[發明專利]一種脈沖空化多孔射流噴嘴

有效

• 申請號: 201110360332.7
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102434102A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 李根生;黃中偉;馬東軍;牛繼磊;史懷忠;宋先知
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18;B05B1/34
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 董惠石

技術領域

本發明涉及到一種噴嘴，尤其是一種能夠形成脈沖射流和空化射流耦合而成的脈沖空化多孔射流噴嘴。本發明的噴嘴特別適用于進行巖石的破碎。

背景技術

在我們的生產、生活中，很多情況下都需要在地層中進行鉆孔。比如鋪設光纖電纜、運輸管線和鉆煤礦中的通風孔道及鉆油井或氣井的泄油氣孔道。應用高壓水射流在油井的儲層進行側向鉆進，進而增加油氣泄流面積的方法已經得到了廣泛的應用和研究。目前應用比較普遍的射流形式主要包括連續直射流、脈沖射流、旋轉射流和空化射流。

連續直射流，以沖擊破壞方式對巖石進行破碎，即當射流的沖擊力大于巖石的抗壓強度時，巖石發生破碎，采用連續射流進行鉆孔易產生水墊。

脈沖射流，以不連續能量的方式作用于巖石，不易產生水墊效應，在某一時刻射流打擊力可達到最大值，此時巖石受力最大，造成瞬間破壞，另一時刻射流打擊力變為最小值，在巖石沒有破壞前，打擊力由大到小，后由小到大，周期性變化，一直到巖石破壞為止。

旋轉射流，以剪切破壞方式對巖石進行破碎，即當剪切應力大于巖石的抗剪強度時，巖石發生破碎。而同一種巖石的抗剪強度常為其抗壓強度的1/8-1/15。

空化射流，是利用水射流流束內空泡破裂所產生的強大沖擊力來增強射流沖蝕能力的方式對巖石進行破碎。空泡破碎產生的沖擊力一般為非空化射流沖擊壓力的8.6～124倍；并且空泡破裂時產生的能量高度集中，并局限在許多非常小的面積上，從而在物體表面許多局部區域產生極高的沖擊壓力和應力集中，使巖石表面迅速破壞，所以更容易破碎巖石。

此外，目前常見的應用于地層中鉆孔的噴嘴裝置有多孔噴嘴，旋轉射流噴嘴和直旋混合射流(旋轉雙射流)噴嘴。

多孔噴嘴，即改變單孔噴嘴為多孔噴嘴，通過其產生的多股射流來增加沖蝕面積，但是該方法破巖方式為沖擊破碎，所以射流能量利用效率較低。

旋轉射流噴嘴，其噴射出的旋轉射流可以降低破巖門限壓力形成較大直徑的孔眼，但是其破巖深度較小，并且會在巖石底部形成錐形凸起，影響破巖效果。

直旋混合射流(旋轉雙射流)噴嘴，其噴射出的旋轉雙射流可以形成較大的孔眼直徑和深度，但是在存在圍壓的條件下，直旋混合射流能量衰減迅速，破巖效果較差；同時由于其噴嘴內部結構復雜，壓力損失較大。且旋轉雙射流噴嘴內部葉輪固定不轉動，依靠葉輪流道強制流體旋轉，產生旋流效應。

有鑒于上述公知技術存在的缺陷，本發明人根據多年從事巖石破碎方面的實踐和噴嘴研發的經驗，研制出本發明的脈沖空化多股射流噴嘴，以克服上述公知技術存在的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種脈沖空化多孔射流噴嘴，尤其是一種可以克服現有技術存在的缺陷，高效利用射流能量破碎巖石，而形成孔深較深和孔徑較大的脈沖空化多孔射流破碎巖石的噴嘴。

為此，本發明提出一種脈沖空化多孔射流噴嘴，其包括：噴嘴本體，其形成一端為開口端、另一端為噴射端的中空柱狀體，所述開口端用于連接流體管道，所述噴射端上設有多個噴射口；在所述噴射端的中心位置設有中心噴射口，環繞所述中心噴射口設有多個側向噴射口；在噴嘴本體內設置一能轉動的葉輪，進入所述噴嘴的一部分流體穿過所述葉輪中心、所述中心噴射口形成連續直射流，另一部分流體沖擊所述葉輪的葉片，使所述葉輪旋轉，對位于所述中心噴射口外周的所述側向噴射口入口的流場產生有規律的擾動，形成脈沖射流并產生空泡，形成空化射流，該空化射流與脈沖射流相耦合形成脈沖空化射流由所述側向噴射口噴出。

本發明的脈沖空化多孔射流噴嘴與現有技術相比具備的優點和特點是：