本發(fā)明屬于利用高壓水射流快速破碎巖石的鉆井工具領域，尤其涉及一種徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭。

背景技術：

在石油勘探開發(fā)的過程當中，高壓水射流破巖技術是一種高效的破巖手段，得到了廣泛地應用和研究，并取得了顯著的成果。水力噴射側鉆徑向水平井技術起步于20世紀末，它可以提高單井油氣產(chǎn)量，降低鉆井成本，特別適合于老油田增產(chǎn)以及開發(fā)低滲透油田、邊際油田、淺油層、稠油層和薄油層，能夠橫向鉆開垂直油藏裂縫，達到增大油層裸露面積的目的，并可以減少或避免氣錐和水錐現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而可以極大地提高油氣開采的效益，具有極高的社會經(jīng)濟價值和不可估量的戰(zhàn)略意義。

水力噴射側鉆徑向水平井技術已經(jīng)得到了較快的發(fā)展，但是仍然存在著一系列亟待解決的問題，

目前，在徑向水平井鉆井技術中多采用自進式高壓噴頭，前向噴嘴的射流方式一般有直射流、旋轉射流、直旋混合射流和磨料射流的方式。但受限于噴頭體積和復雜工況的制約，噴嘴結構不可能設計得非常復雜，否則難以保證噴頭的可靠性。所以在后向噴嘴分流的情況下，前向噴嘴的射流沖擊力很難得到有效加強。

綜上所述，現(xiàn)有射流噴嘴技術難點在于(1)自進式噴頭在地層中前進的動力由后向噴嘴產(chǎn)生，但其產(chǎn)生的自進力有限，導致噴頭在地層中的延伸能力不強，往往不能鉆達預定位置。到目前為止，各種自進式噴頭都僅僅依靠增加后向噴嘴的數(shù)目來提高其自進力，但必然會導致前向噴嘴的水力能量不夠，破巖能力不足；(2)由于后向噴嘴的分流作用，導致噴頭前向噴嘴射流的破巖能量不足，因而噴頭破巖擴孔的能力差，鉆進效率低下，難以形成規(guī)則的井眼，很難保證鉆孔的直徑和深度；(3)噴頭由于自身重力作用而貼在下井壁上，導致噴頭與地層之間的摩擦阻力很大，進一步影響了噴頭在地層中的延伸能力；(4)噴頭與井壁之間緊密接觸，導致環(huán)空間隙狹小，破碎地層過程中產(chǎn)生的巖屑很難排除，導致地層堵塞。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭，旨在解決現(xiàn)有射流噴嘴技術中：(1)自進式噴頭在地層中前進的動力由后向噴嘴產(chǎn)生，但其產(chǎn)生的自進力有限，導致噴頭在地層中的延伸能力不強，往往不能鉆達預定位置；各種自進式噴頭都僅僅依靠增加后向噴嘴的數(shù)目來提高其自進力，但必然會導致前向噴嘴的水力能量不夠，破巖能力不足；(2)由于后向噴嘴的分流作用，導致噴頭前向噴嘴射流的破巖能量不足，因而噴頭破巖擴孔的能力差，鉆進效率低下，難以形成規(guī)則的井眼，很難保證鉆孔的直徑和深度；(3)噴頭由于自身重力作用而貼在下井壁上，導致噴頭與地層之間的摩擦阻力很大，進一步影響了噴頭在地層中的延伸能力；(4)噴頭與井壁之間緊密接觸，導致環(huán)空間隙狹小，破碎地層過程中產(chǎn)生的巖屑很難排除，導致地層堵塞的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭，設置有噴頭殼體，在噴頭殼體上設置前向噴嘴、后向噴嘴和螺旋形狀導流槽特殊形狀導流槽；所述螺旋形狀導流槽特殊形狀導流槽位于前向噴嘴與后向噴嘴之間；殼體內(nèi)部設置流體激振裝置；噴頭殼體(1)與流體激振裝置之間通過螺紋連接；噴頭殼體前端安裝四個伸出的復合破巖噴嘴，所述復合破巖噴嘴與噴頭殼體通過螺紋連接。

進一步，所述前向噴嘴位于噴頭殼體中心，所述前向噴嘴采用旋轉射流的噴嘴，嘴徑6mm～9mm；

沿前向噴嘴的周向均勻布置四個伸出的復合破巖噴嘴；所述前向噴嘴直徑大于四個復合破巖噴嘴的直徑；所述后向噴嘴位于殼體后部，所述后向噴嘴為6個～12個。

進一步，所述腔內(nèi)流體激振裝置的后部采取內(nèi)凹式并設置有加旋葉片，所述腔內(nèi)流體激振裝置的本體為半圓柱；所述復合破巖噴嘴上安裝有緊固螺母。

進一步，所述噴頭殼體上均勻分布四個螺旋形狀的導流槽；螺旋形狀的導流槽的入口為寬入口，所述螺旋形狀的導流槽的入口位于噴頭殼體后端；螺旋形狀的導流槽的出口寬度小于入口。

本發(fā)明提供的一種徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭優(yōu)點在于：(1)腔內(nèi)流體激振裝置的作用，高壓鉆井液進入噴頭腔體之后，即會進入流體激振裝置后部開有的凹槽，從而產(chǎn)生振蕩回流作用；振蕩回流作用使得流體在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生振蕩擠壓作用，然后以極高的速度從后向噴嘴噴射出去，從而在不損失前向噴嘴水力能量的情況下，最大限度地增加后向噴嘴的射流速度以提高噴頭的自進力；

(2)試驗表明，為了使得高壓流體在射流作用下更有效地破碎巖石，流體必須進入到巖石孔隙當中。由于腔內(nèi)流體激振裝置的作用，噴頭的自進力可以大大提高。所以，四個伸出的前向噴嘴在自進力的作用下能夠楔入巖層之中，對巖層產(chǎn)生壓碎作用并形成一定深度和范圍的裂縫；同時從噴嘴中噴出的高壓流體，也會在巖石中產(chǎn)生水楔作用，水楔楔入裂縫產(chǎn)生一定的滲流壓力場，在裂縫尖端產(chǎn)生拉應力集中區(qū)，它使裂縫迅速擴展，致使巖石進一步破壞；即是說射流水楔作用對巖石裂縫的擴展及破壞是由于微裂縫較原來巖石中的裂縫有更大的滲透性，當前向噴嘴壓入地層產(chǎn)生的裂縫再受到射流壓力的沖擊作用時，射流流體就會滲進裂縫中，裂紋的擴展就會越來越大，而包含裂縫的巖石抵抗載荷的能力會越來越小。當達到某一臨界狀態(tài)時，裂縫的擴展不再取決于射流壓力的大小而成為不穩(wěn)定的擴展過程，即使應力保持穩(wěn)定，裂縫也會迅速地擴展。當裂縫向自由面擴展時，就會產(chǎn)生巖石崩裂，若裂縫向其它裂縫擴展，則引起裂縫間貫通以致于在進一步的應力條件下，造成更大的巖塊剝落；

(3)旋轉射流是指在射流噴嘴不旋轉的條件下產(chǎn)生具有三維速度的，射流質(zhì)點沿螺旋線軌跡運動而形成的擴散式射流。這種射流與常規(guī)普通圓射流的主要不同點在于其外形呈明顯擴張的喇叭狀，具有較強的擴散能力和卷吸周圍介質(zhì)參與流動的能力，并能夠形成較大的沖擊面積，產(chǎn)生良好的霧化效果。前向中心噴嘴采用直旋混合射流，能夠形成較大的沖擊面積，在破巖過程中能夠?qū)r石施加正向上的沖擊力和周向上的切削力，從而提高破巖速度；

(4)噴頭殼體上螺旋形導流槽的存在能夠最大程度地增加鉆井液的紊流度，甚至產(chǎn)生具有較大能量的漩渦，從而促使更多沉降在下井壁的巖屑顆粒進入液流層。殼體上的導流槽入口設計為開放式寬入口，使得破碎地層時產(chǎn)生的巖屑和流體能夠完全進入導流槽內(nèi)，往后導流槽的寬度逐漸減小，對流體及巖屑顆粒進行加速，增強破巖過程中的攜巖能力。導流槽的存在能夠最大程度地增加鉆井液的紊流度，甚至產(chǎn)生具有較大能量的漩渦，從而促使更多沉降在下井壁的巖屑顆粒進入液流層；

(5)螺旋導流槽的存在，減小了噴頭殼體與井壁間的接觸面積，從而減小了兩者之間的摩擦阻力，有利于提高噴頭在地層中的延伸能力；

(6)本發(fā)明結構相對簡單可靠，應用前景廣闊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭前端示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭螺旋形狀

引流槽示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭復合破巖

噴嘴示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭腔內(nèi)流體激振裝置示意圖；

圖中：1、噴頭殼體；2、螺旋形狀導流槽；3、腔內(nèi)流體激振裝置；4、加旋葉片；5、前向復合破巖噴嘴；6、后向噴嘴；7、前向主噴嘴；8、緊固螺母。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作詳細描述。

按照圖1～圖5所示，本發(fā)明實施例提供的徑向水平井用自進式復合破巖高壓噴頭，設置有噴頭殼體1，在噴頭殼體1上設置前向噴嘴7、后向噴嘴6和螺旋形狀導流槽特殊形狀導流槽2；所述螺旋形狀導流槽特殊形狀導流槽2位于前向噴嘴7與后向噴嘴6之間；殼體內(nèi)部設置流體激振裝置3；噴頭殼體1與流體激振裝置3之間通過螺紋連接；噴頭殼體1前端安裝四個伸出的復合破巖噴嘴5，所述復合破巖噴嘴與噴頭殼體通過螺紋連接。

進一步，所述前向噴嘴7位于噴頭殼體1中心，所述前向噴嘴7采用旋轉射流的噴嘴，嘴徑6mm～9mm；

沿前向噴嘴7的周向均勻布置四個伸出的復合破巖噴嘴5；所述前向噴嘴7直徑大于四個復合破巖噴嘴5的直徑；所述后向噴嘴6位于殼體后部，所述后向噴嘴6為6個～12個。

進一步，所述腔內(nèi)流體激振裝置3的后部采取內(nèi)凹式并設置有加旋葉片4，所述腔內(nèi)流體激振裝置3的本體為半圓柱。所述復合破巖噴嘴上安裝有緊固螺母8。

進一步，所述噴頭殼體1上均勻分布四個螺旋形狀的導流槽2；螺旋形狀的導流槽2的入口為寬入口，所述螺旋形狀的導流槽2的入口位于噴頭殼體1后端；螺旋形狀的導流槽2的出口寬度小于入口。

下面結合工作原理對本發(fā)明的結構進一步描述。

在徑向水平井鉆井過程中，高壓鉆井液進入噴頭腔體之后，即會進入流體激振裝置后部開有的凹槽，從而產(chǎn)生振蕩回流作用；振蕩回流作用使得流體在此區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生振蕩擠壓作用，然后以極高的速度從后向噴嘴噴射出去，從而在不損失前向噴嘴水力能量的情況下，最大限度地增加后向噴嘴的射流速度以提高噴頭的自進力。前向噴嘴少于后向噴嘴的數(shù)目，保證產(chǎn)生向前推進的合力，確保噴頭順利鉆進。

由于腔內(nèi)流體激振裝置的作用，噴頭的自進力可以大大提高。所以，四個伸出的前向噴嘴在自進力的作用下能夠楔入巖層之中，對巖層產(chǎn)生壓碎作用并形成一定深度和范圍的裂縫；同時從噴嘴中噴出的高壓流體，也會在巖石中產(chǎn)生水楔作用，水楔楔入裂縫產(chǎn)生一定的滲流壓力場，在裂縫尖端產(chǎn)生拉應力集中區(qū)，它使裂縫迅速擴展，致使巖石進一步破壞；

射流水楔作用對巖石裂縫的擴展及破壞是由于微裂縫較原來巖石中的裂縫有更大的滲透性，當前向噴嘴壓入地層產(chǎn)生的裂縫再受到射流壓力的沖擊作用時，射流流體就會滲進裂縫中，裂紋的擴展就會越來越大，而包含裂縫的巖石抵抗載荷的能力會越來越小。

當達到某一臨界狀態(tài)時，裂縫的擴展不再取決于射流壓力的大小而成為不穩(wěn)定的擴展過程，即使應力保持穩(wěn)定，裂縫也會迅速地擴展。當裂縫向自由面擴展時，就會產(chǎn)生巖石崩裂，若裂縫向其它裂縫擴展，則引起裂縫間貫通以致于在進一步的應力條件下，造成更大的巖塊剝落。螺旋形導流槽的存在能夠最大程度地增加鉆井液的紊流度，甚至產(chǎn)生具有較大能量的漩渦，從而促使更多沉降在下井壁的巖屑顆粒進入液流層。

殼體上的導流槽入口設計為開放式寬入口，使得破碎地層時產(chǎn)生的巖屑和流體能夠完全進入導流槽內(nèi)，往后導流槽的寬度逐漸減小，對流體及巖屑顆粒進行加速，增強破巖過程中的攜巖能力。導流槽的存在能夠最大程度地增加鉆井液的紊流度，甚至產(chǎn)生具有較大能量的漩渦，從而促使更多沉降在下井壁的巖屑顆粒進入液流層。

螺旋導流槽的存在，減小了噴頭殼體與井壁間的接觸面積，從而減小了兩者之間的摩擦阻力，有利于提高噴頭在地層中的延伸能力。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。