[发明专利]瞬时大流量脉冲射流实验系统及其实验方法

说明书

本发明公开了一种瞬时大流量脉冲射流实验系统及其实验方法，实验系统包括高压容器、一级缸、二级缸、脉冲射流单元、控制单元；实验方法包括灌泥浆、灌清水、灌高压气体、参数设置、脉冲射流、回灌等步骤；本发明以高压气体作为液体流动的动力源，数秒时间就可将缸内的清水、泥浆排出，通过脉冲射流单元实现泥浆脉冲喷射，脉冲射流时间短，泥浆排量大，不需要大型泥浆增压泵就能完成大排量、短时间的泥浆脉冲喷射，也无需要传统增压泵逐渐增压的调试过程，大大节约了实验时间和泥浆使用量；用泥浆进行脉冲喷射，能较好模拟体现现场钻井工况；整个实验系统组成和操作简单，占地少，用人少，用时少，实验效率高。

技术领域

本发明涉及脉冲射流技术领域，具体涉及一种瞬时大流量脉冲射流实验系统及其实验方法。

背景技术

脉冲射流技术广泛应用于破岩、清洗、污水处理和振动减阻等领域，脉冲射流的形成与漩涡的产生和消失息息相关，漩涡的频率和它对流体的阻尼作用，一是与流体的速度和性质有关，二是与漩涡的大小有关。脉冲射流通常是采用一定结构的喷嘴来实现，如角型喷嘴、中心体喷嘴、旋转叶片喷嘴、风琴管喷嘴和亥母霍兹喷嘴；其中喷嘴尺寸的大小，决定了漩涡的尺寸上限。此外，漩涡的产生本质上是因为流体有粘度，不同速度区域的流体发生了粘性剪切以及能量的传递、储存和释放。

脉冲射流的室内实验系统研究，一般采用清水、通过高压小流量的增压泵进行长时间增压，但是这会带来以下不足：一是低流量下喷嘴尺寸小，进而限制了漩涡的大小，而现场钻井中流量约是室内增压泵的50倍以上，因此室内研究难以反映钻井中大流量下大尺寸漩涡对脉冲射流发展的作用；二是粘度是漩涡产生的根本原因，但钻井液(即钻井泥浆)的高密度和高粘度对漩涡以及脉冲射流发展的影响，用清水却无法体现。以现有钻井提速中应用较广的自激震荡脉冲提速和减阻工具为例，在脉冲的能量一定的情况下，更低的频率和更高的脉冲幅值有利于破岩和振动减阻；然而，由于脉冲的能量与频率以及脉动幅值都是正相关，而喷嘴尺寸越小，其产生的漩涡越小、频率越高，不利于低频率和高幅值脉冲射流的产生。上述问题，虽然也可以通过购买大流量的增压泵和配制大量钻井液来实现，但会带来高的设备和实验室投资以及维护成本，比如大流量增压泵的体积大、成本高和安全维护成本高，循环钻井液的配制需要更大的水池和搅拌设备，管道中的残留钻井液需要及时清洗等。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种结构简单的瞬时大流量脉冲射流实验系统，能有效提高瞬时流量，减少钻井液使用量，较好模拟体现现场钻井工况。

基于一个总的发明构思，本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种操作简单、易于实现的瞬时大流量脉冲射流实验系统的实验方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：瞬时大流量脉冲射流实验系统包括：

高压容器，所述高压容器用于盛放高压气体；

一级缸，所述一级缸包括由一级缸活塞分隔的一级缸气腔和一级缸水腔，所述高压容器通过高压气路连接所述一级缸气腔；

二级缸，所述二级缸包括由二级缸活塞分隔的二级缸浆腔和二级缸水腔，所述二级缸水腔与所述一级缸水腔之间通过水路连接，所述水路包括并联设置的一级缸出水管路和一级缸回水管路，所述一级缸出水管路设置有电磁阀，所述一级缸回水管路设置有增压泵；所述二级缸浆腔连接有并联设置的二级缸出浆管路和二级缸回浆管路，所述二级缸回浆管路上设置有循环泵，所述循环泵与泥浆池相连，用于将所述泥浆池内的泥浆泵入所述二级缸浆腔；

脉冲射流单元，所述脉冲射流单元包括设置于脉冲射流管路上的脉冲振荡器和节流喷嘴，所述脉冲振荡器与所述二级缸出浆管路相连，所述节流喷嘴用于将流经所述脉冲振荡器的泥浆喷入所述泥浆池；

控制单元，所述电磁阀与所述控制单元电连接。

以下是对本发明瞬时大流量脉冲射流实验系统的多项进一步优化设计：