CN203978412U - 一种水力喷射器喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种水力喷射器喷嘴涉及一种用于石油增产行业水力喷射压裂施工中使用的水力喷射压裂喷射器的喷嘴。其目的是为了提供一种结构简单、成本低、使用寿命较长，且切割、破碎岩石的能力较强的水力喷射器喷嘴。本实用新型一种水力喷射器喷嘴，包括：基体，所述基体沿其轴线设有锥直型通孔，所述锥直型通孔后段为喷嘴集流段，前段为喷嘴加速段；所述喷嘴集流段为前窄后宽的空心圆台，所述喷嘴加速段为空心圆柱；所述锥直型通孔表面完全覆盖一层碳化钛金属陶瓷涂层；所述l/d介于3～5之间，其中l是作为喷嘴加速段的空心圆柱的长度，d是作为喷嘴加速段的空心圆柱的直径。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种喷射装置，特别是涉及一种用于石油增产行业水力喷射压裂施工中使用的水力喷射压裂喷射器的喷嘴。
背景技术
水力喷砂压裂中的喷砂射流技术是在管柱中加入砂粒再经由喷嘴喷出形成喷砂射流，利用砂粒的冲击力以提高射流切割、破碎岩石的能力。这是近年发展起来的一项低渗油气储层改造技术，具有广阔应用前景。在此技术中，喷嘴居于关键元件的地位，其执行效果对于整个射流工作效果至关重要。然而由于喷砂射流对喷嘴的作用，喷嘴较易磨损破坏，寿命较短，从而降低了水力喷砂射流技术在实际生产中的应用效果，影响了进一步推广使用。
喷嘴的磨损是喷砂射流对喷嘴内壁作用的结果。当前研究认为喷嘴内表面因磨损而产生的宏观体积损失是由单个砂粒冲击所造成的材料微观体积损失累积形成。砂粒对喷嘴内表面的冲蚀磨损主要包括微切削磨损、疲劳磨损、脆性断裂磨损三种形式。
喷嘴的磨损规律相当复杂，其受到多方面因素影响，但主要是以下两个方面：喷嘴内部流道材质抗磨损性能和喷嘴内部的流道设计。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、使用寿命较长，且切割、破碎岩石的能力较强的水力喷射器喷嘴。
本实用新型一种水力喷射器喷嘴，包括：基体，所述基体沿其轴线设有锥直型通孔，所述锥直型通孔后段为喷嘴集流段，前段为喷嘴加速段；所述喷嘴集流段为前窄后宽的空心圆台，所述喷嘴加速段为空心圆柱；所述锥直型通孔表面完全覆盖一层碳化钛金属陶瓷涂层；所述l/d介于3～5之间，其中l是作为喷嘴加速段的空心圆柱的长度，d是作为喷嘴加速段的空心圆柱的直径。
本实用新型一种水力喷射器喷嘴，其中所述碳化钛金属陶瓷涂层厚度为0.1mm～0.3mm。
本实用新型一种水力喷射器喷嘴，其中所述基体的基体为工具钢材质。
本实用新型一种水力喷射器喷嘴，其中从外表看，基体包括三部分，前段、中段和尾段，其中前段纵截面为正六边形，中段和尾段的纵截面均为圆形，且中段的圆形截面直径相较于前段正六边形截面的外接圆直径和尾段的圆形截面的直径都要大，于中段的后端还设置有螺纹。
本实用新型一种水力喷射器喷嘴的锥直型通孔表面完全覆盖了一层碳化钛金属陶瓷涂层，由于该涂层兼具有金属的抗脆性断裂磨损性能又具有陶瓷的抗微切削磨损性能，两方面提高了喷嘴的抗磨损、抗冲蚀性能，比普通喷嘴寿命提高10倍以上。l/d介于3～5之间是经过实验得出的结论，试验验证在l/d介于3～5之间时喷嘴的使用寿命是最理想的。当l/d小于3时，喷嘴加速段的出口处磨损很快，但喷嘴加速段的射流沿途磨损较慢；当l/d大于5时，喷嘴加速段的射流沿途磨损较快，但喷嘴加速段的出口处磨损很慢；无论是喷嘴加速段的沿途先被磨坏还是喷嘴加速段的出口处先被磨坏都意味着喷嘴的报废，因而只有找到喷嘴加速段的磨损平衡点，才能最大程度上延长喷嘴的寿命，而l/d介于3～5是最佳的选择区间。
本实用新型一种水力喷射器喷嘴中碳化钛金属陶瓷涂层厚度为0.1mm～0.3mm也是经过实验得出的结论。当涂层厚度小于0.1mm时涂层抗冲蚀性能较弱，而当涂层大于0.3mm时又会降低涂层的结合强度，同样影响抗冲蚀性能。
本实用新型一种水力喷射器喷嘴中之所以基体尾段圆形截面的直径小于中段圆形截面的直径，是为了在本实用新型一种水力喷射器喷嘴与水力喷射器对接时，该尾段可以伸入水力喷射器，这样水流在喷射器内部便完成了过渡到喷嘴锥直型通孔的工作，从而水流不会对喷嘴与水力喷射器的连接处形成冲击，使得喷嘴与水力喷射器的连接稳定而牢固。于中段的后端还设置有螺纹，该螺纹作用是将本实用新型旋配在水力喷射器上。
下面结合附图对本实用新型一种水力喷射器喷嘴作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型一种水力喷射器喷嘴的外表结构示意图；
图2为本实用新型一种水力喷射器喷嘴的立体剖结构示意图；
图3为本实用新型一种水力喷射器喷嘴在30°角冲蚀作用下的抗冲蚀性能散点图；
图4为本实用新型一种水力喷射器喷嘴在70°角冲蚀作用下的抗冲蚀性能散点图。
具体实施方式
实施例一：
如图1、图2所示，本实用新型一种水力喷射器喷嘴，包括：基体，基体是采用工具钢制成。基体沿其轴线设有锥直型通孔，锥直型通孔后段为喷嘴集流段6，前段为喷嘴加速段5；喷嘴集流段6为前窄后宽的空心圆台，喷嘴加速段5为空心圆柱；锥直型通孔表面完全覆盖一层厚度为0.1mm的碳化钛金属陶瓷涂层7；l/d为3，其中l是作为喷嘴加速段5的空心圆柱的长度，d是作为喷嘴加速段5的空心圆柱的直径。
从外表看，本实用新型一种水力喷射器喷嘴包括三部分，前段1、中段2和尾段4。其中前段1纵截面为正六边形，中段2和尾段4的纵截面均为圆形，且中段2的圆形截面直径相较于前段1正六边形截面的外接圆直径和尾段4的圆形截面的直径都要大。之所以尾段4圆形截面的直径小于中段2圆形截面的直径，是为了在本实用新型一种水力喷射器喷嘴与水力喷射器对接时，该尾段4可以伸入水力喷射器，这样水流在喷射器内部便完成了过渡到喷嘴锥直型通孔的工作，从而水流不会对喷嘴与水力喷射器的连接处形成冲击，使得喷嘴与水力喷射器的连接稳定而牢固。于中段2的后端还设置有螺纹3，该螺纹3作用是将本实用新型旋配在水力喷射器上。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于：1)在本实施例中锥直型通孔表面完全覆盖碳化钛金属陶瓷涂层厚度为0.2mm；2)l/d为4。
实施例三：
本实施例与实施例一的区别在于：1)在本实施例中锥直型通孔表面完全覆盖碳化钛金属陶瓷涂层厚度为0.3mm；2)l/d为5。
关于喷嘴长径比l/d的说明：
通过前期的计算机数值模拟及后续的现场试验论证，结果发现长径比l/d越小的喷嘴磨损越快。但长径比l/d过大也会增加射流沿途磨阻，综合考虑，本实用新型设计的喷嘴长径比在3-5之间。
关于涂层厚度说明：
本实用新型的喷嘴内表面所覆盖的碳化钛金属陶瓷涂层厚度约为0.1～0.3mm，经过试验验证，当涂层厚度小于0.1mm时涂层抗冲蚀性能较弱，而当涂层大于0.3mm时又会降低涂层的结合强度，同样影响抗冲蚀性能。通过不同涂层厚度的拉伸试验，结果如下表所示。
涂层的结合强度(σ)/MPa
通过考察上述5种涂层分别在30°和70°角冲蚀作用下的磨损失重量来衡量其抗冲蚀性能，失重量越高，抗冲蚀性能越差。结果如图3、图4所示，由图可以看出，无论是在30°和70°角冲蚀作用下，涂层厚度介于0.1mm～0.3mm之间是本实用新型一种水力喷射器喷嘴的较佳选择。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种水力喷射器喷嘴，包括：基体，所述基体沿其轴线设有锥直型通孔，所述锥直型通孔后段为喷嘴集流段，前段为喷嘴加速段；所述喷嘴集流段为前窄后宽的空心圆台，所述喷嘴加速段为空心圆柱；其特征在于：所述锥直型通孔表面完全覆盖一层碳化钛金属陶瓷涂层；所述l/d介于3～5之间，其中l是作为喷嘴加速段的空心圆柱的长度，d是作为喷嘴加速段的空心圆柱的直径。
2.根据权利要求1所述的一种水力喷射器喷嘴，其特征在于：所述碳化钛金属陶瓷涂层厚度为0.1mm～0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种水力喷射器喷嘴，其特征在于：所述基体为工具钢材质。
4.根据权利要求1所述的一种水力喷射器喷嘴，其特征在于：从外表看，基体包括三部分，前段、中段和尾段，其中前段纵截面为正六边形，中段和尾段的纵截面均为圆形，且中段的圆形截面直径相较于前段正六边形截面的外接圆直径和尾段的圆形截面的直径都要大，于中段的后端还设置有螺纹。
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2014
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