CN203961790U - 一种轴向不对称的脉冲射流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轴向不对称的脉冲射流喷嘴。它能提高射流冲击力脉动幅值，增大境地流速，改善对岩体材料破碎效果。其技术方案是：自激振荡腔室为轴向不对称结构，采用单侧圆锥腔室、或非对称圆柱腔室、或球状交错腔室的一种。入口喷嘴上方为入口喷嘴双圆弧流道，下面为自激振荡腔室；自激振荡腔室的上碰撞面为水平面，下碰撞面为截锥面，腔壁为截锥面或圆弧面；出口喷嘴的出口为圆柱形，整个脉冲射流喷嘴位于管体的中心。本实用新型能提高脉冲喷嘴产生的冲击力脉动值、井底流速；提高破岩效率与井底清洁效果，延长钻头的使用寿命。

Description

一种轴向不对称的脉冲射流喷嘴

技术领域

本实用新型涉及一种用于与牙轮钻头、PDC钻头配套及油罐清洗的轴向不对称的脉冲射流喷嘴。

背景技术

常规的脉冲喷嘴由入口喷嘴、自激振荡腔室、出口喷嘴组成。自激振荡腔室是轴向对称的多段曲率半径的腔室。常用的自激振荡腔室存在烧结成型后，振荡腔室的对称性较差且无法再进行精加工。工作时产生的脉冲射流压力不够高，对岩石等材料的冲击力不足、破碎效果有限以及井底清洁能力较差等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是：为了提高脉冲射流喷嘴工作时射流的冲击力脉动幅值，增大井底流速，改善对岩体材料破碎效果，提出一种轴向不对称的脉冲射流喷嘴。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种轴向不对称的脉冲射流喷嘴，由入口喷嘴、自激振荡腔室、出口喷嘴组成，其结构特征是：自激振荡腔室为轴向不对称结构。自激振荡腔室采用单侧圆锥腔室、或非对称圆柱状腔室、或球状交错腔室的一种。入口喷嘴上方为入口喷嘴双圆弧流道，下面为自激振荡腔室；自激振荡腔室由上碰撞面、腔壁、下碰撞面构成，上碰撞面为水平面、下碰撞面为截锥面，腔壁为截锥面或圆弧面；出口喷嘴的出口为圆柱型，整个脉冲射流喷嘴位于管体的中心。

作为选择，所述轴向不对称的脉冲射流喷嘴的腔室为单侧圆锥形腔室。

如图1所示，将喷嘴剖开，脉冲射流喷嘴的中心轴线、下碰撞壁的反向延长线向垂直于这两条线的公垂线的平面投影。中心轴线的投影线为AB，下碰撞壁的反向延长线为EC，AB与EC的交点为O，中心轴线AB与下碰撞壁的反向延长线EC夹角为α，且55度≤α≤65度。

当α<55度时，其条件不变的情况下，自激振荡腔室的结构将发生变化。自激振荡腔室的出口喷嘴内径D₂与入口喷嘴内径D₁之比大于1.2，即D₂/D₁>1.2；或者自激振荡腔室的腔长与腔径之比小于1.2，即L/R<1.2。脉冲喷嘴的振荡性能将会降低，甚至消失。所以，出口喷嘴内径D₂与入口喷嘴内径D₁之比为1～1.2，即1≤D₂/D₁≤1.2

当65度<α≤90度时，钻井液流过自激振荡脉冲喷嘴时，只有少量的钻井液会受到下碰撞壁的反射作用，进入振荡腔室。因此连续钻井液受到反馈—放大作用不足。与原有钻井液的连续射流相比，钻井液的脉冲性能有限。

当90度<α≤180度时，工作中，部分钻井液受到下碰撞面的反射作用，进入振荡腔。由于反射至自激振荡腔室腔壁、上碰撞面的距离较大，无法获得自激振荡腔室的腔壁、上碰撞面的反馈作用，所以这部分钻井液只受到下碰撞壁的反射作用，返回入射钻进液。连续钻井液流体冲击力、流速等在一定程度上都受到影响，降低产生的井底冲击力、井底流速。

作为选择，所述轴向不对称脉冲射流喷嘴的腔室为非对称圆柱型振荡腔室。

如图3所示，将喷嘴剖开，下碰撞壁截锥面的反向延长线，向垂直于这两条反向延长线的公垂线的平面投影，一条反向延长线的投影线为AO(A点位于下碰撞面的截面处)，另一条碰撞面的反向延长线为CO(C点位于下碰撞面的截面处)，AO与CO的交点为O，两条下碰撞面的反向延长线夹角为β，110度≤β≤130度；

当β<110度时，自激振荡腔室的结构将发生变化。自激振荡腔室的出口喷嘴内径与入口喷嘴内径之比大于1.2，即D₂/D₁>1.2；或者自激振荡腔室的腔长与腔径之比小于1.2，即L₁/R₁<1.2，L₂/R₂<1.2。脉冲喷嘴的振荡性能将会降低，甚至消失。

当130度<β≤180度时，工作中，只有少量的钻井液受到下碰撞面的反射作用，进入振荡腔室。钻井液呈现无序结构，相互之间无规则的碰撞使得钻井液的脉冲性能有限。

作为选择，所述轴向不对称脉冲射流喷嘴的腔室为球型交错腔室。

如图4所示，将喷嘴剖开，自激振荡脉冲射流喷嘴的中心轴线、两自激振荡腔室下碰撞面的反向延长线向垂直于这三条线的公垂线的平面投影，中心轴线的投影线为AB，下碰撞面的反向延长线为CE、FG，AB与CE的交点为O，中心轴线AB与下碰撞面的反向延长线CE夹角为ω₁，55度≤ω₁≤65度；AB与FG的交点为M，中心轴线AB与下碰撞面的反向延长线FG的夹角为ω₂；55度≤ω₂≤65度。

当ω₁<55度，ω₂<55度时，自激振荡腔室的结构将发生变化。自激振荡腔室的出口喷嘴内径与入口喷嘴内径之比大于1.2，即D₂/D₁>1.2；或者自激振荡腔室的腔长与腔径之比小于1.2，即L₁/R₁<1.2，L₂/R₂<1.2。脉冲射流喷嘴的振荡性能将会降低，甚至消失。

当65度<ω₁≤90度，65度<ω₂≤90度时，工作中，只有少量的钻井液受到下碰撞面的反射作用，进入自激振荡腔室。因此连续钻井液受到的反馈—放大作用不足，与原有钻井液的连续射流相比，钻井液的脉冲性能有限。

当ω₁>90度，ω₂>90度时，工作中，部分钻井液受到下碰撞面的反射作用，进入自激振荡腔。由于反射至自激振荡腔室腔壁、上碰撞面的距离较大，无法获得自激振荡腔室的腔壁、上碰撞面的反馈作用，所以这部分钻井液只受到下碰撞壁的反射作用，返回入射钻进液。连续钻井液流体冲击力、流速在一定程度上都受到影响，降低钻井液产生的井底的冲击力、井底的流速。

本实用新型与现有技术比较，其有益效果：能提高脉冲喷嘴产生的冲击压力脉动值，井底的流速；提高钻头的破岩效率与清洁效果，延长钻头的使用寿命。

附图说明

图1本实用新型的脉冲射流喷嘴中，自激振荡腔室为单侧圆锥结构剖视图。

图2本实用新型的脉冲射流喷嘴中，自激振荡腔室为单侧圆锥结构的俯视图。

图3本实用新型的脉冲射流喷嘴中，自激振荡腔室为非对称圆柱状结构剖视图。

图4本实用新型的脉冲射流喷嘴中，自激振荡腔室为球状交错结构的剖视图。

图中标记：1.入口喷嘴双圆弧流道,2.入口喷嘴,3.上碰撞面,4.自激振荡腔室,5.腔壁,6.下碰撞面,7.出口喷嘴,8.管体。

具体实施方式

下面结合具体附图，进一步说明本实用新型的具体实施方法：

一种轴向不对称脉冲射流喷嘴包括入口喷嘴、自激振荡腔室、出口喷嘴组成。不同特征的是喷嘴自激振荡腔室4为轴向不对称结构，是单侧腔室、或非对称腔室、或交错腔室的一种。因为在烧结成型后，轴向不对称自激振荡腔室的脉冲射流喷嘴能够解决振荡腔室对称性较差的问题；并且在井底形成较高的冲击力脉动值，以及井底的液流速度。所以，这种脉冲射流喷嘴能够更好地进行水力辅助破岩，提高井底的清洁能力。

图1是轴向不对称腔室的一种，其自激振荡腔室4为单侧圆锥状结构。圆锥状的腔室是由圆锥母线、下碰撞面母线，分别以中心轴为基准同侧旋转180度而成。下碰撞面为单侧截锥面。图3是轴向不对称腔室的一种，其自激振荡腔室4为非对称圆柱状结构。圆柱状的腔室是由中心轴两侧的上碰撞面母线、圆柱母线、下碰撞面母线分别以中心轴为基准沿相对方向旋转180度而成。两条上碰撞面母线、圆锥母线、下碰撞面母线不相等。下碰撞面为非对称的截锥面。

图4是轴向不对称腔室的一种，其自激振荡腔室4为交错球状结构。球状的腔室是中心轴两侧的球面弧线、下碰撞面母线分别以中心轴为基准沿相对方向旋转180度而成。中心轴线上，振荡腔室之间有一定距离。同时，两个振荡腔室体积可以成一定比例。下碰撞面为非对称的截锥面。

前述本实用新型基本例及其各进一步选择例可以自由组合，形成多个实例，均在本实用新型可采用并要求保护的实施例，在此不做穷举，本领域的技术人员可知有众多组合。

Claims (5)

1.一种轴向不对称的脉冲射流喷嘴，是由入口喷嘴、自激振荡腔室、出口喷嘴组成，其特征是：自激振荡腔室(4)为轴向不对称结构；自激振荡腔室(4)采用单侧圆锥腔室、或非对称圆柱状腔室、或球状交错腔室的一种；入口喷嘴(2)上方为入口喷嘴的双圆弧流道(1)；下面为自激振荡腔室(4)，自激振荡腔室(4)由上碰撞面(3)、腔壁(5)、下碰撞面(6)构成；上碰撞面(3)为水平面，下碰撞面(6)为截锥面，腔壁(5)为截锥面或圆弧面；出口喷嘴(7)的出口为圆柱型，整个脉冲射流喷嘴位于管体(8)的中心。

2.根据权利要求1所述的脉冲射流喷嘴，其特征是：出口喷嘴(7)中心轴线AB与下碰撞面(6)的反向延长线EC夹角，单侧圆锥结构为α、球状交错结构为ω₁、ω₂；其夹角度数：55度≤α≤65度、55度≤ω₁≤65度、55度≤ω₂≤65度。

3.根据权利要求1所述的脉冲射流喷嘴，其特征是：对于非对称圆柱状结构的两个下碰撞面(6)的夹角β，出口喷嘴(7)的中心轴线AB与下碰撞面(6)母线夹角分别为β₁、β₂，其夹角度数110度≤β≤130度；

4.根据权利要求1所述的脉冲射流喷嘴，其特征是：自激振荡腔室(4)的长度L或L₁或L₂，自激振荡腔室(4)的半径为R或R₁或R₂之比为：1.2≤L/R≤1.4；1.2≤L₁/R₁≤1.4；1.2≤L₂/R₂≤1.4。

5.根据权利要求1所述的脉冲射流喷嘴，其特征在于出口喷嘴(7)的内径D₂与入口喷嘴(2)的内径D₁之比为：1≤D₂/D₁≤1.2。