[發明專利]粒子沖擊鉆井噴嘴流道

在審

• 申請號: 201810140659.5
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108360976A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 龔昊東;李曉雷
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明涉及一種粒子沖擊鉆井噴嘴流道。本發明提供一種加速效果穩定、A區重合度好、避免噴嘴端面磨損的粒子沖擊鉆井噴嘴流道。該粒子沖擊鉆井噴嘴流道由收縮段和圓柱段構成，所述粒子沖擊鉆井噴嘴流道的所述收縮段的形狀關于所述粒子沖擊鉆井噴嘴流道的中心軸線對稱，針對所述粒子沖擊鉆井噴嘴流道的經過所述粒子沖擊鉆井噴嘴流道的中心軸線的截面，以所述粒子沖擊鉆井噴嘴流道的中心軸線為x軸，以所述粒子沖擊鉆井噴嘴流道的入口截面與上述截面的交線為y軸，以所述粒子沖擊鉆井噴嘴流道的入口中心為原點建立坐標系，設構成所述收縮段的上半部分的函數為f(x)，滿足0≤|f”(x)|<0.8。

技術領域

本發明涉及一種粒子沖擊鉆井噴嘴流道，具體而言，涉及一種加速效果穩定、A區重合度好、避免噴嘴端面磨損的粒子沖擊鉆井噴嘴流道。

背景技術

在我國，淺層的油氣資源已經開發殆盡，但是在深部硬地層中還存在著較多的油氣資源，然而就傳統的鉆井技術而言，普通的鉆井方法往往不能起到令人滿意的鉆進效果，其較低的破巖效率直接影響著鉆井工程的經濟效益，這種情況嚴重制約了深部油氣資源的開發。

粒子沖擊鉆井是一種新型的鉆井方法，它以粒子沖擊破巖為主以機械破巖為輔，其對堅硬巖層有很強的破碎能力。較傳統鉆進方法有更高的鉆進速度，能實現更好的經濟效益。

粒子沖擊鉆井技術是受射彈沖擊破巖思想的啟發而提出的，該技術在泥漿中加入一定比例的鋼粒子，通過鉆桿、水眼高速沖擊巖石達到破碎巖石的目的，是一種新型鉆井技術。

粒子破巖從本質上改變了常規鉆井單一的機械破巖的破巖機理。這種方式除了具備切削機械破巖的功能以外，還通過從水眼噴射高速的含粒子鉆井液進行沖擊破巖。沖擊破巖的具體過程是：局速的小鋼珠撞擊到巖石上，使巖石表面產生非常大的瞬時應力；此應力使巖石內部原有的微小初始裂紋擴展；一些裂紋進而發生破碎，還有一些裂紋在切削研磨切削后發生破碎。這種破巖方式大大地減少了單純機械破巖情況下所需要的能量，提高了巖石的體積破碎率，提高了井下動力鉆具的使用壽命并有效地提高了鉆井效率。

在國外，ProDrill Services Inc.(PSI)于2003年在落基山油田測試中心研制了粒子射流沖擊鉆井系統，2004年1月PIDT公司獲得此項創新技術的知識產權，并開展了研究。在國內，中國石油大學(華東)和中國石油天然氣集團公司等針對粒子沖擊鉆井提出了專利申請，謀求粒子沖擊鉆井領域的專利保護。

然而，針對粒子沖擊鉆井的噴嘴流道設計，國內外均未開展具有理論深度的研究。在專利文獻1(CN203362039U)中提出了一種粒子沖擊牙輪鉆頭用噴嘴，包括噴嘴本體，噴嘴本體包括噴嘴前段和噴嘴后段，噴嘴前段為錐形段，噴嘴后段為圓柱段，錐形段的小徑端連接圓柱段，錐形段與圓柱段之間的內壁連接處設置倒圓角。

在專利文獻2(CN202061732U)中提出了一種粒子沖擊鉆井實驗用噴嘴，其中，噴嘴由兩級收縮段和直柱段組成，其中一級收縮段錐角40°，長度10mm；二級收縮段錐角13°，長度7.81mm；直柱段直徑3mm，長度9.19mm。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：CN203362039U

專利文獻2：CN202061732U

發明內容

發明要解決的問題

在上述現有技術中，涉及的噴嘴僅為錐形段加圓柱段的噴嘴形狀(簡稱為錐直形)。盡管這樣的噴嘴形狀相對于傳統的圓柱形噴嘴和圓錐形噴嘴具有一定的優勢，然而錐直形噴嘴并未獲得噴嘴的最優效果，在加速效果穩定性方面、A區重合度方面、噴嘴端面磨損減輕方面均存在改進的余地。