JP4968659B2 - Method for drilling a workpiece and apparatus therefor - Google Patents

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Description

本発明は、高水圧環境下における鋼管内部からの鋼管側壁への穿孔などに好適な穿孔方法およびそのための装置に関する。   The present invention relates to a drilling method suitable for drilling a steel pipe side wall from the inside of a steel pipe in a high water pressure environment, and an apparatus therefor.

水溶性天然ガスの生産井や還元井及びそれらの廃坑時における処理として、パーフォレーションを挙げることができる。パーフォレーションは、各種坑井作業のために行うケーシングの側壁への穿孔処理である。   Perforation can be mentioned as a treatment well at the time of production well and reduction well of water-soluble natural gas, and those abandoned wells. Perforation is a drilling process on the side wall of the casing for various well operations.

特許文献1には、研磨材(アブレシブ)を含む液体をノズルから噴射するアブレシブジェットを利用したパーフォレーションに好適な技術が記載される。   Patent Document 1 describes a technique suitable for perforation using an abrasive jet that ejects a liquid containing an abrasive (abrasive) from a nozzle.

また特許文献2には、水中における切削能力の減衰を抑えるために、アブレシブジェットを噴射する噴射孔を備えた内管と、内管の外周囲を覆いエアージェットを噴射する噴射孔を備えた外管とからなるアブレシブジェット噴射ノズルにより、アブレシブジェットの周辺からエアージェットを噴射し、アブレシブジェットの外周囲をエアージェットで被ったアブレシブジェットにより被切削物を切削することが開示される。
特開2005−103651号公報 特開平11−123661号公報
Patent Document 2 discloses an inner pipe having an injection hole for injecting an abrasive jet and an outer pipe having an injection hole for injecting an air jet so as to cover the outer periphery of the inner pipe in order to suppress attenuation of cutting ability in water. It is disclosed that an air jet is jetted from the periphery of an abrasive jet by an abrasive jet jet nozzle formed of a tube, and the workpiece is cut by the abrasive jet that covers the outer periphery of the abrasive jet with an air jet.
JP-A-2005-103651 Japanese Patent Laid-Open No. 11-123661

特許文献1記載の技術によれば、坑井において環境圧力下で鋼管に対して効果的に穿孔処理を行うことができる。しかし、坑井のより一層深い位置において、すなわちより高い環境圧力において、パーフォレーションを好適に行うことのできる技術が求められていた。   According to the technique described in Patent Literature 1, it is possible to effectively perform a drilling process on a steel pipe under an environmental pressure in a well. However, a technique capable of suitably performing perforation at a deeper position of the well, that is, at a higher environmental pressure, has been demanded.

特許文献2記載の技術によれば、外管からエアージェットを噴射することにより、水中における切削能力の減衰を抑えることができる。しかし、外管側すなわちエアーにも環境水圧がそのままかかるため、エアーが環境水圧を超える圧力を有することが必要であり、特に環境圧力が高い場合には、エアーの昇圧のために大がかりな装置および大きな動力を必要とする。   According to the technique described in Patent Document 2, it is possible to suppress the attenuation of the cutting ability in water by injecting an air jet from the outer tube. However, since the environmental water pressure is also applied to the outer tube side, that is, the air as it is, it is necessary that the air has a pressure exceeding the environmental water pressure, and particularly when the environmental pressure is high, a large-scale device for increasing the air pressure and Requires great power.

本発明の目的は、環境圧力が高い場合であっても、簡易な構成で、大きな動力を要さずに、パーフォレーションを好適に行うことを可能とする穿孔方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a drilling method that allows perforation to be suitably performed with a simple configuration and without requiring large power even when the environmental pressure is high.

本発明の別の目的は、このような穿孔方法に好適に利用することのできる穿孔用ノズルシステムおよび穿孔装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide such a drilling method suitably nozzle system and perforation device for puncture hole to enable you to use the.

本発明によれば、被処理物に研磨材を含む液流を当てて穿孔を行うための、液中で用いられる穿孔用ノズルシステムであって、
− 該研磨材を含む液流を噴射するための第一のノズル流路;
該第一のノズル流路に連通する混合室;
該混合室内に液体を噴射するための第二のノズル流路;
該第二のノズル流路に該液流のための液体を供給するための液体供給路;
該液体供給路に液体を導入するための液体導入口;
該混合室に研磨材を供給するための研磨材供給路;
該研磨材供給路に研磨材を導入するための研磨材導入口;
該混合室に気体を供給するための気体供給路;および、
該気体供給路に気体を導入するための気体導入口
を少なくとも有し、
該第二のノズル流路が、液体の噴射によって前記研磨材供給路からの研磨材の前記混合室内への供給と前記気体供給路からの気体の前記混合室内への供給を行うための混合室内の圧力低下を発生させるとともに、前記第一のノズル流路から研磨材を含む液体を気体とともに噴射し得る位置に配置された穿孔用ジェットノズル、
− 該穿孔用ジェットノズルに供給される研磨材を貯溜する研磨材タンク、
− 該研磨材タンクから前記研磨材導入口へ研磨材を送る研磨材流路、
− 該穿孔用ジェットノズルを固定するための固定手段、および、
− 前記気体を貯溜するガスボンベ
を有する穿孔用ノズルシステムが提供される。
このガスボンベには、該ガスボンベに気体を供給するための配管が接続されていないものを採用できる。
According to the present invention, there is provided a drilling nozzle system used in a liquid for performing drilling by applying a liquid flow containing an abrasive to a workpiece,
A first nozzle channel for injecting a liquid stream containing the abrasive;
A mixing chamber communicating with the first nozzle channel;
A second nozzle channel for injecting liquid into the mixing chamber;
A liquid supply path for supplying a liquid for the liquid flow to the second nozzle flow path;
A liquid inlet for introducing liquid into the liquid supply path;
An abrasive supply path for supplying an abrasive to the mixing chamber;
An abrasive inlet for introducing the abrasive into the abrasive supply path;
A gas supply path for supplying gas to the mixing chamber; and
Having at least a gas inlet for introducing gas into the gas supply path;
The second nozzle flow path is a mixing chamber for supplying the abrasive from the abrasive supply path into the mixing chamber and supplying the gas from the gas supply path into the mixing chamber by jetting liquid. And a perforating jet nozzle disposed at a position where a liquid containing an abrasive can be ejected together with gas from the first nozzle flow path,
An abrasive tank for storing the abrasive supplied to the perforating jet nozzle;
An abrasive flow path for sending abrasive from the abrasive tank to the abrasive inlet;
-Fixing means for fixing the perforating jet nozzle; and
A drilling nozzle system having a gas cylinder for storing the gas is provided.
As this gas cylinder, one without a pipe connected to supply gas to the gas cylinder can be adopted.

上記穿孔用ノズルシステムにおいて、
前記研磨材供給路が、研磨材導入口から供給された研磨材の流れ方向を下方から上方に変更可能なU字状部を有することが好ましい。
In the above nozzle system for drilling,
It is preferable that the abrasive material supply path has a U-shaped portion that can change the flow direction of the abrasive material supplied from the abrasive material introduction port from below to above .

上記穿孔用ノズルシステムにおいて、
前記気体供給路の混合室への開口位置が、前記研磨材供給路の混合室への開口位置より、液体の流れ方向について下流に配されることが好ましい。
In the above nozzle system for drilling,
It is preferable that the opening position of the gas supply path to the mixing chamber is arranged downstream in the liquid flow direction from the opening position of the abrasive supply path to the mixing chamber.

上記穿孔用ノズルシステムにおいて、
前記研磨材供給路が、前記混合室への研磨材の供給方向と前記第二のノズル流路からの液体噴射方向とが鋭角もしくは垂直をなすよう該混合室に接続され、
前記気体供給路が、該混合室への気体の供給方向と前記第二のノズル流路からの液体噴射方向とが鋭角もしくは垂直をなすよう該混合室に接続される
ことが好ましい。
In the above nozzle system for drilling,
The abrasive supply path is connected to the mixing chamber so that the supply direction of the abrasive to the mixing chamber and the liquid jet direction from the second nozzle channel form an acute angle or perpendicular to each other,
The gas supply path is preferably connected to the mixing chamber such that the gas supply direction to the mixing chamber and the liquid ejection direction from the second nozzle channel form an acute angle or perpendicular.

上記穿孔用ノズルシステムにおいて、
キャビテーション係数が0.05以上の環境において穿孔可能とすることができる。
In the above nozzle system for drilling,
Drilling can be performed in an environment having a cavitation coefficient of 0.05 or more.

上記穿孔用ノズルシステムにおいて、前記研磨材流路に、研磨材流量を調節するためのゴム製の絞りを備えることが好ましい。   In the above-described nozzle system for drilling, it is preferable that the abrasive material flow path is provided with a rubber throttle for adjusting the abrasive material flow rate.

上記穿孔用ノズルシステムにおいて、前記研磨材タンクが、環境液体が流入可能な、環境と連通する開口を有することが好ましい。 In the drilling nozzle system, it is preferable that the abrasive tank has an opening communicating with the environment through which an environmental liquid can flow .

上記穿孔用ノズルシステムにおいて、前記ガスボンベがレギュレータを備え、
該レギュレータが、前記液体供給路に導入される液体と同じ液体によって駆動されるピストンによって駆動されることが好ましい。
In the drilling nozzle system, the gas cylinder includes a regulator,
It is preferable that the regulator is driven by a piston driven by the same liquid as that introduced into the liquid supply path.

本発明により、液中で被処理物に研磨材を含む液流を当てて穿孔を行うための穿孔装置であって、
− 該研磨材を含む液流を噴射するための第一のノズル流路;
該第一のノズル流路に連通する混合室;
該混合室内に液体を噴射するための第二のノズル流路;
該第二のノズル流路に該液流のための液体を供給するための液体供給路;
該液体供給路に液体を導入するための液体導入口;
該混合室に研磨材を供給するための研磨材供給路;
該研磨材供給路に研磨材を導入するための研磨材導入口;
該混合室に気体を供給するための気体供給路;および、
該気体供給路に気体を導入するための気体導入口
を少なくとも有し、
該第二のノズル流路が、液体の噴射によって前記研磨材供給路からの研磨材の前記混合室内への供給と前記気体供給路からの気体の前記混合室内への供給を行うための混合室内の圧力低下を発生させるとともに、前記第一のノズル流路から研磨材を含む液体を気体とともに噴射し得る位置に配置された穿孔用ジェットノズル、
− 該穿孔用ジェットノズルを固定する固定手段、
− 該穿孔用ジェットノズルに研磨材を供給する研磨材供給手段、
− 該穿孔用ジェットノズルに該液流のための液体を供給する液体供給手段、および、
− 該穿孔用ジェットノズルに前記気体を供給する気体供給手段
を有し、
前記研磨材供給手段が、前記穿孔用ジェットノズルと一体化、または穿孔用ジェットノズルに近接して設けられた研磨材タンクを有し、
前記気体供給手段が、前記穿孔用ジェットノズルと一体化、または穿孔用ジェットノズルに近接して設けられたガスボンベを有する、
穿孔装置が提供される。
このガスボンベには、該ガスボンベに気体を供給するための配管が接続されていないものを採用できる。
According to the present invention, there is provided a perforating apparatus for perforating by applying a liquid flow containing an abrasive to a workpiece in a liquid,
A first nozzle channel for injecting a liquid stream containing the abrasive;
A mixing chamber communicating with the first nozzle channel;
A second nozzle channel for injecting liquid into the mixing chamber;
A liquid supply path for supplying a liquid for the liquid flow to the second nozzle flow path;
A liquid inlet for introducing liquid into the liquid supply path;
An abrasive supply path for supplying an abrasive to the mixing chamber;
An abrasive inlet for introducing the abrasive into the abrasive supply path;
A gas supply path for supplying gas to the mixing chamber; and
Having at least a gas inlet for introducing gas into the gas supply path;
The second nozzle flow path is a mixing chamber for supplying the abrasive from the abrasive supply path into the mixing chamber and supplying the gas from the gas supply path into the mixing chamber by jetting liquid. And a perforating jet nozzle disposed at a position where a liquid containing an abrasive can be ejected together with gas from the first nozzle flow path,
A fixing means for fixing the jet nozzle for drilling;
An abrasive supply means for supplying an abrasive to the perforating jet nozzle;
A liquid supply means for supplying a liquid for the liquid flow to the perforating jet nozzle; and
-Gas supply means for supplying the gas to the piercing jet nozzle;
The abrasive material supply means has an abrasive material tank integrated with the perforating jet nozzle or provided close to the perforating jet nozzle,
The gas supply means has a gas cylinder that is integrated with the piercing jet nozzle or provided close to the piercing jet nozzle.
A drilling device is provided.
As this gas cylinder, one without a pipe connected to supply gas to the gas cylinder can be adopted.

前記被処理物が坑井のケーシングを構成する鋼管であることができる。 The object to be treated can steel der Rukoto constituting the casing of the well.

本発明により、上記穿孔用ノズルシステムを用いて、液中で被処理物に研磨材を含む液流を当てて穿孔を行う穿孔方法であって、
混合室内に液体を噴射して混合室内の圧力を低下させることにより該混合室内に研磨材および気体を吸引し、気体を伴いかつ研磨材を含む液流を一つのノズル開口から噴射して穿孔する工程を有し、
前記ノズル開口が、前記穿孔用ノズルシステムの第一のノズル流路の開口である
穿孔方法が提供される。
According to the present invention, there is provided a perforation method for performing perforation by applying a liquid flow containing an abrasive to an object to be treated in the liquid using the nozzle system for perforation,
By injecting liquid into the mixing chamber and lowering the pressure in the mixing chamber, the abrasive and the gas are sucked into the mixing chamber, and a liquid flow accompanied with the gas and containing the abrasive is injected from one nozzle opening to perforate. We have a process,
A drilling method is provided wherein the nozzle opening is an opening of a first nozzle channel of the drilling nozzle system .

本発明によれば、環境圧力が高い場合であっても、簡易な構成で、大きな動力を要さずに、パーフォレーションを好適に行うことを可能とする穿孔方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is a case where environmental pressure is high, the perforation method which makes it possible to perform perforation suitably with a simple structure and without requiring big motive power is provided.

また本発明によれば、このような穿孔方法に好適に利用することのできる穿孔用ノズルシステムおよび穿孔装置が提供される。 According to the present invention, such a drilling method suitably can Ru puncture hole nozzle system and perforating apparatus utilizing the is provided.

本発明の穿孔方法では、混合室内に液体を噴射して混合室内に圧力低下を発生させることにより混合室内に研磨材および気体を吸引し、気体を伴いかつ研磨材を含む液流を一つのノズル開口から噴射し、噴射された液流を被処理物に当てて穿孔する。   In the perforation method of the present invention, a liquid is injected into the mixing chamber to generate a pressure drop in the mixing chamber, thereby sucking the abrasive and gas into the mixing chamber, and the liquid flow accompanied by the gas and containing the abrasive is a single nozzle. The liquid is ejected from the opening, and the ejected liquid flow is perforated against the object to be processed.

本発明において穿孔の対象とする被処理物の材質は、鋼などの金属であってもよく、塩化ビニルなどの樹脂、またガラス繊維などで強化された強化プラスチックなどであってもよい。本発明によれば高い穿孔能力を得ることができるので、金属製の被処理物において本発明の効果は顕著である。また、被処理物の形状は、管状、特には円管状が代表的であるが、その限りではなく、板状などであってもよい。被処理物の代表例として、坑井などに用いられる鋼管を挙げることができる。   In the present invention, the material of the object to be perforated may be a metal such as steel, a resin such as vinyl chloride, or a reinforced plastic reinforced with glass fiber. According to the present invention, a high perforation ability can be obtained, so that the effect of the present invention is remarkable in a metal workpiece. In addition, the shape of the object to be processed is typically a tubular shape, particularly a circular tubular shape, but is not limited thereto, and may be a plate shape. As a typical example of the object to be processed, a steel pipe used for a well or the like can be given.

本発明は穿孔に利用されるが、穿孔する位置を移動させて被処理物を切断することが可能であるので、本発明において穿孔は切断を含む概念である。   Although the present invention is used for drilling, since the workpiece can be cut by moving the drilling position, drilling is a concept including cutting in the present invention.

以下、被処理物が鋼管である場合を例に、本発明について説明する。   Hereinafter, the present invention will be described by taking as an example the case where the workpiece is a steel pipe.

鋼管を穿孔するために、鋼管内部に挿入配置した穿孔用ジェットノズルの一つのノズル開口から、研磨材が液体に混合されさらに気体を伴った液流を噴射させ、このジェット噴射を鋼管の所定位置の内壁に衝突させることができる。穿孔用ジェットノズルが複数のノズル開口を有し、それぞれのノズル開口から気体を伴い研磨材を含む液流を噴射してもよい。複数の穿孔用ジェットノズルを用いて穿孔することもできる。   In order to pierce the steel pipe, the abrasive material is mixed with the liquid from one nozzle opening of the piercing jet nozzle that is inserted and arranged inside the steel pipe, and a liquid flow accompanied by gas is jetted. Can be made to collide with the inner wall. The piercing jet nozzle may have a plurality of nozzle openings, and a liquid flow containing an abrasive with gas may be ejected from each nozzle opening. It is also possible to perforate using a plurality of perforating jet nozzles.

研磨材を含む液流に使用する液体としては、通常は水が利用される。穿孔処理を行う場所やそこに充満している液体の種類などに応じて、噴射する液体は水以外(充満している液体と同じ液体など)に設定することも可能である。   As the liquid used for the liquid flow containing the abrasive, water is usually used. The liquid to be ejected can be set to other than water (such as the same liquid as the full liquid) depending on the location where the perforation process is performed and the type of liquid filled therewith.

研磨材としては、鋼管の管壁に孔を開けるために利用できるものであればよく、例えばガーネット粉末、あるいはそれと同等の硬度を有するものなどが好ましく利用できる。なお、研磨材の平均粒径(直径)は、高い穿孔能力を得ることと、ノズル内部およびノズル開口部の寸法上の兼ね合い等の観点から、例えば0.1mm〜0.6mm程度であればよい。   As the abrasive, any material can be used as long as it can be used to make a hole in the tube wall of a steel pipe. For example, garnet powder or a material having the same hardness can be preferably used. In addition, the average particle diameter (diameter) of the abrasive may be, for example, about 0.1 mm to 0.6 mm from the viewpoint of obtaining a high drilling ability and balancing the dimensions of the inside of the nozzle and the nozzle opening. .

上記気体としては、入手容易性から空気や窒素ガス等が好ましいが、他のガスを適宜用いることもできる。大量のガスを小容積のボンベに収容可能とする観点から、HFC−134a等の、加圧により常温で液化可能な気体を用いることも好ましい。   The gas is preferably air or nitrogen gas because of its availability, but other gases can be used as appropriate. From the viewpoint of accommodating a large amount of gas in a small volume cylinder, it is also preferable to use a gas such as HFC-134a that can be liquefied at normal temperature by pressurization.

図1に穿孔用ジェットノズルの一例を示す。図1(a)は斜視図、(b)はA−A'断面における断面図、(c)はB−B'断面における断面図である。   FIG. 1 shows an example of a piercing jet nozzle. 1A is a perspective view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line BB ′.

例えば、穿孔用ジェットノズルは坑井の鋼管ケーシング内に挿入され、鋼管の内壁に研磨材を含む液流(アブレシブジェット)が当たるように配置される。図1の紙面上下方向は、このような利用状況における鉛直上下方向と一致する。   For example, a piercing jet nozzle is inserted into a steel pipe casing of a well, and is arranged so that a liquid flow (abrasive jet) containing an abrasive hits the inner wall of the steel pipe. The vertical direction in FIG. 1 corresponds to the vertical vertical direction in such a usage situation.

この穿孔用ジェットノズルは2つのノズル流路を複合的に用いた構造を有する。具体的には、アブレシブジェットを噴射するための第一のノズル流路1a(第一のノズル流路の開口1bは鋼管の内壁へ向けて開口する)を有する第一のノズル(アブレシブノズル)1;第一のノズル流路に連通する混合室3;アブレシブジェットを形成するために用いられる液体を混合室内に噴射するための第二のノズル流路2a(第二のノズル流路の開口2bは、混合室に開口する)を有する第二のノズル2;第二のノズル流路に上記液体を供給する液体供給路4;液体供給路に上記液体を導入する液体導入口5;混合室に研磨材を供給するための研磨材供給路6;研磨材供給路に研磨材を導入する研磨材導入口7;混合室に気体を供給するための気体供給路8;および、気体供給路に気体を導入する気体導入口9が、ノズル本体10に設けられる。   This perforating jet nozzle has a structure in which two nozzle channels are used in combination. Specifically, a first nozzle (abrasive nozzle) 1 having a first nozzle flow path 1a for injecting an abrasive jet (the opening 1b of the first nozzle flow path opens toward the inner wall of the steel pipe). Mixing chamber 3 communicating with the first nozzle channel; second nozzle channel 2a for injecting the liquid used to form the abrasive jet into the mixing chamber (the opening 2b of the second nozzle channel is A second nozzle 2 having an opening in the mixing chamber; a liquid supply path 4 for supplying the liquid to the second nozzle flow path; a liquid inlet 5 for introducing the liquid into the liquid supply path; polishing into the mixing chamber Abrasive supply path 6 for supplying the material; abrasive introduction port 7 for introducing the abrasive into the abrasive supply path; gas supply path 8 for supplying gas to the mixing chamber; and gas in the gas supply path A gas inlet 9 to be introduced is provided in the nozzle body 10. Eclipsed.

第二のノズル流路2aから水等の液体が噴射される。第二のノズル流路の配置は、この液体噴射によって、研磨材供給路6から混合室3内への研磨材供給と気体供給路8から混合室3内への気体供給を行うための圧力低下によるアスピレーター作用を発生させるとともに、第一のノズル流路1aから研磨材を含む液体を気体とともに噴射し得る位置とされる。   A liquid such as water is ejected from the second nozzle channel 2a. The arrangement of the second nozzle flow path is due to the pressure drop for supplying the abrasive from the abrasive supply path 6 into the mixing chamber 3 and supplying the gas from the gas supply path 8 into the mixing chamber 3 by this liquid jet. The aspirator action is generated, and the liquid containing the abrasive material is ejected from the first nozzle flow path 1a together with the gas.

このような構成によって、第二のノズル流路からの液体噴射(液体が水である場合はウォータージェット)によるアスピレーター作用によって、研磨材および気体が吸引され、第一のノズル流路から、アブレシブジェットが気体を伴って噴出される。   With such a configuration, the abrasive material and the gas are sucked by the aspirator action by the liquid jet from the second nozzle channel (a water jet when the liquid is water), and the abrasive jet is sucked from the first nozzle channel. Is ejected with gas.

上記圧力低下は、アスピレーター作用を得るために環境圧力未満に低下させる。圧力低下幅が大きい程、強いアスピレーター作用が得られると言う観点から、混合室内の気圧が大気圧程度まで低下することが好ましく、大気中でも容易に研磨材を吸引する効果が得られるという観点から、大気圧未満まで圧力低下することがより好ましい。   The pressure drop is reduced below the environmental pressure to obtain an aspirator action. From the viewpoint of obtaining a stronger aspirator action as the pressure drop width is larger, it is preferable that the atmospheric pressure in the mixing chamber is reduced to about atmospheric pressure, and from the viewpoint that the effect of sucking the abrasive easily in the atmosphere can be obtained. It is more preferable to reduce the pressure to less than atmospheric pressure.

アブレシブジェットが気体を伴うことにより、穿孔用ジェットノズルが高圧の液体環境下で使用される場合の切削能力の減衰を抑えることができる。しかも、研磨材のみならず気体も混合室において吸引されるので、高圧の液体環境下で使用される場合であっても、気体を環境圧力を超える圧力に加圧して穿孔用ジェットノズルに供給する必要はない。従って、気体の昇圧のために大がかりな設備や大きな動力を必要としない。また、一つの混合室において研磨材と気体を吸引でき、ノズルの構造自体がシンプルである。   When the abrasive jet is accompanied by a gas, it is possible to suppress the attenuation of the cutting ability when the piercing jet nozzle is used in a high-pressure liquid environment. Moreover, since not only the abrasive but also the gas is sucked in the mixing chamber, even when used in a high-pressure liquid environment, the gas is pressurized to a pressure exceeding the environmental pressure and supplied to the jet nozzle for drilling. There is no need. Therefore, no large equipment or large power is required for gas pressure increase. Further, the abrasive and gas can be sucked in one mixing chamber, and the nozzle structure itself is simple.

気体供給路8の混合室への開口位置が、研磨材供給路6の混合室への開口位置より、液体の流れ方向(噴射方向)について、下流であることが好ましい。これにより、第二のノズル流路2aから噴出される液体噴射に先ず研磨材が吸引され、次いで気体が吸引される。その結果、第一のノズル流路から外部に噴射される噴流は、概略、研磨材を含む液体の噴流の外側に気体の層が形成された構造を有することになる。アブレシブジェットの外側に気体の層があると、アブレシブジェットの流速が環境液体の抵抗によって弱まることが優れて防止され、アブレシブジェットの穿孔能力の減衰が優れて防止される。この観点から、研磨材供給路の混合室への開口はできる限り上流側へ、気体供給路の混合室への開口は出来る限り下流側へ配することが好ましい。   The opening position of the gas supply path 8 to the mixing chamber is preferably downstream of the opening position of the abrasive supply path 6 to the mixing chamber in the liquid flow direction (jetting direction). Thus, the abrasive is first sucked into the liquid jet ejected from the second nozzle channel 2a, and then the gas is sucked. As a result, the jet jetted to the outside from the first nozzle channel generally has a structure in which a gas layer is formed outside the jet of liquid containing the abrasive. If there is a gas layer outside the abrasive jet, the flow velocity of the abrasive jet is excellently prevented from being weakened by the resistance of the environmental liquid, and attenuation of the perforating ability of the abrasive jet is excellently prevented. From this point of view, it is preferable to arrange the opening to the mixing chamber of the abrasive supply path as upstream as possible and the opening to the mixing chamber of the gas supply path as downstream as possible.

研磨材供給路6がU字状部を有することが好ましい。図1においては、研磨材導入口7から供給された研磨材は、下方に向かい、その方向を水平に変え、さらにその方向を上方に変え、混合室3に供給される。このように研磨材供給路6がU字状部を有することにより、アブレシブジェットを噴出しない際には、研磨材がU字状部に溜まり、研磨材の混合室への流入が自然に停止するようにすることができる。   It is preferable that the abrasive supply path 6 has a U-shaped portion. In FIG. 1, the abrasive supplied from the abrasive introduction port 7 moves downward, changes its direction horizontally, further changes its direction upward, and is supplied to the mixing chamber 3. Thus, when the abrasive supply path 6 has the U-shaped portion, when the abrasive jet is not ejected, the abrasive is collected in the U-shaped portion, and the flow of the abrasive into the mixing chamber naturally stops. Can be.

なお、研磨材の流れをスムーズにするために、研磨材は液体に分散された状態で研磨材供給路6を流れるようにすること、すなわち研磨材供給路には研磨材分散液を流すことが好ましい。この研磨材を分散させる液体としては、通常は環境水等の環境液体を用いることが簡便であり好ましい。   In order to make the flow of the abrasive smooth, the abrasive is allowed to flow through the abrasive supply path 6 in a state of being dispersed in the liquid, that is, the abrasive dispersion liquid is allowed to flow through the abrasive supply path. preferable. As the liquid for dispersing the abrasive, it is usually convenient and preferable to use an environmental liquid such as environmental water.

穿孔用ジェットノズルのコンパクト化の観点から、研磨材供給路6および気体供給路8は、第二のノズル流路2bからの液体の噴射方向(第二のノズル流路の中心軸方向)に対して実質的に垂直な方向で混合室3に接続されることが好ましい。図1においては、アブレシブジェットは横方向(水平方向)に噴射され、研磨材供給路6の混合室に接続される部分は上下方向(鉛直方向)上向きとされ、気体供給路8は下向きとされる。穿孔用ジェットノズルは、例えば鋼管内に挿入されて使用され、横方向(水平方向)の大きさが制限されることが多い。上記のような配置は、横方向において穿孔用ジェットノズルのコンパクト化を図るうえで効果的である。ここで述べた効果が損なわれない限り、ここでいう垂直は、必ずしも厳密に垂直である必要はない。また、高い穿孔能力を得ると言う観点からは、研磨材供給路6および気体供給路8は、第二のノズル流路2bからの液体の噴射方向に向けて傾けて交差させることが好ましい。従って、混合室への研磨材供給方向および気体供給方向はそれぞれ第二のノズル流路からの液体噴射方向と鋭角もしくは直角をなすことが好ましい。例えばこの角度は0度〜90度が好ましい。穿孔能力だけの観点からは、この角度は理想的には0度がよいが、実際にはノズル寸法等から加工可能な角度は制限されることが多い。   From the viewpoint of making the jet nozzle for perforation compact, the abrasive supply path 6 and the gas supply path 8 are in the direction of liquid ejection from the second nozzle flow path 2b (the central axis direction of the second nozzle flow path). It is preferably connected to the mixing chamber 3 in a substantially vertical direction. In FIG. 1, the abrasive jet is jetted in the lateral direction (horizontal direction), the portion of the abrasive supply path 6 connected to the mixing chamber is directed upward (vertical direction) upward, and the gas supply path 8 is directed downward. The The jet nozzle for drilling is used by being inserted into a steel pipe, for example, and the size in the lateral direction (horizontal direction) is often limited. The arrangement as described above is effective in reducing the size of the piercing jet nozzle in the lateral direction. As long as the effects described here are not impaired, the vertical here does not necessarily have to be strictly vertical. Further, from the viewpoint of obtaining a high perforation capability, it is preferable that the abrasive supply path 6 and the gas supply path 8 are inclined and intersected toward the liquid ejection direction from the second nozzle flow path 2b. Therefore, it is preferable that the abrasive supply direction and the gas supply direction to the mixing chamber make an acute angle or a right angle with the liquid ejection direction from the second nozzle flow path, respectively. For example, this angle is preferably 0 to 90 degrees. From the viewpoint of only the drilling ability, this angle should ideally be 0 degrees, but in practice, the angle that can be processed is often limited by the nozzle dimensions and the like.

第一のノズル流路1a、混合室3、混合室に連通する研磨材供給路6と気体供給路8、第二のノズル流路2aの構造及び配置は、第一のノズル流路の開口1bから穿孔に好適な噴流が生じ、かつ混合室内の圧力低下によるアスピレーター作用によって必要とされる研磨材および気体の配合量が得られるように適宜選択できる。   The structure and arrangement of the first nozzle flow path 1a, the mixing chamber 3, the abrasive supply path 6 and the gas supply path 8 communicating with the mixing chamber, and the second nozzle flow path 2a are the same as the opening 1b of the first nozzle flow path. Therefore, it is possible to select an appropriate amount so that a jet suitable for perforation is generated and a required amount of abrasive and gas is obtained by an aspirator action due to a pressure drop in the mixing chamber.

図1に示す例では、第一のノズル流路1aを長手方向に均一な内径の流路(ここでは噴流方向上流側端部に面取り加工を施してある。面取り加工は施さなくてもよい)とし、第二のノズル流路2aを内径が混合室方向に減少するテーパー状流路の先に直管部を有する形状の円錐型ストレートノズルとし、これらのノズルの内径の中心が一致するように配置している。第二のノズル流路のテーパー状部は、液体供給路からの液流を収束させて強い噴流を形成するために有効である。   In the example shown in FIG. 1, the first nozzle channel 1a is a channel having a uniform inner diameter in the longitudinal direction (here, chamfering is performed on the upstream end portion in the jet direction. Chamfering may not be performed). The second nozzle channel 2a is a conical straight nozzle having a straight pipe part at the tip of a tapered channel whose inner diameter decreases in the direction of the mixing chamber, and the centers of the inner diameters of these nozzles are matched. It is arranged. The tapered portion of the second nozzle channel is effective for converging the liquid flow from the liquid supply path to form a strong jet.

これらのノズルの形状は、本発明の効果が得られる範囲内であれば、特に限定されず、例えば、ストレートノズル、円錐型ストレートノズル、オリフィス型ノズル、噴射方向に向かって内径が小さくなるテーパー状のノズル、あるいは吐出方向に向かって内径が大きくなるホーン型ノズル、更にはこれらのノズル形状を噴射方向に組合わせて配置したノズルなどが利用できる。通常、キャビテーションがほとんど発生しない高圧液(水)中環境において、アブレシブノズル(第一のノズル)は、ストレートノズル(図1の1に示したように、面取り部や、テーパー部を有してもよい)の使用が好ましい。ウォータージェットノズル(第二のノズル)については、高圧水中下でも高い穿孔能力が得られると言う観点から、上記の円錐型ストレートノズルの使用が好ましい。   The shape of these nozzles is not particularly limited as long as the effect of the present invention is obtained. For example, a straight nozzle, a conical straight nozzle, an orifice type nozzle, a tapered shape whose inner diameter decreases in the injection direction. Or a horn-type nozzle whose inner diameter increases in the discharge direction, or a nozzle in which these nozzle shapes are combined in the ejection direction can be used. Usually, in an environment in high pressure liquid (water) in which cavitation hardly occurs, the abrasive nozzle (first nozzle) may have a chamfered portion or a tapered portion as shown in 1 of FIG. Is preferred. As for the water jet nozzle (second nozzle), it is preferable to use the above-mentioned conical straight nozzle from the viewpoint that high perforation ability can be obtained even under high-pressure water.

ノズル本体10の有する各部のサイズや形状は、上記の要件に加えて、穿孔用ジェットノズルが挿入される鋼管のサイズや処理位置(環境圧力)に応じて設定され、特に限定されない。   The size and shape of each part of the nozzle body 10 are not particularly limited, and are set according to the size and processing position (environmental pressure) of the steel pipe into which the perforating jet nozzle is inserted, in addition to the above requirements.

例えば、第一のノズル開口1bの位置を固定手段などで規制した状態でのノズル開口1bと鋼管内壁の穿孔しようとする部分との距離(スタンドオフディスタンス)は、短い方が高い穿孔能力が得られると言う観点からは、10mm以下に設定されることが好ましく、5mm以下がより好ましい。またこの距離は、被処理物に跳ね返されたアブレシブジェットによって第一のノズルが損傷することを防止する観点から2mm以上が好ましい。   For example, the shorter the distance (standoff distance) between the nozzle opening 1b and the portion of the inner wall of the steel pipe to be drilled in a state where the position of the first nozzle opening 1b is regulated by a fixing means or the like, the higher the drilling ability is obtained. From the viewpoint of being achieved, it is preferably set to 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less. Further, this distance is preferably 2 mm or more from the viewpoint of preventing the first nozzle from being damaged by the abrasive jet bounced off the object to be processed.

図2に第一のノズル、混合室、第二のノズルを含む部分の拡大図を示す。第一のノズル流路1aの長さL1は、高圧水中下では短いほどアブレシブウォータージェットの穿孔能力が高くなると言う観点から、35mm以下であることが好ましく、さらに好ましくは12mm〜15mm程度とする。第一のノズル流路の開口1bの直径d1は、小さいほど穿孔能力は増すと言う観点から7mm以下であることが好ましく、3mm以下がより好ましい。またd1は、被処理物の穿孔の大きさを考慮すれば2mm以上が好ましい。第二のノズル2の直管部の長さL3は、第二のノズル開口部から噴射させるウォータージェットを収束させる観点から、第二のノズル流路の開口2bの直径(図2に示すd2)の2倍程度以上が好ましく、圧力損失が生じウォータージェットの速度が減衰することを防止する観点から、第二のノズル流路の開口2bの直径4倍程度以下が望ましい。   FIG. 2 shows an enlarged view of a portion including the first nozzle, the mixing chamber, and the second nozzle. The length L1 of the first nozzle channel 1a is preferably 35 mm or less, more preferably about 12 mm to 15 mm from the viewpoint that the shorter the high-pressure water is, the higher the perforating ability of the abrasive water jet becomes. The diameter d1 of the opening 1b of the first nozzle channel is preferably 7 mm or less and more preferably 3 mm or less from the viewpoint that the drilling ability increases as the diameter d1 decreases. Further, d1 is preferably 2 mm or more in consideration of the size of perforations in the workpiece. The length L3 of the straight pipe portion of the second nozzle 2 is the diameter of the opening 2b of the second nozzle channel (d2 shown in FIG. 2) from the viewpoint of converging the water jet ejected from the second nozzle opening. Is preferably about twice or more of the diameter of the opening 2b of the second nozzle channel from the viewpoint of preventing pressure loss and a decrease in the speed of the water jet.

第一のノズル流路の直径d1と第二のノズル流路の直径d2の大きさは、第二のノズルからの液流によって第一のノズルからの噴流をスムーズに形成する観点からd1>d2の関係とし、比率はd1がd2の2〜4倍が好ましく、なかでも3倍程度がより望ましい。   The diameter d1 of the first nozzle channel and the diameter d2 of the second nozzle channel are d1> d2 from the viewpoint of smoothly forming a jet flow from the first nozzle by the liquid flow from the second nozzle. The ratio of d1 is preferably 2 to 4 times that of d2, and more preferably about 3 times.

また、第二のノズル流路の図2に示す部分L2(第二のノズルの開口から第一のノズルまでの距離)、L4(第二のノズルのテーパー部の長さ)、d2の長さ及び角度θ(第二のノズルのテーパー角)は、例えば以下のように設定される。
L2:5mm〜10mm程度、(第二のノズル開口部2bから噴射されるウォータージェットの減衰を小さくすることと、より強力なアスピレーター作用を発生させるために好ましい範囲)、
L4:d2の10〜50倍、(第二のノズル開口部2bから噴射されるウォータージェットの乱流を抑制するために好ましい範囲)、
d2:1mm〜2mm、(使用する高圧ポンプの吐出水量にもよるが、穿孔のための運動エネルギーを大きくするために好ましい範囲)、
θ:10°〜14°(高圧水の収束と乱流抑制の観点から好ましい)。
2 of the second nozzle flow path shown in FIG. 2 (distance from the opening of the second nozzle to the first nozzle), L4 (length of the tapered portion of the second nozzle), and the length of d2. And the angle θ (taper angle of the second nozzle) are set as follows, for example.
L2: about 5 mm to 10 mm (preferred range for reducing the attenuation of the water jet ejected from the second nozzle opening 2b and generating a stronger aspirator action),
L4: 10 to 50 times d2 (preferred range for suppressing turbulent flow of water jet ejected from the second nozzle opening 2b),
d2: 1 mm to 2 mm (depending on the amount of discharged water of the high-pressure pump used, a preferable range for increasing the kinetic energy for drilling),
θ: 10 ° to 14 ° (preferable from the viewpoint of converging high-pressure water and suppressing turbulence).

本発明にかかる穿孔用ジェットノズルは、鋼管ケーシング内の水が充満している部分に挿入した状態で穿孔処理を行うに好適なもので、この処理は処理位置の深度に応じた水圧環境下での処理となる。ノズル本体10やその内部に設置する各ノズルなど、穿孔用ジェットノズルを構成する部材は、そのような環境圧力に耐えられる材質及び構造で適宜形成することができる。そのような材料としては、例えば各種ステンレス材などを挙げることができる。第一のノズルは研磨材を含んだ液流が流れるため、耐久性の観点から、タングステンカーバイド(例えば(株)トーカロイ製、商品名:SS15)などの硬い材料で形成することが好ましい。   The jet nozzle for drilling according to the present invention is suitable for performing a drilling process in a state where it is inserted into a portion filled with water in the steel pipe casing, and this process is performed under a hydraulic environment according to the depth of the processing position. It becomes processing of. The members constituting the jet nozzle for drilling, such as the nozzle body 10 and the nozzles installed therein, can be appropriately formed with a material and structure that can withstand such environmental pressure. Examples of such materials include various stainless steel materials. Since the liquid flow containing the abrasive flows through the first nozzle, it is preferable to form the first nozzle from a hard material such as tungsten carbide (for example, trade name: SS15 manufactured by Tokaloy Co., Ltd.).

第二のノズル流路2aからの液体噴射量は、第一のノズル流路1aからの噴流によって被処理物を穿孔できるように設定され、例えば200g/秒以上に設定することができる。   The liquid ejection amount from the second nozzle flow path 2a is set so that the workpiece can be perforated by the jet flow from the first nozzle flow path 1a, and can be set to 200 g / second or more, for example.

また、第二のノズル流路2aからの噴射の圧力も、穿孔処理を行う環境圧力や鋼管の材質、その側壁の厚さなどに応じて設定されるが、例えば、40MPaG(Gはゲージ圧を意味する)以上、好ましくは60MPaG以上で、より高圧である方が高い穿孔能力が得られると言う観点から好ましい。   The pressure of the injection from the second nozzle flow path 2a is also set according to the environmental pressure for performing the drilling process, the material of the steel pipe, the thickness of the side wall, etc., for example, 40 MPaG (G is the gauge pressure) Mean)), preferably 60 MPaG or more, and higher pressure is preferable from the viewpoint of obtaining high drilling ability.

第一のノズルから噴射されるアブレシブジェット中の研磨材と第二のノズルから噴射される液体(例えば水)との配合割合(または噴射割合)は、目的とする穿孔処理が可能であれば特に限定されないが、例えば、水に対して30質量%以下の研磨材量とすることができる。第二のノズル流路2aからの液体(例えば水)と、研磨材供給路6から供給される研磨材(例えば、水に研磨材が分散した分散液として供給される)の混合割合(あるいは混合室への流入量の比)は、上記の配合割合に応じて適宜設定することができる。   The blending ratio (or spray ratio) of the abrasive in the abrasive jet sprayed from the first nozzle and the liquid sprayed from the second nozzle (for example, water) is particularly suitable if the target perforation process is possible. Although not limited, for example, the amount of abrasive can be 30% by mass or less with respect to water. Mixing ratio (or mixing) of the liquid (for example, water) from the second nozzle channel 2a and the abrasive (for example, supplied as a dispersion in which the abrasive is dispersed in water) supplied from the abrasive supply path 6 The ratio of the amount of inflow into the chamber) can be appropriately set according to the above-mentioned blending ratio.

また、第一のノズル流路1aからの噴流の圧力も、穿孔処理を行う環境圧力や鋼管の材質、その側壁の厚さなどに応じて第二のノズル流路2aからの噴射の圧力を変化させることにより適宜設定できる。   The pressure of the jet flow from the first nozzle flow path 1a also changes the pressure of the jet from the second nozzle flow path 2a according to the environmental pressure for drilling, the material of the steel pipe, the thickness of the side wall, etc. Can be set as appropriate.

図3に、液体ジェットノズルを用いた鋼管穿孔用ノズルシステム及び穿孔装置の一例を、穿孔用システムの配置位置における拡大図を含めて模式的に示す。穿孔用ノズルシステムは、穿孔用ジェットノズルに必要に応じて固定手段、研磨材タンク、ガスボンベなどの穿孔用ジェットノズルに付随する機器を接続したもので、例えば鋼管の中に挿入されて用いられる。   FIG. 3 schematically shows an example of a steel pipe drilling nozzle system and a drilling apparatus using a liquid jet nozzle, including an enlarged view of the drilling system arrangement position. The drilling nozzle system is configured by connecting a drilling jet nozzle with devices attached to the drilling jet nozzle such as a fixing means, an abrasive tank, and a gas cylinder as necessary, and is inserted into, for example, a steel pipe.

この穿孔用ノズルシステム21は、穿孔用ジェットノズル20の直上に研磨材タンク(アブレシブタンク)11を設けてユニット化し、このユニットの上下に固定手段としてのスタビライザー12aおよび12bを接続した構成を有する。研磨材を貯留する研磨材タンク11には、研磨材タンクと穿孔用ジェットノズルの研磨材導入口とを接続する研磨材流路(図3では不図示)及び、研磨材タンク内の中心部を通る液体の流路と穿孔用ジェットノズル20の液体導入口とを繋ぐ流路(図3では不図示)が接続される。この穿孔用ノズルシステムは、処理現場に設置したタンク14内の液体(通常は水)を高圧ポンプ15で送り込む高圧ホース13によって鋼管16の内部に吊り下げられており、高圧ホース13はアダプタを用いることによって上スタビライザー12aの頂部に接続される。高圧ホースから供給される液体は、上スタビライザー12a内および研磨材タンク内に設けられた液体の流路(図3では不図示)を通り、穿孔用ジェットノズル20の液体導入口まで到達する。   This perforating nozzle system 21 has a configuration in which an abrasive tank (abrasive tank) 11 is provided directly above the perforating jet nozzle 20 to form a unit, and stabilizers 12a and 12b as fixing means are connected to the upper and lower sides of the unit. The abrasive tank 11 for storing the abrasive includes an abrasive channel (not shown in FIG. 3) connecting the abrasive tank and the abrasive introduction port of the piercing jet nozzle, and a central portion in the abrasive tank. A flow path (not shown in FIG. 3) connecting the flow path of the passing liquid and the liquid introduction port of the perforating jet nozzle 20 is connected. This drilling nozzle system is suspended inside a steel pipe 16 by a high-pressure hose 13 that feeds a liquid (usually water) in a tank 14 installed at a processing site by a high-pressure pump 15, and the high-pressure hose 13 uses an adapter. This connects to the top of the upper stabilizer 12a. The liquid supplied from the high-pressure hose passes through a liquid flow path (not shown in FIG. 3) provided in the upper stabilizer 12a and the abrasive tank, and reaches the liquid inlet of the perforating jet nozzle 20.

研磨材の穿孔用ジェットノズル20への供給は、第二のノズル流路からの液体の噴射によって圧力低下の生じた混合室内に研磨材タンク11から研磨材分散液が送り込まれることで行われる。このような研磨材の供給における供給量の制御は、例えば、研磨材流路にゴム製の絞りを設けることで行うことができる。ゴム製の絞りとしては、例えば、ゴム製の円板の好ましくは中央部に貫通孔を設けたドーナツ状の構造を有するゴムワッシャーを用いることができ、貫通孔の径などを適宜選ぶことにより、所望の研磨材供給量を得ることができる。ゴムは研磨材によってセルフライニングされ、殆ど摩耗しない。また構造が簡易で良好に機能するため、ゴム製の絞りを用いて研磨材の供給量を制御することが好ましい。ゴムとしてはNR(天然ゴム)やNBR(ニトリルゴム)などが好ましい。ゴム製の絞りとして例えば、(株)ケイヒン製のワッシャー式定流量弁(商品名:RSSP−10)用のパーツとして入手可能なゴムワッシャーを用いることができる。   The supply of the abrasive material to the perforating jet nozzle 20 is performed by feeding the abrasive material dispersion liquid from the abrasive material tank 11 into the mixing chamber where the pressure drop is caused by the liquid jet from the second nozzle flow path. Control of the supply amount in such supply of the abrasive can be performed, for example, by providing a rubber diaphragm in the abrasive flow path. As the rubber diaphragm, for example, a rubber washer having a donut-like structure in which a through hole is preferably provided at the center of a rubber disk can be used, and by appropriately selecting the diameter of the through hole, A desired abrasive supply amount can be obtained. The rubber is self-fried by the abrasive and hardly wears. In addition, since the structure is simple and functions well, it is preferable to control the supply amount of the abrasive using a rubber diaphragm. As the rubber, NR (natural rubber), NBR (nitrile rubber) and the like are preferable. As the rubber throttle, for example, a rubber washer available as a part for a washer type constant flow valve (trade name: RSSP-10) manufactured by Keihin Corporation can be used.

研磨材供給をスムーズに行う観点から、研磨材タンクには、外部(環境)と連通する開口を設けることが好ましく、さらにこの開口にはゴム製の絞り径以上の異物が研磨材タンクに混入することを防止するためにメッシュ(金網など)を設けることが好ましい。タンクには研磨材のみを投入しておいても、開口より環境液体が入るため、研磨材はタンク内で環境液体に浸った状態となる。研磨材は、第二のノズル流路からの液体の噴射によって圧力低下の生じた混合室内に、研磨材タンク11からタンク内に流入した環境液体とともに研磨材分散液となって吸引されるため、分散剤を使用する必要はない。   From the viewpoint of smoothly supplying the abrasive material, it is preferable to provide the abrasive material tank with an opening communicating with the outside (environment), and further, foreign matter having a diameter of rubber or larger is mixed into the abrasive material tank. In order to prevent this, it is preferable to provide a mesh (such as a wire mesh). Even when only the abrasive is put into the tank, the environmental liquid enters from the opening, so that the abrasive is immersed in the environmental liquid in the tank. Since the abrasive is sucked into the mixing chamber where the pressure drop is caused by the liquid jet from the second nozzle channel together with the environmental liquid flowing into the tank from the abrasive tank 11 as an abrasive dispersion. There is no need to use a dispersant.

気体の穿孔用ジェットノズルへの供給は、参考用の形態においては、第二のノズル流路からの液体の噴射によって圧力低下の生じた混合室内に地上から不図示の気体用ホースを通して気体を送り込むことで行われる。このような気体供給量の制御は、流量調節バルブを好ましくは地上に設置して行うことができる。ただし本発明では後述のようにボンベから気体を供給する。 In the reference mode, the gas is supplied from the ground through a gas hose (not shown) into the mixing chamber in which the pressure has dropped due to the liquid jet from the second nozzle flow path. Is done. Such control of the gas supply amount can be performed by installing a flow control valve, preferably on the ground. However, in the present invention, gas is supplied from a cylinder as described later.

穿孔用ジェットノズルを鋼管内で固定する固定手段としては、例えば図3に示すように、水圧で複数本のアームが開くことで坑内に穿孔用ジェットノズルを固定し得るスタビライザー12を、穿孔用ジェットノズル20に六角ニップル等のアダプタを用いることにより近接して接続する。例えば、液体ジェットノズルの上下に接続することにより行うことができる。なお、別の固定手段として、穿孔用ジェットノズルのノズル開口1bと対向する背面に、ノズル開口1bからの液流の噴射時に鋼管内壁と接することでノズル開口の鋼管の軸方向に垂直な面での位置を規制する構造を有するものを利用することもできる。固定の確実さの観点からは、上述のスタビライザーが好ましいが、両者を合わせて使用するとさらに好ましい。   As a fixing means for fixing the piercing jet nozzle in the steel pipe, for example, as shown in FIG. 3, a stabilizer 12 that can fix the piercing jet nozzle in the pit by opening a plurality of arms by water pressure is used. The nozzle 20 is connected in close proximity by using an adapter such as a hexagonal nipple. For example, it can be performed by connecting the liquid jet nozzles above and below. As another fixing means, a surface perpendicular to the axial direction of the steel pipe of the nozzle opening is provided on the back surface facing the nozzle opening 1b of the jet nozzle for drilling by contacting the inner wall of the steel pipe at the time of jetting the liquid flow from the nozzle opening 1b. It is also possible to use one having a structure that regulates the position of. From the viewpoint of fixing reliability, the above-described stabilizer is preferable, but it is more preferable to use both together.

このような固定手段を設けたことで、鋼管16の長手方向、並びにこの長手方向の中心軸に垂直な面での穿孔用ジェットノズル、特にはノズル開口1bの振れ(ズレ)が防止される。   By providing such fixing means, the jet nozzle for drilling, particularly the nozzle opening 1b, can be prevented from swinging in the longitudinal direction of the steel pipe 16 and the plane perpendicular to the central axis in the longitudinal direction.

穿孔用ジェットノズル20の上下に配置されたスタビライザー12としては、例えば塩化ビニル製のケーシングへの穿孔処理において利用されているものなどが好適に利用できる。   As the stabilizers 12 disposed above and below the perforating jet nozzle 20, for example, those used in perforating processing on a casing made of vinyl chloride can be suitably used.

図示した例におけるスタビライザーでは、アームが鋼管内壁を押圧することでシステムの位置固定を行っているが、アームを片方に配置して、アームの押圧力でシステムの反対側を鋼管内壁面に押し付けて位置固定を行う構成とすることもできる。   In the stabilizer in the illustrated example, the position of the system is fixed by the arm pressing the inner wall of the steel pipe, but the arm is placed on one side and the opposite side of the system is pressed against the inner wall of the steel pipe by the pressing force of the arm. It can also be set as the structure which fixes position.

更に、スタビライザーの羽またはアームを広げる際の圧力は、穿孔用ジェットノズルへ供給される水などの圧力を利用してもよいし、別途設けた供給系から供給される水や油などの液体による圧力を利用してもよい。装置の小型化や構成の簡易化には、穿孔用ジェットノズルへ供給される液体の圧力、例えば水圧を利用すると都合が良い。   Furthermore, the pressure when the stabilizer wings or arms are expanded may be the pressure of water or the like supplied to the perforating jet nozzle, or may depend on the liquid such as water or oil supplied from a separately provided supply system. Pressure may be used. For downsizing and simplification of the apparatus, it is convenient to use the pressure of the liquid supplied to the perforating jet nozzle, for example, the water pressure.

このようなシステムで、坑井内の所定位置に穿孔用ジェットノズルが停止した段階で、地上の井戸元に設置したタンク14内の流体を高圧ポンプ15で加圧して液体供給ラインの高圧ホース13に送り込む。また後述のように気体をボンベから供給する。なお、参考用の形態では、気体用ホースを地上にて大気開放し大気が自然に吸い込まれるようにするか、必要であればコンプレッサーで空気を適宜昇圧して気体ホースに送り込む。すると、第二のノズル流路2aからの液体噴射によって圧力低下の生じた混合室3内に研磨材の混合流体が流入し、また気体が流入し、それらが穿孔用ジェットノズルの開口1bから噴射されることで穿孔処理が行われる。 In such a system, when the drilling nozzle is stopped at a predetermined position in the well, the fluid in the tank 14 installed at the well source on the ground is pressurized by the high pressure pump 15 to the high pressure hose 13 of the liquid supply line. Send it in. Further , as will be described later, gas is supplied from a cylinder. In the reference mode, the gas hose is opened to the atmosphere on the ground so that the air is naturally sucked, or if necessary, the pressure is appropriately increased by a compressor and sent to the gas hose. Then, the mixed fluid of the abrasive flows into the mixing chamber 3 where the pressure drop is caused by the liquid injection from the second nozzle flow path 2a, and the gas flows in, and these are injected from the opening 1b of the perforating jet nozzle. As a result, a punching process is performed.

深度の深い場所での処理においては、液体を地上からホースを経由して穿孔用ジェットノズルに供給し、研磨材を坑内に挿入したジェットノズルの直上部に取り付けられた研磨材タンク(アブレシブタンク)から穿孔用ジェットノズルに供給することが、供給経路の距離が短いことで研磨材が詰まることなく供給がスムーズに行われると言う観点から好ましい。穿孔処理を行う場所が浅い場合は、研磨材を地上に設置したタンクからホースなどを用いて液体ジェットノズルに供給するようにすることもできるが、いずれの場合も本発明では研磨材タンクから研磨材を供給するIn processing at deeper depths, an abrasive tank (abrasive tank) attached to the top of the jet nozzle that supplies liquid to the drilling nozzle from the ground via a hose and inserts the abrasive into the pit. Is preferably supplied from the viewpoint of smooth supply without being clogged with the abrasive due to the short distance of the supply path. If the location of performing the punching process is shallow, but the abrasives such as hose from the installed tank on the ground may be adapted to supply the liquid jet nozzle with abrasive from the abrasive material tank in which is dry when left in any Supply materials .

また、気体の穿孔用ジェットノズルへの供給は、気体を収容したガスボンベを備える穿孔用ノズルシステムを用いてボンベから穿孔用ジェットノズルに気体を供給することによって行う。例えばスタビライザー12aの上部にボンベを設置することができる。深い位置での処理においては、地上から気体を供給すると気体供給用の配管が長くなり圧力損失が大きくなるので、それに打ち勝つコンプレッサー等の動力が必要になるが、ガスボンベを備えるノズルシステムは混合室に生じるアスピレーター作用だけでガスを供給できるので好ましい。 The supply to the drilling jet nozzle of the gas is carried out by feeding the gas to the perforating jet nozzle from the cylinder with a perforated nozzle system comprising a gas cylinder containing the vapor body. For example, a cylinder can be installed on top of the stabilizer 12a. In the deep processing, if gas is supplied from the ground, the gas supply pipe becomes longer and the pressure loss increases, so the power of the compressor or the like to overcome it is necessary, but the nozzle system equipped with a gas cylinder is installed in the mixing chamber. This is preferable because the gas can be supplied only by the generated aspirator action.

ガスボンベから供給されるガス流量の調整は、例えばボンベにレギュレータやガスノズルを接続し、レギュレータの設定圧力やガスノズルの内径を適宜設定することにより行うことが可能である。また、ガスボンベから気体を供給する場合、ガスボンベに取り付けたレギュレータを駆動させるための高圧水(第二のノズルから噴出する液体、すなわち液体供給路に導入される液体と同じ液体)によって駆動するピストンを備えていることが、高圧水の圧力操作のみにより高圧水の供給とガスの供給を同時に開始および停止できる観点から好ましい。   The flow rate of the gas supplied from the gas cylinder can be adjusted, for example, by connecting a regulator or a gas nozzle to the cylinder and appropriately setting the set pressure of the regulator and the inner diameter of the gas nozzle. Also, when supplying gas from a gas cylinder, a piston driven by high-pressure water (the liquid ejected from the second nozzle, that is, the same liquid introduced into the liquid supply path) for driving a regulator attached to the gas cylinder is used. It is preferable from the viewpoint that the supply of high-pressure water and the supply of gas can be started and stopped simultaneously only by the pressure operation of high-pressure water.

また、鋼管16の長手方向における穿孔用ジェットノズル20の位置については、図3に示すような吊り下げ用の高圧ホース13などのノズル本体挿入手段によって設定することができる。   Further, the position of the piercing jet nozzle 20 in the longitudinal direction of the steel pipe 16 can be set by nozzle body insertion means such as a high-pressure hose 13 for suspension as shown in FIG.

本発明の穿孔用のノズルシステムあるいは装置は、上記の坑井のケーシングを構成する鋼管内壁への穿孔処理に限定されず、液体ジェットノズルの固定手段の構成を適宜変更することで、各種タンクや液体が貯溜されている箇所、湖水や河川、あるいは海中に設置された施設や装置などにおいて、水などの液体中からの被処理物への穿孔処理に好適に利用できる。その際、研磨材を含む噴流の噴射方向は、目的とする穿孔処理を可能とする方向に適宜設定することができる。 The nozzle system or apparatus for drilling according to the present invention is not limited to the drilling process on the inner wall of the steel pipe constituting the casing of the well, and various tanks or the like can be obtained by appropriately changing the configuration of the fixing means of the liquid jet nozzle. It can be suitably used for perforating a workpiece from a liquid such as water in a place where the liquid is stored, in a lake or river, or in a facility or apparatus installed in the sea. At that time, the jet direction of the jet containing the abrasive can be appropriately set in a direction that enables the target perforation process.

本発明は、深い坑井内など、高圧の液体環境下において穿孔するに好適である。キャビテーション係数が0.05以上になるとキャビテーションによるアブレシブウォータージェット穿孔性能の向上効果があまり認められなくなり、0.1以上になるとキャビテーションが殆ど発生しなくなって上記向上効果が期待できなくなる。本発明によれば、このような場合であっても良好に穿孔を行えるので、キャビテーション係数が0.05以上、さらには0.1以上において本発明の効果が特に顕著である。例えば、第二のノズルからの高圧水吐出圧が40MPaGの場合、1.8MPaG以上の環境圧力下において本発明の効果が顕著であり、さらに3.5MPaG以上の環境圧力下において特に顕著であることになる。   The present invention is suitable for drilling in a high-pressure liquid environment such as in a deep well. When the cavitation coefficient is 0.05 or more, the improvement effect of the abrasive water jet perforation performance due to cavitation is not recognized so much. When the cavitation coefficient is 0.1 or more, cavitation hardly occurs and the improvement effect cannot be expected. According to the present invention, since the perforation can be performed well even in such a case, the effect of the present invention is particularly remarkable when the cavitation coefficient is 0.05 or more, further 0.1 or more. For example, when the high-pressure water discharge pressure from the second nozzle is 40 MPaG, the effect of the present invention is remarkable under an environmental pressure of 1.8 MPaG or more, and particularly remarkable under an environmental pressure of 3.5 MPaG or more. become.

なお、キャビテーション係数は次式で定義される。式中、飽和蒸気圧は環境液体の飽和蒸気圧、ジェット吐出圧力は穿孔用ジェットノズルの第二のノズルから吐出される液流の圧力である。また式中の各圧力は絶対圧とする。   The cavitation coefficient is defined by the following equation. In the equation, the saturated vapor pressure is the saturated vapor pressure of the environmental liquid, and the jet discharge pressure is the pressure of the liquid flow discharged from the second nozzle of the piercing jet nozzle. Each pressure in the formula is an absolute pressure.

Figure 0004968659
Figure 0004968659

本発明の穿孔用ジェットノズルはシンプルかつコンパクト化可能な構造を有し、例えば、23/8TBG(内直径51.8mmの鋼管)の内部からの穿孔を行うことが可能である。 The jet nozzle for drilling of the present invention has a simple and compact structure, and can drill from the inside of, for example, 2 3/8 TBG (inner diameter 51.8 mm steel pipe).

以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited by this.

〔実施例1〕
図4及び図5に概要を示す装置を用いて本発明にかかる液体ジェットノズルの機能について確認した。
[Example 1]
The function of the liquid jet nozzle according to the present invention was confirmed using the apparatus schematically shown in FIGS.

図4に示す実験装置は、貯水タンク、高圧水ポンプ、圧力調整バルブ、流量切り替えバルブ、耐圧設計の穿孔試験用圧力容器、耐圧設計のサイクロン式沈殿槽、環境圧力調整バルブおよび穿孔試験用圧力容器内の穿孔用ノズルシステム(図4では不図示)を有する。なお、穿孔試験用圧力容器内から排出された研磨材を含む水は、耐圧設計のサイクロン式沈殿槽に回収して研磨材を取り除いてから環境圧力調整バルブを通過させて装置外へ排出した。このサイクロン式沈殿槽の設置により、環境圧力調整バルブの損傷を防止した。作動液体(第二のノズルから噴射する液体)および環境液体としては水道水を用いた。   The experimental apparatus shown in FIG. 4 includes a water storage tank, a high-pressure water pump, a pressure control valve, a flow rate switching valve, a pressure-resistant design piercing test pressure vessel, a pressure-resistant design cyclone settling tank, an environmental pressure adjustment valve, and a piercing test pressure vessel. And a drilling nozzle system (not shown in FIG. 4). The water containing the abrasive discharged from the pressure vessel for the piercing test was collected in a cyclone type sedimentation tank having a pressure-resistant design, and after removing the abrasive, it was discharged outside the apparatus through an environmental pressure adjusting valve. By installing this cyclone type precipitation tank, damage to the environmental pressure control valve was prevented. Tap water was used as the working liquid (liquid ejected from the second nozzle) and the environmental liquid.

図5に使用した穿孔用ノズルシステムの概要を示す。研磨材は穿孔用ジェットノズル20上方に取り付けた研磨材タンク11より供給する。研磨材供給をスムーズに行う観点から、研磨材タンクは上部を開放し、タンク内に環境水が流入可能な構造とした。研磨材の流量調節は研磨材流路101に設けたゴムワッシャー31を用いて行った。ウォータージェットを噴射していない際に、研磨材が自然流下することを防止するために、混合室3の下方において研磨材供給路6にU字管部を設けた。研磨材はウォータージェット噴射によるアスピレーター作用により吸引されて供給され、ウォータージェットの噴射を停止すると研磨材の供給は停止した。   FIG. 5 shows an outline of the drilling nozzle system used. The abrasive is supplied from an abrasive tank 11 mounted above the perforating jet nozzle 20. From the viewpoint of smoothly supplying the abrasive material, the upper part of the abrasive material tank is opened so that environmental water can flow into the tank. The flow rate of the abrasive was adjusted using a rubber washer 31 provided in the abrasive channel 101. In order to prevent the abrasive from flowing down naturally when the water jet is not sprayed, a U-shaped tube portion is provided in the abrasive supply path 6 below the mixing chamber 3. The abrasive was sucked and supplied by the aspirator action by water jet injection, and when the water jet injection was stopped, the supply of the abrasive was stopped.

気体としては窒素ガスを用い、高圧水経路上のアダプタ41に取り付けたガスボンベ52より供給した。アダプタ41はライン102からの高圧水をライン103とライン104に二分岐させる。ライン103は穿孔用ジェットノズル20へ接続されており、ライン104はピストン54へ接続されている。ガスボンベ52及びレギュレータ53は環境圧力が加わらないように耐圧設計の圧力容器51内に格納した。ライン104から高圧水を供給するとレギュレータ上方のピストン54が押し込まれてレギュレータのスイッチが入りガスがガスノズル55を通過してライン105に供給される。高圧水の供給が停止するとばねによりピストンが戻されガスの供給が停止される。ガス流量の調整は例えば、内径が0.6mm〜1.0mmの黄銅製ガスノズル55を適宜交換して用いることにより行うことが可能である。   Nitrogen gas was used as the gas and was supplied from a gas cylinder 52 attached to the adapter 41 on the high-pressure water path. The adapter 41 splits the high-pressure water from the line 102 into the line 103 and the line 104. Line 103 is connected to jet nozzle 20 for drilling, and line 104 is connected to piston 54. The gas cylinder 52 and the regulator 53 were stored in a pressure vessel 51 designed to withstand pressure so as not to apply environmental pressure. When high-pressure water is supplied from the line 104, the piston 54 above the regulator is pushed in, the regulator is switched on, and the gas passes through the gas nozzle 55 and is supplied to the line 105. When the supply of high-pressure water stops, the piston is returned by the spring and the supply of gas is stopped. The gas flow rate can be adjusted, for example, by appropriately replacing and using a brass gas nozzle 55 having an inner diameter of 0.6 mm to 1.0 mm.

研磨材としては、#36〜80のガーネット粉末を利用し、この場合の水とガーネット粉末との混合割合は、ゴムワッシャーの貫通孔の径を選ぶこと(内径2.5mm〜4.2mm)により調整した。   As the abrasive, garnet powder of # 36 to 80 is used, and the mixing ratio of water and garnet powder in this case is selected by selecting the diameter of the through hole of the rubber washer (inner diameter 2.5 mm to 4.2 mm). It was adjusted.

穿孔用ジェットノズルとしては図1に示した構造のものを用いた。研磨材供給路6および気体供給路8は、第二のノズル流路2bからの液体の噴射方向(第二のノズル流路の中心軸方向)に対して垂直な方向で混合室3に接続される。研磨材供給路の混合室への開口位置は、気体供給路の開口よりも上流側へ配した。ゴムワッシャーとしては(株)ケイヒン製のワッシャー式定流量弁(商品名:RSSP−10)用のパーツを用いた。   A perforated jet nozzle having the structure shown in FIG. 1 was used. The abrasive supply path 6 and the gas supply path 8 are connected to the mixing chamber 3 in a direction perpendicular to the liquid ejection direction from the second nozzle flow path 2b (the central axis direction of the second nozzle flow path). The The opening position of the abrasive supply path to the mixing chamber was arranged upstream of the opening of the gas supply path. As a rubber washer, parts for a washer type constant flow valve (trade name: RSSP-10) manufactured by Keihin Corporation were used.

その他の穿孔試験条件は次のとおりとした。
第一のノズルは、長手方向に均一な内径の流路1aをもつストレートノズルである。
第一のノズル流路開口の直径d1:3mm、
第一のノズル流路の長さL1:12mm。
第二のノズルは、内径が混合室方向に減少するテーパー状流路の先に直管部を有する形状の流路2aを持つ円錐型ストレートノズルである。
第二のノズル流路開口の直径d2:1mm、
第二のノズル2の直管部長さL3:4mm(開口2b直径の4倍)、
第二のノズルのテーパー部分の長さL4:11mm(開口d2の11倍)、
第二のノズルのテーパー部分の角度θ:14°、
第一のノズル流路の直径と第二のノズル流路の直径の比率(d1/d2):3倍、
スタンドオフディスタンス(第一のノズル流路開口から被処理物までの距離):5mm、
第1のノズルと第二のノズルとの距離L2:5mm、
第二のノズルからの吐出圧力:40MPaG、
環境圧力:2.87MPaG、3.55MPaG、4.19MPaG、5.13MPaGの4ケース(それぞれキャビテーション係数:0.08、0.10、0.12、0.15に相当)、
第一のノズルからの噴射圧力:第二のノズルの吐出圧力−環境圧力、
研磨材流量:約0.6〜1.0kg/min、
噴射時間:1min、
被処理物:呼び径2−3/8"TBG(内直径51.8mm)油井用鋼管(API J55)、肉厚約4.15mmの鋼管を円筒形に切断したもの、
ノズル本体の材質:SUS304、
第二のノズルの材質:SUS440C焼入れ((株)トーカロイ製)、
第一のノズルの材質:タングステンカーバイド((株)トーカロイ製、SS15)、
ガスボンベ:(日本炭酸瓦斯(株)、ミニガスカートリッジ、窒素、充填量14.2NL、充填圧力19MPaG)、
レギュレータ:(日本炭酸瓦斯(株)、フリーザー、減圧機構なし、放出流量7NL/min(φ0.5ノズル、一次圧6MPaG時))、
ガス流量:約14.2NL/min、
高圧水流量:約13L/min、
ここでNLは0℃、0.101MPaにおけるリットルを意味する。
Other drilling test conditions were as follows.
The first nozzle is a straight nozzle having a flow path 1a having a uniform inner diameter in the longitudinal direction.
First nozzle channel opening diameter d1: 3 mm,
First nozzle channel length L1: 12 mm.
The second nozzle is a conical straight nozzle having a flow path 2a having a straight pipe portion at the tip of a tapered flow path whose inner diameter decreases in the direction of the mixing chamber.
Second nozzle channel opening diameter d2: 1 mm,
Straight pipe portion length L3 of the second nozzle 2: 4 mm (four times the diameter of the opening 2b),
The length L4 of the tapered portion of the second nozzle: 11 mm (11 times the opening d2),
The angle θ of the tapered portion of the second nozzle: 14 °,
Ratio of the diameter of the first nozzle channel and the diameter of the second nozzle channel (d1 / d2): 3 times,
Stand-off distance (distance from the first nozzle channel opening to the object to be processed): 5 mm,
Distance L2 between the first nozzle and the second nozzle: 5 mm,
Discharge pressure from the second nozzle: 40 MPaG,
Environmental pressure: 4 cases of 2.87 MPaG, 3.55 MPaG, 4.19 MPaG, 5.13 MPaG (corresponding to cavitation coefficients: 0.08, 0.10, 0.12, 0.15, respectively)
Injection pressure from the first nozzle: discharge pressure of the second nozzle−environment pressure,
Abrasive flow rate: about 0.6 to 1.0 kg / min,
Injection time: 1 min
Workpiece: Nominal diameter 2-3 / 8 "TBG (inner diameter 51.8 mm) oil well steel pipe (API J55), a steel pipe having a wall thickness of about 4.15 mm cut into a cylindrical shape,
Nozzle body material: SUS304,
Material of the second nozzle: SUS440C quenching (manufactured by Tokaloy Co., Ltd.),
Material of the first nozzle: Tungsten carbide (made by Tokaloy, SS15),
Gas cylinder: (Nippon Carbon Gas Co., Ltd., mini gas cartridge, nitrogen, filling amount 14.2 NL, filling pressure 19 MPaG),
Regulator: (Nippon Carbon Gas Co., Ltd., freezer, no pressure reducing mechanism, discharge flow rate 7NL / min (φ0.5 nozzle, primary pressure 6 MPaG)),
Gas flow rate: about 14.2 NL / min,
High pressure water flow rate: about 13 L / min,
Here, NL means liters at 0 ° C. and 0.101 MPa.

なお、ノズルシステムは穿孔試験用圧力容器の上蓋にネジ止めし、吊り下げた。ノズルシステムの穿孔用ジェットノズルに試料ホールダを6本のボルトで固定し、試料ホールダに6本のボルトにより試料を固定した。研磨材はタンクに水浸状態で入れられている。   The nozzle system was screwed to the top lid of the pressure vessel for drilling test and suspended. A sample holder was fixed to the jet nozzle for drilling of the nozzle system with six bolts, and the sample was fixed to the sample holder with six bolts. The abrasive is placed in the tank in a water-immersed state.

図6に、試験結果を示す。図中の実線はガス吹込みがない場合(気体の供給を強制的に停止)、破線はガス吹込みがある場合であり、それぞれの場合について研磨材1kg当たりの切削深さを示している。   FIG. 6 shows the test results. The solid line in the figure shows the case where there is no gas blowing (gas supply is forcibly stopped), and the broken line shows the case where there is gas blowing, and the cutting depth per kg of the abrasive is shown in each case.

いずれの環境圧力においても、ガス吹込みがある場合の方がガス吹込みがない場合に比べて大きく、また、その差は環境圧力が大きくなるほど大きくなった。   At any environmental pressure, the case where there was gas blowing was larger than the case where there was no gas blowing, and the difference became larger as the environmental pressure increased.

図の上軸に各データ点に対応するキャビテーション係数の値を示した。水中ウォータージェットでは、おおよそキャビテーション係数が0.1以上になるとキャビテーションがほとんど発生しなくなる。従って、本発明によれば、特にキャビテーションがほとんど発生しない条件下において、気体を伴わない水中アブレシブウォータージェットに比べ、優れた穿孔を行うことができることがわかる。   The upper axis of the figure shows the value of the cavitation coefficient corresponding to each data point. In an underwater water jet, cavitation hardly occurs when the cavitation coefficient is about 0.1 or more. Therefore, according to the present invention, it can be seen that excellent perforation can be performed as compared with an underwater abrasive water jet that does not involve gas, particularly under conditions where cavitation hardly occurs.

本発明の穿孔方法及びそれに用いる穿孔用ジェットノズル、穿孔用ノズルシステムおよび穿孔装置は、例えば、天然ガスを含む地下かん水、石油、ガス、地下水、温泉などの液体を土壌中から汲み上げるための坑井のケーシングを構成する鋼管などの穿孔処理に好適に利用できる。   The drilling method of the present invention and the jet nozzle for drilling, the nozzle system for drilling and the drilling apparatus used therein are, for example, wells for pumping liquids such as underground brine containing natural gas, oil, gas, groundwater, hot springs, etc. from the soil. It can utilize suitably for the drilling process of the steel pipe etc. which comprise this casing.

穿孔用ジェットノズルの一例を示す図であり、(a)は斜視図、(b)はA−A'断面図、(c)はB−B'断面図である。It is a figure which shows an example of the jet nozzle for a puncture, (a) is a perspective view, (b) is AA 'sectional drawing, (c) is BB' sectional drawing. 図1(c)の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG.1 (c). 鋼管を穿孔するための穿孔用ノズルシステムおよび穿孔装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the nozzle system for a piercing | piercing for piercing | piercing a steel pipe, and a piercing device. 実施例で用いた実験装置の概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the experimental apparatus used in the Example. 実施例で用いた穿孔用ノズルシステムの概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the nozzle system for drilling used in the Example. 実施例の試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the test result of an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 第一のノズル
1a 第一のノズル流路
1b 第一のノズル流路の開口(噴出口)
2 第二のノズル
2a 第二のノズル流路
2b 第二のノズル流路の開口(噴出口)
3 混合室
4 液体供給路
5 液体導入口
6 研磨材供給路
7 研磨材導入
8 気体供給路
9 気体導入口
10 ノズル本体
11 研磨材タンク
12a、12b スタビライザー
13 高圧ホース
14 水槽
15 高圧ポンプ
16 鋼管
20 穿孔用ジェットノズル
21 穿孔用ノズルシステム
31 ゴムワッシャー
41 アダプター
51 ガスボンベ用圧力容器
52 ガスボンベ
53 レギュレータ
54 ピストン
55 ガスノズル
101 研磨材供給ライン
102、103、104 液体(高圧水)供給ライン
105 気体供給ライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st nozzle 1a 1st nozzle flow path 1b Opening (jet outlet) of 1st nozzle flow path
2 2nd nozzle 2a 2nd nozzle flow path 2b Opening (jet outlet) of 2nd nozzle flow path
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Mixing chamber 4 Liquid supply path 5 Liquid inlet 6 Abrasive material supply path 7 Abrasive material inlet 8 Gas supply path 9 Gas inlet 10 Nozzle body 11 Abrasive tank 12a, 12b Stabilizer 13 High pressure hose 14 Water tank 15 High pressure pump 16 Steel pipe 20 Piercing nozzle 21 Drilling nozzle system 31 Rubber washer 41 Adapter 51 Gas cylinder pressure vessel 52 Gas cylinder 53 Regulator 54 Piston 55 Gas nozzle 101 Abrasive supply line 102, 103, 104 Liquid (high pressure water) supply line 105 Gas supply line

Claims (13)

被処理物に研磨材を含む液流を当てて穿孔を行うための、液中で用いられる穿孔用ノズルシステムであって、
− 該研磨材を含む液流を噴射するための第一のノズル流路;
該第一のノズル流路に連通する混合室;
該混合室内に液体を噴射するための第二のノズル流路;
該第二のノズル流路に該液流のための液体を供給するための液体供給路;
該液体供給路に液体を導入するための液体導入口;
該混合室に研磨材を供給するための研磨材供給路;
該研磨材供給路に研磨材を導入するための研磨材導入口;
該混合室に気体を供給するための気体供給路;および、
該気体供給路に気体を導入するための気体導入口
を少なくとも有し、
該第二のノズル流路が、液体の噴射によって前記研磨材供給路からの研磨材の前記混合室内への供給と前記気体供給路からの気体の前記混合室内への供給を行うための混合室内の圧力低下を発生させるとともに、前記第一のノズル流路から研磨材を含む液体を気体とともに噴射し得る位置に配置された穿孔用ジェットノズル、
− 該穿孔用ジェットノズルに供給される研磨材を貯溜する研磨材タンク、
− 該研磨材タンクから前記研磨材導入口へ研磨材を送る研磨材流路、
− 該穿孔用ジェットノズルを固定するための固定手段、および、
− 前記気体を貯溜するガスボンベ
を有する穿孔用ノズルシステム。
A drilling nozzle system used in a liquid for drilling by applying a liquid flow containing an abrasive to a workpiece,
A first nozzle channel for injecting a liquid stream containing the abrasive;
A mixing chamber communicating with the first nozzle channel;
A second nozzle channel for injecting liquid into the mixing chamber;
A liquid supply path for supplying a liquid for the liquid flow to the second nozzle flow path;
A liquid inlet for introducing liquid into the liquid supply path;
An abrasive supply path for supplying an abrasive to the mixing chamber;
An abrasive inlet for introducing the abrasive into the abrasive supply path;
A gas supply path for supplying gas to the mixing chamber; and
Having at least a gas inlet for introducing gas into the gas supply path;
The second nozzle flow path is a mixing chamber for supplying the abrasive from the abrasive supply path into the mixing chamber and supplying the gas from the gas supply path into the mixing chamber by jetting liquid. And a perforating jet nozzle disposed at a position where a liquid containing an abrasive can be ejected together with gas from the first nozzle flow path,
An abrasive tank for storing the abrasive supplied to the perforating jet nozzle;
An abrasive flow path for sending abrasive from the abrasive tank to the abrasive inlet;
-Fixing means for fixing the perforating jet nozzle; and
A drilling nozzle system having a gas cylinder for storing the gas.
前記ガスボンベには、該ガスボンベに気体を供給するための配管が接続されていない請求項1記載の穿孔用ノズルシステム。The drilling nozzle system according to claim 1, wherein a pipe for supplying gas to the gas cylinder is not connected to the gas cylinder. 前記研磨材供給路が、研磨材導入口から供給された研磨材の流れ方向を下方から上方に変更可能なU字状部を有する請求項1または2記載の穿孔用ノズルシステム。 3. The drilling nozzle system according to claim 1, wherein the abrasive supply path has a U-shaped portion capable of changing the flow direction of the abrasive supplied from the abrasive introduction port from below to above. 前記気体供給路の混合室への開口位置が、前記研磨材供給路の混合室への開口位置より、液体の流れ方向について下流に配された請求項1〜3の何れか一項記載の穿孔用ノズルシステム。 The perforation according to any one of claims 1 to 3 , wherein the opening position of the gas supply path to the mixing chamber is arranged downstream of the opening position of the abrasive supply path to the mixing chamber in the liquid flow direction. Nozzle system. 前記研磨材供給路が、前記混合室への研磨材の供給方向と前記第二のノズル流路からの液体噴射方向とが鋭角もしくは垂直をなすよう該混合室に接続され、
前記気体供給路が、該混合室への気体の供給方向と前記第二のノズル流路からの液体噴射方向とが鋭角もしくは垂直をなすよう該混合室に接続された
請求項1〜の何れか一項記載の穿孔用ノズルシステム。
The abrasive supply path is connected to the mixing chamber so that the supply direction of the abrasive to the mixing chamber and the liquid jet direction from the second nozzle channel form an acute angle or perpendicular to each other,
Said gas supply path, any claim 1-4 in which the liquid jetting direction from the second nozzle flow passage and the supply direction of gas into the mixing chamber is connected to the mixing chamber so as to form an acute angle or vertical A nozzle system for drilling according to claim 1.
キャビテーション係数が0.05以上の環境において穿孔可能な請求項1〜の何れか一項記載の穿孔用ノズルシステム。 The drilling nozzle system according to any one of claims 1 to 5 , wherein drilling is possible in an environment having a cavitation coefficient of 0.05 or more. 前記研磨材流路に、研磨材流量を調節するためのゴム製の絞りを備える請求項1〜の何れか一項記載の穿孔用ノズルシステム。 The drilling nozzle system according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a rubber throttle for adjusting a flow rate of the abrasive material in the abrasive material channel. 前記研磨材タンクが、環境液体が流入可能な、環境と連通する開口を有する請求項1〜の何れか一項記載の穿孔用ノズルシステム。 The drilling nozzle system according to any one of claims 1 to 7 , wherein the abrasive tank has an opening communicating with the environment through which an environmental liquid can flow. 前記ガスボンベがレギュレータを備え、
該レギュレータが、前記液体供給路に導入される液体と同じ液体によって駆動されるピストンによって駆動される請求項1〜の何れか一項記載の穿孔用ノズルシステム。
The gas cylinder includes a regulator;
The drilling nozzle system according to any one of claims 1 to 8 , wherein the regulator is driven by a piston that is driven by the same liquid as the liquid introduced into the liquid supply path.
液中で被処理物に研磨材を含む液流を当てて穿孔を行うための穿孔装置であって、
− 該研磨材を含む液流を噴射するための第一のノズル流路;
該第一のノズル流路に連通する混合室;
該混合室内に液体を噴射するための第二のノズル流路;
該第二のノズル流路に該液流のための液体を供給するための液体供給路;
該液体供給路に液体を導入するための液体導入口;
該混合室に研磨材を供給するための研磨材供給路;
該研磨材供給路に研磨材を導入するための研磨材導入口;
該混合室に気体を供給するための気体供給路;および、
該気体供給路に気体を導入するための気体導入口
を少なくとも有し、
該第二のノズル流路が、液体の噴射によって前記研磨材供給路からの研磨材の前記混合室内への供給と前記気体供給路からの気体の前記混合室内への供給を行うための混合室内の圧力低下を発生させるとともに、前記第一のノズル流路から研磨材を含む液体を気体とともに噴射し得る位置に配置された穿孔用ジェットノズル、
− 該穿孔用ジェットノズルを固定する固定手段、
− 該穿孔用ジェットノズルに研磨材を供給する研磨材供給手段、
− 該穿孔用ジェットノズルに該液流のための液体を供給する液体供給手段、および、
− 該穿孔用ジェットノズルに前記気体を供給する気体供給手段
を有し、
前記研磨材供給手段が、前記穿孔用ジェットノズルと一体化、または穿孔用ジェットノズルに近接して設けられた研磨材タンクを有し、
前記気体供給手段が、前記穿孔用ジェットノズルと一体化、または穿孔用ジェットノズルに近接して設けられたガスボンベを有する、
穿孔装置。
A perforating apparatus for perforating by applying a liquid flow containing an abrasive to a workpiece in a liquid,
A first nozzle channel for injecting a liquid stream containing the abrasive;
A mixing chamber communicating with the first nozzle channel;
A second nozzle channel for injecting liquid into the mixing chamber;
A liquid supply path for supplying a liquid for the liquid flow to the second nozzle flow path;
A liquid inlet for introducing liquid into the liquid supply path;
An abrasive supply path for supplying an abrasive to the mixing chamber;
An abrasive inlet for introducing the abrasive into the abrasive supply path;
A gas supply path for supplying gas to the mixing chamber; and
Having at least a gas inlet for introducing gas into the gas supply path;
The second nozzle flow path is a mixing chamber for supplying the abrasive from the abrasive supply path into the mixing chamber and supplying the gas from the gas supply path into the mixing chamber by jetting liquid. And a perforating jet nozzle disposed at a position where a liquid containing an abrasive can be ejected together with gas from the first nozzle flow path,
A fixing means for fixing the jet nozzle for drilling;
An abrasive supply means for supplying an abrasive to the perforating jet nozzle;
A liquid supply means for supplying a liquid for the liquid flow to the perforating jet nozzle; and
-Gas supply means for supplying the gas to the piercing jet nozzle;
The abrasive material supply means has an abrasive material tank integrated with the perforating jet nozzle or provided close to the perforating jet nozzle,
The gas supply means has a gas cylinder that is integrated with the piercing jet nozzle or provided close to the piercing jet nozzle.
Drilling device.
前記ガスボンベには、該ガスボンベに気体を供給するための配管が接続されていない請求項10記載の穿孔装置。The perforating apparatus according to claim 10, wherein a pipe for supplying gas to the gas cylinder is not connected to the gas cylinder. 前記被処理物が坑井のケーシングを構成する鋼管である請求項10または11記載の穿孔装置。 The drilling device according to claim 10 or 11, wherein the workpiece is a steel pipe constituting a casing of a well. 請求項1〜の何れか一項記載の穿孔用ノズルシステムを用いて、液中で被処理物に研磨材を含む液流を当てて穿孔を行う穿孔方法であって、
混合室内に液体を噴射して混合室内の圧力を低下させることにより該混合室内に研磨材および気体を吸引し、気体を伴いかつ研磨材を含む液流を一つのノズル開口から噴射して穿孔する工程を有し、
前記ノズル開口が、前記穿孔用ノズルシステムの第一のノズル流路の開口である
穿孔方法。
A drilling method for performing drilling by applying a liquid flow containing an abrasive to a workpiece in liquid using the drilling nozzle system according to any one of claims 1 to 9 ,
By injecting liquid into the mixing chamber and lowering the pressure in the mixing chamber, the abrasive and the gas are sucked into the mixing chamber, and a liquid flow accompanied with the gas and containing the abrasive is injected from one nozzle opening to perforate. Having a process,
The drilling method, wherein the nozzle opening is an opening of a first nozzle channel of the drilling nozzle system.
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