技术简介：
本实用新型针对传统圆形喷嘴在钻井中因压力分布不均、作用面积有限导致效率提升受限的问题，提出一种星形喷嘴结构。通过在喷嘴出口端设计多角星形流道（如正五角星形或正四角星形），结合优化的长度比例和当量直径参数，实现射流在低压力下达到与圆形喷嘴相当的雾化效果，降低系统压耗，显著提升钻井效率、进尺及钻头寿命。
关键词：星形喷嘴,钻井效率,结构优化
专利名称：星形喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于钻探钻头的星形喷嘴，属于地层钻探工具元件。
背景技术：
高压射流辅助钻井技术可以大幅度提高钻井速度，目前所使用的石油钻井用普通喷嘴，都是圆形喷嘴，这些喷嘴虽然在一定程度上提高了钻井速度，但由于其压力分布，压力衰减，作用面积等因素的限制，很难进一步大幅度提高钻井速度。近年来国内外研究人员研制了许多新型喷嘴，主要有:①自振脉冲射流喷嘴，这种喷嘴能大幅度提高钻井速度，但是它产生很强的压力波动，进而使钻头产生强烈的震动，影响钻头使用寿命，强烈的压力波动对泥浆泵的寿命影响也很大，所以这种喷嘴的应用受限。②空化脉冲射流喷嘴，这种喷嘴实现了空化射流钻井，增强了钻头的破岩能力，但是与脉冲射流相似，也会产生很强的压力波动，再加上空化效应的影响，其寿命很难保证，特别是不能应用于金刚石钻头。③双射流喷嘴，这种喷嘴在普通喷嘴的内部增加了一个芯子，流出喷嘴的射流呈现出两种状态，目前大多是外部是旋转射流，中心是普通射流，这两种射流形成组合射流，能大幅度提高射流破岩钻孔效率，但是由于材料和加工等问题，其使用寿命短，结构复杂，成本高，所以很难大范围应用。
实用新型内容根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是:提供一种可以克服上述缺陷的星形喷嘴，用于地层钻探钻头。本实用新型提供的星形喷嘴，包括喷嘴，喷嘴的入口处和内流道为圆形流道，其特征是，喷嘴出口端的流道为星形流道，星形流道的截面为多角星形。星形流道的长度为多角星形当量直径的0.3-5倍，圆形流道的长度为多角星形当量直径的0.5-18倍，出口端的多角星形当量直径为入口处直径的0.1-0.6倍，多角星形的当量直径为l_12mm。所述的星形流道的截面为正五角星形,正五角星形的当量直径为7.8mm,是入口处直径的0.27倍。所述的星形流道的截面为正四角星形,正四角星形的当量直径为7.8mm,是入口处直径的0.27倍。圆形流道与星形流道之间的过渡段采用圆球过渡或抛物线过渡或直线过渡或样条曲线过渡。通过合理的曲线设置提高射流时的流畅性，减小阻力。本实用新型所提供的星形喷嘴，结构合理，使用有效，通过合理的参数、结构设置使得星形喷嘴在较低的工作压力下，仍可达到与圆形喷嘴相同的雾化程度，从而降低了系统的圧耗，因而与普通喷嘴相比，星形喷嘴射流可以大幅度提高射流在井底的工作效率，提高钻头工作进尺、钻井速度和使用寿命。
图1是依据本实用新型所提供的正五角星形喷嘴的结构示意图；图2是依据本实用新型所提供的正五角星形喷嘴出口端的平面示意图；图3是依据本实用新型所提供的正四角星形喷嘴的结构示意图；图4是依据本实用新型所提供的正四角星形喷嘴出口端的平面示意图；图中:1、圆形流道；2、星形流道。
具体实施方式以下结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述:实施例1:如图1所示，星形喷嘴的流道由两部分组成，入口处的圆形流道I和出口端的星形流道2。星形流道2的截面为正五角星形，圆形流道I的长度为正五角星形当量直径的9倍，星形流道2的长度为正五角星形当量直径的1.2倍。如图2所示,正五角星形当量直径为7.8mm,是入口直径的0.27倍。实施例2:如图3所示，星形喷嘴的流道由两部分组成，入口处的圆形流道I和出口端的星形流道2。星形流道2的截面为正四角星形，圆形流道I的长度为正四角星形当量直径的9倍，星形流道2的长度为正四角星形当量直径的1.2倍。如图4所示,正四角星形当量直径为7.8mm,是入口直径的0.27倍。经室内试验发现在高压条件下，流出星形喷嘴的射流压力分布与普通喷嘴完全不同，在进行岩石破碎实验时发现射流对岩石的作用效果比普通射流提高15%以上，而且作用面积比普通射流提高3(T40%。同样条件下，安装了依据本实用新型所提供的星形喷嘴的钻头的进尺可提闻15%，钻进效率提闻10%,钻头寿命提闻10%左右,经济效益显者。该喷嘴可安装于金刚石钻头、牙轮钻头等钻探工具上。
权利要求1.一种星形喷嘴，包括喷嘴，喷嘴的入口处和内流道为圆形流道，其特征是，喷嘴出口端的流道为星形流道，星形流道的截面为多角星形。
2.根据权利要求1所述的星形喷嘴，其特征是，星形流道的长度为多角星形当量直径的0.3-5倍，圆形流道的长度为多角星形当量直径的0.5-18倍，出口端的多角星形当量直径为入口处直径的0.1-0.6倍，多角星形的当量直径为1-12_。
3.根据权利要求1所述的星形喷嘴，其特征是，所述的星形流道的截面为正五角星形，正五角星形的当量直径为7.8mm，是入口处直径的0.27倍。
4.根据权利要求1所述的星形喷嘴，其特征是，所述的星形流道的截面为正四角星形，正四角星形的当量直径为7.8_，是入口处直径的0.27倍。
5.根据权利要求1所述的星形喷嘴，其特征是，圆形流道与星形流道之间的过渡段采用圆球过渡或抛物线过 渡或直线过渡或样条曲线过渡。
专利摘要本实用新型涉及一种用于钻探钻头的星形喷嘴，属于地层钻探工具元件。所述的星形喷嘴，包括喷嘴，喷嘴的入口处和内流道为圆形流道，其特征是，喷嘴出口端的流道为星形流道，星形流道的截面为多角星形。本实用新型所提供的星形喷嘴，结构合理，使用有效，通过合理的参数、结构设置使得星形喷嘴在较低的工作压力下，仍可达到与圆形喷嘴相同的雾化程度，从而降低了系统的圧耗，因而与普通喷嘴相比，星形喷嘴射流可以大幅度提高射流在井底的工作效率，提高钻头工作进尺、钻井速度和使用寿命。
文档编号E21B10/18GK203081300SQ201320037090
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者周龙昌, 吴琪, 徐依吉, 万夫磊 申请人:中国石油大学(华东)