[發(fā)明專利]自進(jìn)式鉆孔方法及脈沖空化旋轉(zhuǎn)射流噴嘴

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110167983.4
• 申請(qǐng)日: 2011-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102345441A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李根生;黃中偉;牛繼磊;馬東軍;田守嶒;史懷忠;宋先知
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)(北京)
• 主分類號(hào): E21B7/18
• 分類號(hào): E21B7/18
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 董惠石

1.一種自進(jìn)式鉆孔方法，其特征在于，所述自進(jìn)式鉆孔方法由脈沖射流法、空化射流法和旋轉(zhuǎn)射流法耦合形成；其中，在噴嘴內(nèi)設(shè)置的葉輪體在流體的沖擊下能夠旋轉(zhuǎn)，所述葉輪體旋轉(zhuǎn)時(shí)能封閉一部分設(shè)置在噴嘴頭部的正向噴射口和設(shè)置在噴嘴上與所述正向噴射口方向相反的反向噴射口，流體從另一部分正向噴射口和反向噴射口噴出形成射流，在所述葉輪體的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中交替封閉一部分所述正向噴射口和反向噴射口而產(chǎn)生所述脈沖射流；通過(guò)所述葉輪體的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)進(jìn)入所述噴嘴內(nèi)的流體旋轉(zhuǎn)，當(dāng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的所述流體從所述正向噴射口射出時(shí)則產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流；且所述葉輪體的旋轉(zhuǎn)能使噴嘴內(nèi)中心壓力降低而形成空化射流；利用自反向噴射口噴出的反向射流產(chǎn)生的牽引力形成噴嘴的自進(jìn)力，并且擴(kuò)孔、修整孔道壁面。

2.如權(quán)利要求1所述的自進(jìn)式鉆孔方法，其特征在于，在所述葉輪體上設(shè)置自流體入口至流體出口漸縮的槽道，所述流體流經(jīng)所述槽道時(shí)，過(guò)流面積的逐漸減小使所述流體的流速加快，使射流中心的壓力進(jìn)一步降低產(chǎn)生空化，以加強(qiáng)所述空化射流的強(qiáng)度。

3.如權(quán)利要求1或2所述的自進(jìn)式鉆孔方法，其特征在于，所述葉輪體為偏心結(jié)構(gòu)，在所述葉輪體旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)對(duì)噴嘴產(chǎn)生徑向振動(dòng)，該偏心結(jié)構(gòu)的所述葉輪體的振動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)減摩，能增加所述噴嘴在水平地層的鉆進(jìn)長(zhǎng)度。

4.一種脈沖空化旋轉(zhuǎn)射流噴嘴，其特征在于，所述噴嘴包括：

噴嘴本體，呈一端為開(kāi)口端的有底筒狀，在所述噴嘴本體的底部設(shè)有多個(gè)正向噴射口，從所述正向噴射口噴出的流體能破碎巖石，提供噴嘴前進(jìn)的通道；在所述噴嘴本體的側(cè)壁上設(shè)有多個(gè)流體出口方向與所述正向噴射口的流體出口方向相反的反向噴射口，所述反向噴射口能使所述噴嘴產(chǎn)生向前的牽引力，并能擴(kuò)大孔道和圓滑孔道壁面；

葉輪體，能轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述噴嘴本體內(nèi)，所述葉輪體靠近所述開(kāi)口端一側(cè)的外周設(shè)有多個(gè)傾斜的葉輪槽；在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，所述葉輪體能封閉設(shè)置在所述噴嘴本體上的一部分正向噴射口和一部分反向噴射口，而另一部分正向噴射口和反向噴射口能與所述葉輪槽相導(dǎo)通；

導(dǎo)流體，能拆卸地與所述噴嘴本體的開(kāi)口端固定連接，將所述葉輪體封閉在所述噴嘴本體內(nèi)；所述導(dǎo)流體的一端為與供液管相連接的進(jìn)液口，另一端設(shè)有一個(gè)以上與所述進(jìn)液口連通的導(dǎo)流孔，所述導(dǎo)流孔能與所述葉輪槽相連通。

5.如權(quán)利要求4所述的脈沖空化旋轉(zhuǎn)射流噴嘴，其特征在于，所述葉輪體靠近所述導(dǎo)流體的一端形成柱狀葉輪本體，在所述葉輪本體外周面上均布有多個(gè)所述葉輪槽；所述葉輪本體向遠(yuǎn)離所述導(dǎo)流體的一端延伸形成與所述噴嘴本體內(nèi)周壁及底部相配合、且能封閉一部分正向噴射口的封閉部；且所述葉輪體的封閉部呈一側(cè)開(kāi)放的偏心柱狀體，在葉輪體旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)所述封閉部能封堵所述噴嘴本體上設(shè)置的部分正向噴射口而產(chǎn)生脈沖射流，并帶動(dòng)周圍的流體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流，而所述葉輪體的旋轉(zhuǎn)能使局部壓力降低產(chǎn)生空化射流，借助于封閉部的偏心結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的噴嘴的徑向振動(dòng)，能減小噴嘴前進(jìn)的阻力。

6.如權(quán)利要求4所述的脈沖空化旋轉(zhuǎn)射流噴嘴，其特征在于，所述葉輪槽與所述噴嘴本體軸線之間形成15～45度的夾角；所述導(dǎo)流體上設(shè)有兩個(gè)傾斜的導(dǎo)流孔，兩所述導(dǎo)流孔的中心設(shè)置在同一圓周上，且沿切向向相反方向傾斜。

7.如權(quán)利要求6所述的脈沖空化旋轉(zhuǎn)射流噴嘴，其特征在于，所述導(dǎo)流孔與所述噴嘴本體軸線之間形成45～75度的夾角。

8.如權(quán)利要求7所述的脈沖空化旋轉(zhuǎn)射流噴嘴，其特征在于，所述葉輪槽和導(dǎo)流孔分別與所述噴嘴本體軸線之間形成15度、75度或30度、60度或45度、45度的夾角，以使流體經(jīng)所述導(dǎo)流孔后能垂直沖擊所述葉輪槽。

9.如權(quán)利要求4所述的脈沖空化旋轉(zhuǎn)射流噴嘴，其特征在于，所述噴嘴本體的底部均布3-9個(gè)所述正向噴射口；所述噴嘴本體的側(cè)壁上均布有3-12個(gè)反向噴射口。

10.如權(quán)利要求4所述的脈沖空化旋轉(zhuǎn)射流噴嘴，其特征在于，所述葉輪體與相對(duì)應(yīng)的所述噴嘴本體底部、導(dǎo)流體之間通過(guò)轉(zhuǎn)軸構(gòu)成樞軸連接；且所述葉輪體與所述導(dǎo)流體上分別對(duì)應(yīng)設(shè)有內(nèi)凹的第一容置部，所述葉輪體與所述噴嘴本體底部分別對(duì)應(yīng)設(shè)有內(nèi)凹的第二容置部，所述第一、第二容置部?jī)?nèi)分別同軸設(shè)有第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸。