。

两个所述换向圆314之间形成所述射流出口319，两个所述楔形块318的外侧壁与所述矩形凹槽的内侧壁以及所述换向圆314之间分别形成所述左反馈通道3131和右反馈通道3132。

如图5和图6所示，所述楔形块318呈直角三角形，所述楔形块318的直角短边位于顶部且与所述矩形凹槽的顶部平行，所述楔形块318的直角长边与所述矩形凹槽的内侧壁平行设置，所述楔形块318的底部尖角朝向所述换向圆314设置，所述楔形块318的底部尖角与所述换向圆318之间形成转向通道，所述楔形块318的直角长边与所述矩形凹槽的内侧壁之间形成竖直通道，所述楔形块的直角短边与所述矩形凹槽的顶部之间形成水平通道，所述竖直通道与所述水平通道之间基本垂直，所述转换通道、竖直通道和水平通道之间共同构成所述左反馈通道3131或右反馈通道3132。所述楔形块318左右两边倒角较小，所述水平通道和竖直通道的流体流向基本垂直，这一设计增大了流体的速度损耗和波动，增强流体的脉冲性能。所述水平通道、竖直通道的宽度基本相同。

作为优选地，为了增强流体的脉冲性能，所述楔形块318内侧斜边与轴线角度范围为10°～15°，两个换向圆314直径为矩形凹槽上侧倒角圆直径1.2～1.3倍。

所述自激震荡芯子包括芯子本体31以及扣板32之所以分成两部分，然后置于外筒内，便于机械加工，此外，如将芯子本体31以及扣板32取出，管道即恢复为连续射流。

进一步地，所述外筒2内压设有密封圈(图中未示出)，所述密封圈位于所述上接头1与所述自激震荡芯子3之间。所述密封圈置于上接头1与自激震荡芯子3的上表面之间，所述密封圈外径与内径的尺寸分别与上接头底部圆环外径与内径尺寸相同。所述密封圈的设置可以缓冲上接头1与自激震荡腔3外筒螺纹连接时的冲击力，更重要的是，能保持上接头1与自激震荡腔312外筒螺纹连接的密闭性，防止泵入液体泄漏，导致压力降低。所述外筒2的空腔主要是用于放置自激震荡芯子本体31及扣板32，并且通过密封圈和螺纹与上接头1连接。

所述第一内流通道11的内径沿着流体流动的方向呈线性增加，增加至与自激震荡芯子外径相等；因此在当所述流体从进入缩口3112和自激震荡腔312内时，由于直径突然减小能够产生高压射流，因此能够提高射流的压力。

基于上述附壁自激脉冲射流装置的效果分析：

如图19所示，采用700型压裂车进行固定泵注排量试验。图19(a)为射流出口脉冲射流冲击载荷变化曲线，图19(b)为射流出口压力变化曲线。入口流量分别为：0.150mm³/min、0.212m³/min、0.286m³/min和0.385m³/min，载荷传感器采集到的冲击载荷参数如图19(a)，曲线幅值反映载荷变化。

如图20所示，采用700型压裂车进行固定泵压试验，60-80s、90-110s时间段泵注压力分别是20MPa和25MPa，压力传感器监测数据如图20所示，曲线幅值反映压力变化。图20中(a)为连续射流进出口压力对比；(b)为自激脉冲射流进出口压力对比。连续射流装置的入口压力泵压为20MPa、25MPa时波动幅值为2.5MPa和3.5MPa，出口压力相比于进口压力波动幅值略高，分别增加约0.5MPa。自激脉冲射流装置的入口压力波动幅值在泵压为20MPa、25MPa时波动幅值分别约为4MPa和7MPa，出口压力相比于进口压力波动变化更大，两种条件下的出口压力波动比进口压力波动分别提高约5MPa和4MPa。

由恒定泵注排量和恒定泵压两种试验结果可以获得：

随排量和压力增加，附壁自激脉冲射流装置出口脉冲射流冲击载荷极值和幅值、压力波动极值和幅值均近线性增长，充分说明了自激震荡腔芯体具有良好规律性的波动性能。

实施例2

如图11和图12所示，本发明的实施例2还提供了一种射孔装置，包括实施例1所述的附壁自激脉冲射流装置和过渡管4，所述过渡管4与所述外筒2的底部螺旋螺纹连接，所述过渡管4的侧壁上沿着周向方向间隔设有至少一个定位喷嘴安装孔，所述定位喷嘴安装孔内安装有定位喷嘴5，所述过渡管4的底端封闭。

当流体经过所述附壁自激脉冲射流装置后产生周期性脉冲射流效果进入至所述过渡管4内，并从所述过渡管4的定位喷嘴喷出，从而在岩层形成射孔，相比连续射流射孔的方式，本发明中的附壁自激脉冲射流能够产生较大的瞬时冲击能量，可提升射孔改造的效率，且不需要额外的辅助设备。

所述过渡管的侧壁上每组可设置为1～12个定位喷嘴，根据射孔相位角而定，例：射孔相位角为60°，则两个相邻定位喷嘴之间的夹角为60°，则每组可设置6个定位喷嘴，相邻定位喷嘴轴向间隔为L，定位喷嘴个数可由下式(1)确定：

N＝360°/θ (1)

其中N表示定位喷嘴个数，θ表示为相位角。

具体地，所述过渡管的顶部通过螺纹与外筒3连接。所述过渡管4上面通过螺纹与定位喷嘴5连接。所述定位喷嘴5优选采用耐腐蚀材料支撑。所述定位喷嘴5优选与所述喷嘴安装孔之间通过螺纹连接。

如图14所示，为了进一步提高射流射孔的压力，所述定位喷嘴5包括定位喷嘴本体、开设在所述定位喷嘴本体上的中间通道51和缩径孔52，所述缩径孔52与所述中间通道51连通，所述中间通道51的内径小于所述缩径孔52的内径，所述缩径孔52靠近所述过渡管4本体的内侧，所述中间通道51位于所述缩径孔52的外侧。

所述定位喷嘴5的端部还设有旋转盘53。所述旋转盘53用于方便将所述定位喷嘴3选入所述定位喷嘴安装孔内。所述旋转盘抵靠所述过渡管的外侧壁，所述定位喷嘴与所述定位喷嘴安装孔螺纹螺旋连接，所述旋转盘便于喷嘴安装的同时，还能限制喷嘴旋转进入的位置，保证缩径孔外侧圆面并保持与中间通道同轴心。

如图15所示，进一步地，所述过渡管4的底部还螺纹连接有单流阀6，所述单流阀6内形成有单流阀管道61和缩径通道62，所述缩径通道62与所述单流阀管道61连通且位于所述单流阀管道61的底部，所述单流阀管道61与所述缩径通道62圆弧63过渡连接，所述单流阀6的顶部与所述过渡管4螺纹连接，所述单流阀管道61内设有活动球，所述活动球体的直径大于所述缩径通道62的内径，所述活动球与缩径通道相切，从而阻止管柱内流体泄漏。

当泵入流体后，将推动活动球在单流阀管道61内壁轴向运动；当活动球与单流阀管道61下端缩径内壁相切时，将堵住出口，防止液体流出。所述单流阀管道61之所以采用投球封闭管道下端出口，而不直接将管道下端完全焊死，主要是为了当泵车管柱卸压时，投球会松动，管柱内液体能直接从单流阀管道61下端出口流出；若单流阀管道61下端完全焊死时，卸压后液体只能从定位喷嘴5流出，极大地增加了泄流的时间。

所述射孔装置的使用过程为：首先按照先后顺序安装现场泵车管线、上接头1、密封圈、外筒2、自激振荡腔312、过渡管4和单流阀6。打开泵车管线开关，流体从泵车管线流入上接头，进而流入第一内流通道11，通过自激震荡芯子3的射流入口311进入自激震荡腔312内形成脉冲射流。脉冲射流自激震荡芯子3的射流出口311进入第二内流通道22，并通过所述第二内流通道22进入过渡管4内，并在过渡管4内通过定位喷嘴5喷出。

脉冲射流由过渡管流向单流阀管道61，液柱压力将会推动单流阀管道61内活动球轴向运动，从而堵住单流阀管道61出口，阻止流体向外流动。确定地下致密储层位置后，将定位喷嘴5对向储层，便可直接进行射流射孔，提供油气通道，利于油气流出。水力脉冲射流的能高效破岩的同时有效降低表皮系数，减轻对储层伤害。

进一步的，所述定位喷嘴5的出口位置处还可以安装压力传感器(图中未示出)用于测量所述射流冲击载荷参数，从而评价脉冲射流冲蚀性能。

实施例3

如图16至18所示，本发明的实施例3提供了一种破岩装置，所述破岩装置包括实施例1所述的附壁自激脉冲射流装置、过渡管4’和PDC钻头8。所述过渡管4’的顶部与所述外筒的底部螺纹连接，所述过渡管4’的底部与所述PDC钻头8螺纹连接，所述PDC钻头8的上形成有定位喷嘴5，所述过渡管4’与所述PDC钻头8以及定位喷嘴5形成贯流通道。

所述破岩装置的使用过程为：首先按照先后顺序安装现场泵车管线、上接头1、密封圈、外筒2、自激振荡腔32、过渡管4’和PDC钻头8。打开泵车管线开关，流体从泵车管线流入上接头，进而流入第一内流通道11，通过自激震荡芯子3的射流入口31进入自激震荡腔312内，形成脉冲射流。脉冲射流从激震荡腔芯子3的射流出口319进入第二内流通道22和过渡管4’内，进而进入PDC钻头8内。所述过渡管4’至所述PDC钻头8之间形成有贯通的内流道，流体进入PDC钻头8腔后，将从水眼进入到PDC钻头牙轮区域，并PDC钻头8喷嘴喷出。流体能流经所述内流道至所述PDC钻头8喷嘴喷出，携带井底岩屑通过PDC钻头齿间孔隙进入钻杆与井壁的环空中。

附壁自激脉冲射流有着良好的波动性能，振动较连续射流更为强烈，会改变储层近井筒的原始地应力状态，有效的辅助破岩，悬浮钻屑，保持井眼清洁，提高钻井效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，包括：

上接头，所述上接头上形成有第一内流通道，所述第一内流通道贯通所述上接头的两端；

外筒，所述外筒与所述上接头的底部螺纹连接，所述外筒内形成有腔体，所述腔体的底部形成有第二内流通道，所述第二内流道与所述腔体以及第一内流道连通；

自激震荡芯子，所述自激震荡芯子安装在所述空腔内，所述自激震荡芯子内依次形成有射流入口、自激震荡腔、左反馈通道、右反馈通道和射流出口，所述第一内流通道、射流入口、射流出口与所述第二内流通道依次连通，所述左反馈通道和右反馈通道分别位于所述自激震荡腔的左右两侧，且顶端与所述射流入口连通，底端与所述射流出口连通，用于使所述射流出口产生周期脉冲射流。

2.根据权利要求1所述的附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，所述第一内流通道沿着流体流动的方向依次形成有扩径圆柱通道和等径圆柱通道，所述扩径圆柱通道的内径沿着流体流动的方向呈线性增加；

所述射流入口的顶端形成有缩径圆柱通道，所述缩径圆柱通道的内径沿着流体流动的方向逐渐减小，所述缩径圆柱通道的底端形成有缩口；

所述扩径圆柱通道、等径圆柱通道、缩径圆柱通道及缩口之间形成一个变径腔体。

3.根据权利要求2所述的附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，所述扩径圆柱通道的内壁与轴向角度范围为6°～11°；

所述缩径圆柱通道内壁与轴向角度范围为40°～45°。

4.根据权利要求1所述的附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，所述外筒内压设有密封圈，所述密封圈位于所述上接头与所述自激震荡芯子上表面之间，所述密封圈外径与内径的尺寸分别与上接头底部侧壁的外径与内径尺寸相同。

5.根据权利要求2所述的附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，

所述自激震荡芯子包括芯子本体以及扣板，所述扣板为半圆柱体，所述芯子本体上形成有断面，所述扣板与所述断面配合连接形成为完成的圆柱体；

所述芯子本体的顶部形成有所述射流入口，所述断面上形成有一个矩形凹槽，所述矩形凹槽内形成有两个沿轴线对称设置的楔形块，两个所述楔形块的内侧壁之间形成所述自激震荡腔，所述自激震荡腔的宽度由上至下逐渐增大，两个所述楔形块的顶部之间的间距与所述缩口的直径相等；

所述矩形凹槽的底部的两侧形成有两个对称设置的换向圆；

两个所述换向圆之间形成有所述射流出口，两个所述楔形块的外侧壁与所述矩形凹槽的内侧壁以及所述换向圆之间分别形成所述左反馈通道和右反馈通道。

6.根据权利要求5所述的附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，所述楔形块呈直角三角形，所述楔形块的直角短边位于顶部且与所述矩形凹槽的顶部平行设置，所述楔形块的直角长边与所述矩形凹槽的内侧壁平行设置，所述楔形块的底部尖角朝向所述换向圆设置，所述楔形块的底部尖角与所述换向圆之间形成转向通道，所述楔形块的直角长边与所述矩形凹槽的内侧壁之间形成竖直通道，所述楔形块的直角短边与所述矩形凹槽的顶部之间形成水平通道，所述竖直通道与所述水平通道之间基本垂直，所述转换通道、竖直通道和水平通道之间共同构成所述左反馈通道或右反馈通道。

7.一种射孔装置，其特征在于，包括权利要求1～6中任一项所述的附壁自激脉冲射流装置和过渡管，所述过渡管的顶部与所述外筒的底部螺纹连接，所述过渡管的侧壁上沿着周向方向间隔设有至少一个定位喷嘴安装孔，所述定位喷嘴安装孔内安装有定位喷嘴，所述过渡管的底端封闭。

8.根据权利要求7所述的射孔装置，其特征在于，所述定位喷嘴包括定位喷嘴本体、开设在所述定位喷嘴本体上的中间通道和缩径孔，所述缩径孔与所述中间通道连通，所述中间通道的内径小于所述缩径孔的内径，所述缩径孔靠近所述过渡管本体的内侧设置，所述中间通道位于所述缩径孔的外侧；

所述定位喷嘴的端部还设有旋转盘，所述定位喷嘴与所述定位喷嘴安装孔螺纹连接。

9.根据权利要求7所述的射孔装置，其特征在于，所述过渡管的底部还螺纹连接有单流阀，所述单流阀内形成有单流阀管道和缩径通道，所述缩径通道与所述单流阀管道连通，且位于所述单流阀管道的底部，所述单流阀管道与所述缩径通道圆弧过渡连接，所述单流阀的顶部与所述过渡管螺纹连接，所述单流阀管道内设有活动球，所述活动球的直径大于所述缩径通道的内径，所述活动球与缩径通道相切，以阻止管柱内流体泄漏。

10.一种破岩装置，其特征在于，包括如权利要求1～6中任一项所述的附壁自激脉冲射流装置、过渡管和PDC钻头，所述过渡管的顶部与所述外筒的底部螺纹连接，所述过渡管的底部与所述PDC钻头螺纹连接，所述PDC钻头设成有若干个喷嘴，所述过渡管与所述PDC钻头以及喷嘴形成贯流通道。

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