徑向深穿透鉆孔射流破巖鉆頭研究.pdf

1、針對超短半徑徑向水平井技術(shù)鉆孔轉(zhuǎn)彎半徑小,無法旋轉(zhuǎn)的限制,研究破巖效率高,鉆孔直徑大的水力噴嘴鉆頭對不擴孔徑向水平井的鉆進有極大的意義。采用仿真模擬流動與試驗相結(jié)合,針對cone-down空化射流噴嘴和內(nèi)置導(dǎo)流葉輪旋轉(zhuǎn)射流噴嘴與cone-down噴嘴組合后,結(jié)構(gòu)參數(shù)對射流特性的影響,利用FLUENT軟件,采用空化模型數(shù)值模擬噴嘴射流流場。Cone-down噴嘴的射流的軸心速度在噴嘴出口附近有一定程度的增加,然后出現(xiàn)等速核,之后隨噴距增加

2、逐漸衰減。Cone-down噴嘴射流在出口附近出現(xiàn)負壓,在0.7 Dn處負壓降到最低,然后逐漸增大,在5Dn附近壓力接近周圍環(huán)境壓力。Cone-down噴嘴射流的空化效果及擴散角度受噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響,受直柱段長度與錐段直徑影響較大。內(nèi)置葉輪錐形噴嘴與cone-down噴嘴組合之后能夠發(fā)揮噴嘴體不旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)空化射流的優(yōu)勢,對射流流場數(shù)值模擬研究表明,與單一旋轉(zhuǎn)射流噴嘴和cone-down噴嘴射流相比,射流的空化程度及射流擴展角都有明顯

3、增強。射流流場中壓力變化趨勢與單一的cone-down噴嘴射流壓力變化基本相同,負壓區(qū)的范圍變化有一定增加。擴展角比cone-down噴嘴的射流擴展角增加大約15°～20°。通過破巖實驗,內(nèi)置葉輪的cone-down與錐形噴嘴組合后噴嘴射流破巖時具有最優(yōu)的噴距,大約為4Dn,其破巖效果與錐形噴嘴效果相比沖蝕深度有明顯增強。內(nèi)置葉輪之后,破巖擴孔直徑最大可以達到40mm,直柱段長度與直徑之間的關(guān)系L=1.5d～2d時,噴嘴的破巖效果比較優(yōu)