【技术实现步骤摘要】
一种附壁自激脉冲射流装置、射孔装置和破岩装置
[0001]本专利技术涉及石油工程高效钻井及压裂增产领域，尤其涉及一种附壁自激脉冲射流装置、射孔装置和破岩装置。
技术介绍
[0002]高压水射流技术广泛应用于采矿、破岩、冶金、清洗和化工等各行业，其原理是利用高压柱塞泵和特殊设计的定位喷嘴产生高速水射流，从而达到清洗、切割和破碎等目的。自激脉冲射流是一种无需外加任何激励源，而在特定结构的装置中产生的脉冲射流，可以通过阻断、激励、挤压方式获得。自激脉冲射流合理用于井下作业可提升破岩、解堵和储层改造等作业效率，进而提高油气井单井产量。
[0003]当前国内外采用的能产生自激脉冲射流装置种类较多，如风琴管自振喷嘴、自吸式自激振荡脉冲射流装置、机械阻断式水力脉冲射流装置等。但是普遍存在脉冲振荡效果不明显、破岩效率低、稳定性差和寿命短等突出问题。此外，自吸式和机械阻断式射流装置借助外力或活动部件来形成脉冲射流，设备结构复杂，成本较高的同时不能长期使用。
[0004]本设计装置结构简单，内部无可动部件，通过流体的附壁效应和流向周期性变化，自发产生脉冲射流。可高效辅助破岩的同时为现场提供射流射孔储层改造手段的新思路。
技术实现思路
[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种附壁自激脉冲射流装置、射孔装置和破岩装置，能够产生较大的瞬时冲击能量的脉冲射流，结构及加工工艺简单，无活动部件，可长期使用，降低了设备制造及维护费用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：>[0007]一种附壁自激脉冲射流装置，包括：
[0008]上接头，所述上接头上形成有第一内流通道，所述第一内流通道贯通所述上接头的两端；
[0009]外筒，所述外筒与所述上接头的底部螺纹连接，所述外筒内形成有腔体，所述腔体的底部形成有第二内流通道，所述第二内流道与所述腔体以及第一内流道连通；
[0010]自激震荡芯子，所述自激震荡芯子安装在所述空腔内，所述自激震荡芯子内依次形成有射流入口、自激震荡腔、左反馈通道、右反馈通道和射流出口，所述第一内流通道、射流入口、射流出口与所述第二内流通道依次连通，所述左反馈通道和右反馈通道分别位于所述自激震荡腔的左右两侧，且顶端与所述射流入口连通，底端与所述射流出口连通，用于使所述射流出口产生周期脉冲射流。
[0011]进一步地，所述第一内流通道沿着流体流动的方向依次形成有扩径圆柱通道和等径圆柱通道，所述扩径圆柱通道的内径沿着流体流动的方向呈线性增加；
[0012]所述射流入口的顶端形成有缩径圆柱通道，所述缩径圆柱通道的内径沿着流体流动的方向逐渐减小，所述缩径圆柱通道的底端形成有缩口；
[0013]所述扩径圆柱通道、等径圆柱通道、缩径圆柱通道及缩口之间形成一个变径腔体。
[0014]进一步地，所述扩径圆柱通道的内壁与轴向角度范围为6
°
～11
°
；
[0015]所述缩径圆柱通道内壁与轴向角度范围为40
°
～45
°
。
[0016]进一步地，所述外筒内压设有密封圈，所述密封圈位于所述上接头与所述自激震荡芯子上表面之间，所述密封圈外径与内径的尺寸分别与上接头底部侧壁的外径与内径尺寸相同。
[0017]进一步地，所述自激震荡芯子包括芯子本体以及扣板，所述扣板为半圆柱体，所述芯子本体上形成有断面，所述扣板与所述断面配合连接形成为完成的圆柱体；
[0018]所述芯子本体的顶部形成有所述射流入口，所述断面上形成有一个矩形凹槽，所述矩形凹槽内形成有两个沿轴线对称设置的楔形块，两个所述楔形块的内侧壁之间形成所述自激震荡腔，所述自激震荡腔的宽度由上至下逐渐增大，两个所述楔形块的顶部之间的间距与所述缩口的直径相等；
[0019]所述矩形凹槽的底部的两侧形成有两个对称设置的换向圆；
[0020]两个所述换向圆之间形成有所述射流出口，两个所述楔形块的外侧壁与所述矩形凹槽的内侧壁以及所述换向圆之间分别形成所述左反馈通道和右反馈通道。
[0021]进一步地，所述楔形块呈直角三角形，所述楔形块的直角短边位于顶部且与所述矩形凹槽的顶部平行设置，所述楔形块的直角长边与所述矩形凹槽的内侧壁平行设置，所述楔形块的底部尖角朝向所述换向圆设置，所述楔形块的底部尖角与所述换向圆之间形成转向通道，所述楔形块的直角长边与所述矩形凹槽的内侧壁之间形成竖直通道，所述楔形块的直角短边与所述矩形凹槽的顶部之间形成水平通道，所述竖直通道与所述水平通道之间基本垂直，所述转换通道、竖直通道和水平通道之间共同构成所述左反馈通道或右反馈通道。
[0022]一种射孔装置，包括所述的附壁自激脉冲射流装置和过渡管，所述过渡管的顶部与所述外筒的底部螺纹连接，所述过渡管的侧壁上沿着周向方向间隔设有至少一个定位喷嘴安装孔，所述定位喷嘴安装孔内安装有定位喷嘴，所述过渡管的底端封闭。
[0023]进一步地，所述定位喷嘴包括定位喷嘴本体、开设在所述定位喷嘴本体上的中间通道和缩径孔，所述缩径孔与所述中间通道连通，所述中间通道的内径小于所述缩径孔的内径，所述缩径孔靠近所述过渡管本体的内侧设置，所述中间通道位于所述缩径孔的外侧；
[0024]所述定位喷嘴的端部还设有旋转盘，所述定位喷嘴与所述定位喷嘴安装孔螺纹连接。
[0025]进一步地，所述过渡管的底部还螺纹连接有单流阀，所述单流阀内形成有单流阀管道和缩径通道，所述缩径通道与所述单流阀管道连通，且位于所述单流阀管道的底部，所述单流阀管道与所述缩径通道圆弧过渡连接，所述单流阀的顶部与所述过渡管螺纹连接，所述单流阀管道内设有活动球，所述活动球的直径大于所述缩径通道的内径，所述活动球与缩径通道相切，以阻止管柱内流体泄漏。
[0026]一种破岩装置，包括所述的附壁自激脉冲射流装置、过渡管和PDC钻头，所述过渡管的顶部与所述外筒的底部螺纹连接，所述过渡管的底部与所述PDC钻头螺纹连接，所述PDC钻头设成有若干个喷嘴，所述过渡管与所述PDC钻头以及喷嘴形成贯流通道。
[0027]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0028]1、本申请实施方式中提供的附壁自激脉冲射流装置仅靠自激腔体产生脉冲射流，结构简单，不需要外力且没有活动部件，可以形成较大瞬时冲击能量的脉冲射流，加工工艺简便，能长期使用，降低了设备制造及维护费用；
[0029]2、附壁自激脉冲射流装置相比于连续射流装置，能够产生高压力幅值变化和良好波动性能的脉冲射流，射流振动较连续射流更为强烈，会改变储层近井筒的原始地应力状态，有效的辅助破岩。附壁自激脉冲射流装置结合PDC钻头钻井时，能有效防止钻屑沉降，保持井眼清洁，提高钻井效率。此外，水力脉冲射流射孔能有效降低表皮系数，减轻对储层伤害；
[0030]3、采用连续射流射孔一般形成单一主裂缝，附壁自激脉冲射流能在此基础上增加裂缝高度的同时能在裂缝尖端产生微裂缝群，极大地提升了储层增产效果。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，包括：上接头，所述上接头上形成有第一内流通道，所述第一内流通道贯通所述上接头的两端；外筒，所述外筒与所述上接头的底部螺纹连接，所述外筒内形成有腔体，所述腔体的底部形成有第二内流通道，所述第二内流道与所述腔体以及第一内流道连通；自激震荡芯子，所述自激震荡芯子安装在所述空腔内，所述自激震荡芯子内依次形成有射流入口、自激震荡腔、左反馈通道、右反馈通道和射流出口，所述第一内流通道、射流入口、射流出口与所述第二内流通道依次连通，所述左反馈通道和右反馈通道分别位于所述自激震荡腔的左右两侧，且顶端与所述射流入口连通，底端与所述射流出口连通，用于使所述射流出口产生周期脉冲射流。2.根据权利要求1所述的附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，所述第一内流通道沿着流体流动的方向依次形成有扩径圆柱通道和等径圆柱通道，所述扩径圆柱通道的内径沿着流体流动的方向呈线性增加；所述射流入口的顶端形成有缩径圆柱通道，所述缩径圆柱通道的内径沿着流体流动的方向逐渐减小，所述缩径圆柱通道的底端形成有缩口；所述扩径圆柱通道、等径圆柱通道、缩径圆柱通道及缩口之间形成一个变径腔体。3.根据权利要求2所述的附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，所述扩径圆柱通道的内壁与轴向角度范围为6
°
～11
°
；所述缩径圆柱通道内壁与轴向角度范围为40
°
～45
°
。4.根据权利要求1所述的附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，所述外筒内压设有密封圈，所述密封圈位于所述上接头与所述自激震荡芯子上表面之间，所述密封圈外径与内径的尺寸分别与上接头底部侧壁的外径与内径尺寸相同。5.根据权利要求2所述的附壁自激脉冲射流装置，其特征在于，所述自激震荡芯子包括芯子本体以及扣板，所述扣板为半圆柱体，所述芯子本体上形成有断面，所述扣板与所述断面配合连接形成为完成的圆柱体；所述芯子本体的顶部形成有所述射流入口，所述断面上形成有一个矩形凹槽，所述矩形凹槽内形成有两个沿轴线对称设置的楔形块，两个所述楔形块的内侧壁之间形成所述自激震荡腔，所述自激震荡腔的宽度由上至下逐渐增大，两个所述楔形块的顶部之间的间距与所述缩口的直径相等；所述矩形凹槽的底部的两侧形成有两个...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞惠文，张其星，金衍，艾白布，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。