文档介绍：钻井高效破岩技术
新型高效射流破岩钻井技术
高压射流破岩钻井技术
新型高效破岩方法
喷嘴是形成射流的最重要元件,也可以说喷嘴是一种水力能量转换器。随着水射流技术应用领域的不断扩展,喷嘴的研究与应用发展迅猛,由于射流是通过喷嘴产生的。因此,射流特性与喷嘴结构特性有着密切的关系。不同的喷嘴结构又产生不同的射流特性。随着高压水射流技术的深入发展和应用领域的拓展,研究者通过改变和控制水射流的内部结构和调节喷嘴的射流流量,研制了几种新型射流喷嘴。新型射流喷嘴的使用,大幅度地提高了喷嘴射流的冲击力和压力梯度,到达井底的有效水力功率成倍增加,提高了破岩效率。
1断续射流
断续射流与连续射流的不同之处在于射流是间断的射流。产生断续射流的方法也较多,可以设计出各种不同的装置来产生断续射流。有机械截断式和调制式多种。主要是采用调节流量方式的内置式断续射流喷嘴。该种喷嘴的结构是在连续射流喷嘴内安装一个可旋转圆盘,如图1所示。
图1 断续射流喷嘴结构原理图
当钻井液流经喷嘴时,圆盘必然绕自己的轴转动,那么喷嘴直径A随之作周期性变化,当圆盘处于垂直位置时面积最大,圆盘处于水平位置时面积最小,这样就形成了断续射流。实验结果表明,当喷嘴有效面积从100%减小到20%时,射流冲击压力提高2倍多,水功率提高3倍多,增加了井底压力梯度,改善了射流清除钻头下方岩屑的作用,同时具有辅助破岩作用,从而提高了破岩效率。
另外,产生断续射流的方法还有如下几种。
①机械阻流式
②活塞增压式
③激光束汽化式
④液电效应式
2 马蹄形喷嘴(或心形喷嘴)该喷嘴的入口一般为圆锥形,出口为马蹄形,如图2所示。
图2 马蹄形喷嘴出口构型形图
这种喷嘴主要用于牙轮钻头钻容易泥包钻头的地层,它的出口射流可分为两部分,一部分是主射流,另一部分为扩散射流。扩散射流主要是清洗牙轮牙齿,主射流参与辅助破岩,该喷嘴为不对称流道,对钻容易泥包钻头的地层具有良好的应用前景。其不足之处是加工难度大。
3 水力脉冲式钻井装置
水力脉冲的产生机理主要分为压力波调制和剪切波整流两大类。其中压力波调制是指淹没条件下使喷速瞬间发生变化,促使射流中产生压力波的激励过程,可产生频率相对固定的压力波,此压力波能够改变岩石的压力状态,从而有利于机械钻速的提高。压力波调制最简单有效的方法是采用机械阻断。利用机械阻断产生的水力脉冲射流提高机械钻速。