专利名称：钻头喷嘴间歇封堵器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻头喷嘴间歇封堵器，特别是一种利用流经球面弯曲管道中流体流动的径向压力与重力之间的平衡效应，实现间歇地封堵石油钻井钻头喷嘴的投放在钻柱内的特殊球体装置。
石油钻井技术研究和现场施工经验表明，由脉动射流、钻头水眼不等径及不均匀分布产生的井底不对称流场，能够充分发挥流经喷嘴的高速射流的清岩、破岩效果，这是达到快速钻井目的的简便方法之一(参见刘希圣等《钻井工艺原理》，石油工业出版社，1980)。
为了克服井底流场对称问题，国内外石油钻井界除采用不等径喷嘴优化组合外，还使用了地面未下井钻头事先堵水眼技术。这样处理后可以收到一定的效果，但没有达到预期目的。原因是钻井液中含有砂、重晶石及其它固相颗粒，这些固相颗粒对喷嘴的磨损作用破坏了喷嘴组合的优化条件，导致失败；事先堵水眼的不良后果是阻力过高，损害钻井循环系统设备，造成钻井综合经济效益低。(参见G雷赛宾德高速水射流冲蚀岩石的机理研究，《高压水射流技术译文集》，煤炭工业出版社，1982)。
脉动射流技术也由于脉动装置的制造问题而没能用于石油钻井。
本实用新型的目的是提供一种改进的钻头喷嘴间歇封堵器，具体地说就是一个在接单根时投入钻柱内的表面被车成四条不对称分布圆槽的球体，球体直径D与喷嘴入口直径相同，它能有效地间歇地封堵石油钻井钻头的喷嘴。
本实用新型的目的是这样实现的用硬质塑料做成一个直径D与喷嘴入口直径相同的球体，沿球体表面车成四条不对称分布的圆槽，在流体静压力作用下球面圆槽与喷嘴流道接触后刚好形成一个弯曲流道。弯曲流道轴线与喷嘴流道母线一致，即圆槽与钻头喷嘴匹配构成弯曲泄流通道，钻井液由此处泄流，根据流体在弯曲管道中的流动方程可知u02r=1ρdpdr]]>式中 ρ——流体密度；
r ——流道曲率半径；(dp)/(dr) ——径向压力梯度。
这一公式表明，流体在弯曲管道中流动必然存在一个指向球面的作用力，当流体流速达到一定值时，作用在球面上的动压力会超过球体的重力分量，这时球体离开喷嘴，喷嘴开启，有一股射流射出喷嘴。然后由于流经喷嘴的流体拖曳作用，使球体恢复封堵状态。这种作用过程循环往复，便实现了间歇式封堵喷嘴。由此间歇性及封堵作用便实现了射流脉动性及井底流场的非对称性。
本实用新型涉及一种钻头喷嘴间歇封堵器，该装置是一个表面有四条弯曲圆槽的硬质塑料球体，其特征在于圆槽呈不对称分布，圆槽与钻头喷嘴匹配构成弯曲泄流通道。所说的球体直径D等于喷嘴入口直径。球体与喷嘴接触后，只能构成一条轴线与喷嘴母线一致的弯曲泄流通道，通道分布形式为互相垂直的“＋”形状。弯曲泄流流道横截面呈椭圆状。每次接单根时需要向钻柱内投放本装置一个。当泥浆泵泵压波动值在1～3MPa时，表明本装置在井下正常工作，无需投放；泵压波动值在0.05～0.1MPa时，表明本装置在井下已经损坏，再接单根时，就需要投放本装置。
本实用新型因为只需要在直径为D的硬质塑料球表面车成四条不对称分布的圆槽，所以结构特别简单，使用时封堵因是间歇式的，所以本实用新型能在井底有效地产生脉动射流。又由于三个喷嘴之一被封堵了，所以实现了井底流场的不对称分布。
本实用新型材质为硬质塑料，外表呈球状，所以材料充足，加工方便。又因为本实用新型允许钻井液在球面圆槽内有泄流，所以防止了蹩泵对循球系统设备的损害作用，封堵作用降低了喷嘴流道面积，增加了射流有效流速，间接提高了有效泵压，从而满足喷射钻井的要求。另外由于本实用新型装置是塑料的，其损坏后，可沿着喷嘴流入井底，然后由钻井液携带至地面，不会发生井下事故。
实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。
图1是根据本实用新型提出的钻头喷嘴间歇封堵器的剖示图。图中1球体，2弯曲流道，3弹簧垫圈，4喷嘴，5钻头体，6圆槽。
下面结合
图1详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。
该装置是一个用硬质塑料做成的一个直径为D的球体(1)，球体直径D等于喷嘴入口直径，沿球表面用车床车成四条不对称分布原圆槽(6)，圆槽分布形状优选互相垂直的“＋”形状，这样球体(1)与喷嘴(4)接触后，只能构成一条轴线与喷嘴母线一致的弯曲泄流通道(2)，通道分布形式也为互相垂直的“＋”形状。
为了减少钻井液流经通道产生的有效能量损耗，球面圆槽曲线与喷嘴流道截面线构成椭圆曲线，椭圆短轴do、长轴dj，与流道关系为X＝± (do- dj)/3.6512 (1－cosβ)Y＝± (D)/4.2688 ［In(tgβ1＋secβ)－sinβ］式中β取30°～85°，D为球体直径。
根据我们在大庆油田钻井队实验结果，在向钻柱内投放本装置时应注意观察泥浆泵泵压，波动值为1～3MPa，表明本装置正常工作；泵压波动值为0.05～0.1MPa，说明本装置已经损坏。再接单根时就需要投放本装置。当球体硬质塑料抗剪强度为3MPa时，现场正常钻进中在每次接单根时向钻柱内投入本装置即可。
本实用新型是一种投放在钻柱内的特殊球体，是一种利用流经球面弯曲管道中流体流动的径向压力与重力之间的平衡效应，实现间歇地封堵石油钻井喷嘴的装置。因封堵是间歇式的，所以本实用新型能在井底有效的产生脉动射流。又由于三个喷嘴之一被封堵了，所以实现了井底流场的不对称分布。因此，能实现在现有地面泵功率不变的条件下增加井底水功率、提高机械钻速的目的。
权利要求1.一种钻头喷嘴间歇封堵器，该装置是一个表面有四条弯曲圆槽直径为D的硬质塑料球体，其特征在于圆槽呈不对称分布，圆槽与钻头喷嘴匹配构成弯曲泄流通道。
2.根据权利要求1所述的封堵器，其特征在于球体直径D等于喷嘴入口直径。球体与喷嘴接触后，只能构成一条轴线与喷嘴母线一致的弯曲泄流通道，通道分布形式为互相垂直的“＋”形状。
3.根据权利要求1、2所述的封堵器，其特征在于弯曲泄流流道横截面呈椭圆状。
专利摘要本实用新型涉及一种钻头喷嘴间歇封堵器，该装置是一个表面有四条弯曲圆槽的硬质塑料球体，其特征在于圆槽呈不对称分布，圆槽与钻头喷嘴匹配构成弯曲泄流通道。所说的球体直径D等于喷嘴入口直径。球体与喷嘴接触后，只能构成一条轴线与喷嘴母线一致的弯曲泄流通道，通道分布形式为互相垂直的“+”形状。弯曲泄流通道横截面呈椭圆状。每次接单根时需要向钻柱内投放本装置一个。当泥浆泵泵压波动值在1～3MPa时，表明本装置在井下正常工作，无需投放；泵压波动值在0.05～0.1MPa时，表明本装置在井下已经损坏，再接单根时，就需要投放本装置。
文档编号E21B10/00GK2139621SQ9224445
公开日1993年8月4日 申请日期1992年12月23日 优先权日1992年12月23日
发明者李邦达, 刘永建, 张景富 申请人:大庆石油学院