徑向深穿透鉆孔射流破巖鉆頭研究.pdf

1、針對(duì)超短半徑徑向水平井技術(shù)鉆孔轉(zhuǎn)彎半徑小,無(wú)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(duì)不擴(kuò)孔徑向水平井的鉆進(jìn)有極大的意義。采用仿真模擬流動(dòng)與試驗(yàn)相結(jié)合,針對(duì)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(duì)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(chǎng)。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(fù)壓,在0.7 Dn處負(fù)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(kuò)散角度受噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響,受直柱段長(zhǎng)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(shì),對(duì)射流流場(chǎng)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(kuò)展角都有明顯

3、增強(qiáng)。射流流場(chǎng)中壓力變化趨勢(shì)與單一的cone-down噴嘴射流壓力變化基本相同,負(fù)壓區(qū)的范圍變化有一定增加。擴(kuò)展角比cone-down噴嘴的射流擴(kuò)展角增加大約15°～20°。通過(guò)破巖實(shí)驗(yàn),內(nèi)置葉輪的cone-down與錐形噴嘴組合后噴嘴射流破巖時(shí)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(qiáng)。內(nèi)置葉輪之后,破巖擴(kuò)孔直徑最大可以達(dá)到40mm,直柱段長(zhǎng)度與直徑之間的關(guān)系L=1.5d～2d時(shí),噴嘴的破巖效果比較優(yōu)