[发明专利]基于文丘里效应的井下自吸式粒子射流钻井装置

说明书

本发明涉及的是基于文丘里效应的井下自吸式粒子射流钻井装置，这种基于文丘里效应的井下自吸式粒子射流钻井装置包括上接头、喷嘴、进液室、喉管、扩散管、下接头，进液室上端与上接头螺纹连接，上接头内腔由喇叭段和喷嘴段构成，喷嘴段相应的上接头外部为缩径段，喷嘴段为等径段，喷嘴与喷嘴段螺纹连接，喷嘴及喷嘴段伸入到进液室内，喷嘴上部孔道为喇叭孔道，下部孔道为圆柱孔道，进液室具有进液孔；进液室下端连接扩散管，扩散管上端设置喉管，喷嘴与喉管同轴线设置，扩散管下端连接下接头。本发明能将从环空中吸入的岩屑作为冲击粒子，大大提高机械钻速，适用于深部的坚硬地层，可有效提高破岩速度。

技术领域：

本发明涉及的是应用在石油工程、采矿工程、岩土工程等领域中的钻井装置，具体涉及的是基于文丘里效应的井下自吸式粒子射流钻井装置。

背景技术：

随着我们国家浅层油气资源的不断枯竭，使得目前的油气勘探及开发的重心向着深部坚硬地层以及复杂地质条件下油气田的方向转移。在钻井过程中，深井地层硬度及钻井难度不断增大，因此如何提升硬地层的钻速成为公认的世界性难题之一。在深井、硬地层的钻进过程中，国内外油田都存在普遍性的钻速慢、钻具使用寿命短、钻井周期过长、钻井成本过高等一系列难题，影响着勘探及开发整体经济效益，由此深井、硬地层高效钻井新方法的研究成为油气钻探重要的研究方向，并对地层油气资源的高效获取具有重要的作用。

发明内容：

本发明的目的是提供基于文丘里效应的井下自吸式粒子射流钻井装置，这种基于文丘里效应的井下自吸式粒子射流钻井装置用于解决深井、硬地层的钻进过程中普遍存在的钻速慢的难题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于文丘里效应的井下自吸式粒子射流钻井装置包括上接头、喷嘴、进液室、喉管、扩散管、下接头，进液室上端与上接头螺纹连接，上接头内腔由喇叭段和喷嘴段构成，喷嘴段相应的上接头外部为缩径段，喷嘴段为等径段，喷嘴与喷嘴段螺纹连接，喷嘴及喷嘴段伸入到进液室内，喷嘴上部孔道为喇叭孔道，下部孔道为圆柱孔道，进液室具有进液孔；进液室下端连接扩散管，扩散管上端设置喉管，喷嘴与喉管同轴线设置，扩散管下端连接下接头。

上述方案中喷嘴直径与喉管的直径对应设计，喷嘴直径与喉管的直径为5mm、15mm，或6mm、20mm，或8mm、25mm，或10mm、30mm，进液孔的直径为20mm。

上述方案中喷嘴与喉管的距离是通过进液孔直径与喷嘴直径的差的二分之一来计算，喷嘴与喉管之间的最小距离为7mm。

上述方案中喉管的长度是喉管直径的6到7倍，扩散管10的扩散角为8到12度。

上述方案中喷嘴与喉管之间的距离通过设置每个厚度为1mm的垫片来控制。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明以石油钻探破碎地层生成的大量岩屑当作磨料粒子介质，利用文丘里效应，直接将部分岩屑从井底引入钻柱内部，与钻井液混合后，经钻头喷嘴高速喷出，形成的岩屑粒子射流作用于井底地层，同时，为使射流作用效果更好，通过适当的水力结构，改善钻头与井底附近岩石的受力状况，强化岩屑的启动和净化，以及利用岩屑粒子射流的冲击研磨协同作用，进行破岩、辅助破岩，使得钻井速度有效提高。由于本发明是利用破碎地层生成的岩屑在井底生成粒子射流，不需增加地面设备，也不改变现有石油钻探的工艺流程，大大简化了系统结构，具有较高的可靠性、安全性、较低的制造和使用成本。

2、本发明能从环空中吸入的岩屑作为冲击粒子，大大提高机械钻速，适用于深部的坚硬地层，可有效提高破岩速度。

3、本发明能够实现粒子的井下自循环，节省外部输送粒子的设备。

4、本发明由于采用文丘里管特殊的结构，大大降低了能量的损耗。

5、本发明工具结构简单，在高强度的井下作业过程中，不易损坏。

四、附图说明：