CN109184655A - 连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂工具及方法 - Google Patents

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CN109184655A CN201811389155.3A CN201811389155A CN109184655A CN 109184655 A CN109184655 A CN 109184655A CN 201811389155 A CN201811389155 A CN 201811389155A CN 109184655 A CN109184655 A CN 109184655A
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Abstract

本发明涉及一种连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂工具及方法，以解决现有技术中只能以恒定水力能量进行水力压裂的问题。该工具包括：相连的脉冲频率调节装置以及液体喷射装置；脉冲频率调节装置包括：转子；转动件和固定件；定子，定子与转子之间偏心设置；液体喷射装置具有：喷腔以及与喷腔连通的喷嘴；连续油管提供的一部分第一流体通过转子内的通道流入至喷腔中，同时与连续油管提供的另一部分第一流体一起驱动转子转动，使转动件与固定件之间以预定脉冲频率形成供连续油管提供的另一部分第一流体间歇式通过的第一通过区域，通过第一通过区域的另一部分第一流体流入至喷腔中，喷嘴将两部分第一流体在喷腔内混合后向外喷射。

Description

连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂工具及方法
技术领域
本发明涉及石油天然气水力压裂领域，具体是一种连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂工具及方法。
背景技术
随着非常规气资源以及边际油气藏的大量开发与利用，对装备和工艺技术水平的精细化程度要求不断提升。特别是我国页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规气资源要达到商业开发，水力压裂储层改造是必不可少的手段之一。常规水力压裂利用地面压裂车在套管内泵入高压液体致裂岩石，通过多次反复作业达到改造多段储层的目的，但常规水力压裂技术也面临着规模大、耗能大、精细化程度低等问题。水力喷射压裂是常规水力压裂中的一种，在常规水力压裂基础上增加了井下水力喷射工具，解决了多次起下管柱问题，但由于井下水力喷射工具使用寿命有限，往往一个需多段改造的储层也需要多次起下管柱，相对于常规水力压裂更节能、更精准化。而脉冲水力压裂是在水力喷射压裂基础上发展成的一种即节能又高效的新工艺技术，具有水力喷射压裂一切优点，还具有更节能、更高效的特性，已得到行业内广泛认可，但当前受制于部分装备技术水平，发展受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂工具及方法，以解决现有技术中只能按照恒定的水力能量进行水力压裂的问题。
本发明的技术方案为：
本发明提供了一种连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂工具，包括：相连的脉冲频率调节装置以及液体喷射装置；所述脉冲频率调节装置包括：
内部设有通道的转子，其用于供连续油管提供的一部分第一流体通过；
布设在所述转子外围的转动件和固定件，所述转动件随所述转子一体转动，所述转子相对于所述固定件转动；
布设在所述转子外围的定子，所述转子相对于所述定子转动，所述定子与所述转子之间偏心设置，且所述定子和所述转子之间具有间隙；
所述液体喷射装置具有：连通所述转子内的通道以及所述定子和所述转子之间形成的间隙的喷腔，以及与所述喷腔连通的喷嘴；
连续油管提供的第一流体中的一部分通过所述转子内的通道流入至所述喷腔中，所述转子带动所述转动件相对于所述固定件转动，使所述转动件与所述固定件之间以预定脉冲频率形成供连续油管提供的第一流体中的另一部分间歇式通过的第一通过区域，通过所述第一通过区域的另一部分第一流体经过所述转子和所述定子之间的间隙流入至所述喷腔中，两部分第一流体在所述喷腔内混合后形成的脉冲水力能量通过所述喷嘴向外喷射；
所述转子由进入至所述通道中的一部分第一流体和进入至所述间隙中的另一部分第一流体共同驱动后进行转动。
优选地，所述固定件上设有供第二流体通过的第二通过区域，通过所述第二通过区域的第二流体与通过所述喷嘴向外喷射的脉冲水力能量配合形成对岩石进行致裂的水力能量。
优选地，所述固定件在所述转子的径向方向上的长度大于所述转动件在所述转子的径向方向上的长度。
优选地，所述转动件由位于同一平面的多个第一扇形板组成，且相邻两个第一扇形板之间具有第一间隔区域，
所述固定件由位于同一平面的多个第二扇形板组成，且相邻两个第二扇形板之间具有第二间隔区域；
所述第一通过区域为在所述转动件部分或完全垂直投影于所述固定件上时，所述第一间隔区域在所述第二间隔区域上的垂直投影和所述第二间隔区域形成的重叠区域；所述第二通过区域为在所述转动件完全垂直投影于所述第二通过区域上时，所述第二通过区域中未被所述转动件的垂直投影遮挡住的部分区域。
相邻两个第一扇形板之间的第一间隔区域在弧向上的长度小于或大于所述第二扇形板在弧向上的长度。
优选地，所述转动件为套设在所述转子上的第一环形盘，所述第一环形盘上设有第一过孔；
所述固定件为套设在所述转子上的第二环形盘，所述第二环形盘上被所述第一环形盘的垂直投影覆盖的部分设有第二过孔，所述第二环形盘上未被所述第一环形盘的垂直投影覆盖的部分设有第三过孔；
所述第一通过区域为在所述第一过孔的垂直投影部分位于所述第二过孔中时，所述第一过孔在所述第二过孔中的垂直投影与所述第二过孔形成的重叠区域；
所述第二通过区域为所述第三过孔围成的区域。
优选地，所述转子和所述定子通过偏心齿螺旋间隙配合。
优选地，所述固定件通过一环形圈套设在所述转子的外围，所述环形圈上具有供所述固定件沿所述转子的径向方向上可滑动地插入的通槽，在所述连续油管提供的第一流体中的另一部分进入至所述环形圈与所述转子之间时，所述固定件在另一部分第一流体的作用下沿远离所述转子的径向方向向外移动，以与所述转子间形成缝隙。
优选地，所述喷嘴为多个，多个所述喷嘴螺旋布置于所述喷腔外侧。
优选地，所述液体喷射装置朝向所述定子的端面具有容置腔，所述定子容置于所述容置腔中，所述液体喷射装置与所述定子螺纹连接。
优选地，所述预定脉冲频率通过公式：
计算获得，其中，f为预定脉冲频率，Q为通过连续油管泵入的总流量，E为所述定子和所述转子之间的偏心距，D为所述转子直径，T为导程。
优选地，所述转子和所述定子之间的压降通过公式：
计算获得，Δp为压降，Q为通过连续油管泵入总流量，L为转子长度，p为第一流体的密度，a为第一系数，b为第二系数，A为连续油管的平均内径，Re为雷诺数，dh为定子的外径，ds为转子的外径；
其中，第一系数通过公式：
获得，ne为环空流型指数；第一系数通过公式：
获得，ne为环空流型指数。
优选地，
通过喷嘴喷射出的脉冲水力能量的脉冲喷射压力通过公式：
计算获得，其中，Pe脉冲喷射压力，Q为通过连续油管泵入总流量，η为喷嘴效益系数，n为喷嘴数，d为喷嘴直径。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂方法，包括：将与连续油管连接的脉冲水力压裂工具安装至已注满第二流体的套管内，并将安装后得到的装置下入至井中的目标井深位置；
通过第一驱动装置对连续油管进行第一流体泵入；第一流体的其中一部分通过转子的通道流入至液体喷射装置的喷腔中，转子带动转动件相对于固定件转动，使转动件与固定件之间以预定脉冲频率形成供连续油管提供的另一部分第一流体间歇式通过的第一通过区域，通过第一通过区域的另一部分第一流体经过转子和定子之间的间隙流入至液体喷射装置上的喷腔中；通过液体喷射装置上的喷嘴将两部分第一流体在所述喷腔内混合后形成的脉冲水力能量对套管壁进行喷射，使套管上形成射孔；
完成射孔后，通过第一驱动装置对连续油管进行第一流体泵入，并通过第二驱动装置向套管内进行第二流体泵入；第二流体通过固定件上设置的第二通过区域进入至套管和定子之间的配合腔中，进入配合腔中的第二流体与喷嘴向外喷射的脉冲水力能量配合形成水力能量，形成的水力能量穿过套管上的射孔后对目标井深位置对应的岩石位置处进行致裂。
本发明的有益效果为：
1.脉冲水力压裂工具结构简单，稳定性好，排量大(能达到常规分段桥塞排量水平)、井下作业环境适应性强，解决了常规水力喷射压裂工具使用寿命短、排量受限等问题。
2.脉冲水力压裂工具的脉冲频率、脉冲喷射压力可以控制，达到精细化控制脉冲各项参数的目的，解决了脉冲水力压裂脉冲参数调节完全受制于井下工具或地面设备乃至流体流动通道(套管)等问题。
3.喷嘴的寿命长，脉冲水力压裂工具的密封方式简单，该工具能够随时进行密封与解封，坐封结构简单、易行，与该工具配套的方法解决了常规水力喷射压裂喷嘴易被加砂损坏的问题，减少了起下管柱次数，节约了水力压裂时间，可进一步降低成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工具分别和套管与连续油管配合的结构示意图；
图3为图2的A处放大示意图；
图4为转动件和固定件的配合结构图；
图5为固定件和环形圈的配合结构图；
图6为转子、定子以及液体喷射装置的配合结构图；
图7为在液体喷射装置上设置的喷嘴的第一种布局方式图；
图8为在液体喷射装置上设置的喷嘴的第二种布局方式图；
图9为本发明的工具生成的脉冲波形示意图；
附图标记说明：1—连接接头，2—旋转接头，3—转动件，4—固定件，5—螺杆外壳，6—转子，7—定子，8—喷腔，9—喷嘴，10—喷嘴口，11—通道，12—环形圈，13—重叠区，14—分流结构；15—连续油管；16—间隙；17—套管；18—配合腔。
具体实施方式
如图1至图8，本发明提供了一种连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂工具，包括：相连的脉冲频率调节装置以及液体喷射装置；脉冲频率调节装置包括：内部设有通道11的转子6，其用于供连续油管15提供的一部分第一流体通过；套设于转子6上的转动件3和固定件4，转动件3随转子6一体转动，转子6相对于固定件4转动；布设在所述转子6外围的定子7，所述转子6相对于所述定子7转动，所述定子7与所述转子6之间偏心设置，且所述定子7和所述转子6之间具有间隙16；液体喷射装置具有：连通所述转子6内的通道11以及所述定子7和所述转子6之间形成的间隙16的喷腔8，以及与所述喷腔8连通的喷嘴9；连续油管15提供的第一流体中的一部分通过所述转子6内的通道11流入至所述喷腔8中，并驱动所述转子6转动，所述转子6带动所述转动件3相对于所述固定件4转动，使所述转动件3与所述固定件4之间以预定脉冲频率形成供连续油管15提供的另一部分第一流体间歇式通过的第一通过区域，通过所述第一通过区域的另一部分第一流体经过所述转子6和所述定子7之间的间隙16流入至所述喷腔8中，所述喷嘴9将两部分第一流体在所述喷腔8内混合后形成的脉冲水力能量向外喷射；所述转子6由进入至所述通道11中的一部分第一流体和进入至所述间隙16中的另一部分第一流体共同驱动后进行转动。
其中，第一流体通过第一驱动装置(一个压裂车或者多个压裂车组成的第一套压裂车机组)泵入至连续油管15中，第二流体则通过第二驱动装置泵入至套管17中，通常来说，第一驱动装置为压裂车，第二驱动装置(第二套压裂机组)则包括压裂车和混砂车等。第一驱动装置向连续油管15泵入低排量高泵压的第一流体，第二驱动装置则向套管17泵入高排量适中泵压的第二流体。
其中，转子6由进入至通道11中的一部分第一流体和进入至间隙16中的另一部分第一流体共同驱动进行转动，泵入至连续油管15中的一部分第一流体在进入到转子6后，随着转子6同步转动，并进入至液体喷射装置中的喷腔8中；在转子6转动时，转子6带动转动件3随着其一体转动，转动件3相对于固定件4转动过程中，二者之间形成的第一通过区域所能够通过的第一流体的流量持续动态变化，具体为由大变小至由小变大的状态往复变化。这样，到达喷腔8中的第一流体由通过转子6进入的具有稳定进入流量的一部分第一流体和通过转子6和定子7之间进入的脉冲式进入流量的另一部分第一流体组成，使喷嘴9喷射出的脉冲水力能量的喷射压力为脉冲式的。
如图3所示，为了使得连续油管15提供的第一流体能够在进入工具时分成两部分进入，在转子6的头部连接有一个分流结构14和旋转接头2，分流结构14连接在旋转接头2和转子6之间，旋转接头2和连续油管15旋转连接，使得连续油管15不会随转子6一起转动；旋转接头2内部具有供连续油管15提供的第一流体通过的管道，分流结构14内部具有和连续油管15内部的管道连通的腔室，并且，该腔室还和转子6内部的通道11以及转动件3和固定件4之间形成的第一通过区域连通。这样，连续油管15提供的第一流体通过旋转接头2内部的管道进入至分流结构14的腔室中，在该腔室的出口处进行分流，一部分第一流体流入转子6内的通道11中，另一部分第一流体则流入至转动件3和固定件4之间的第一通过区域中。
其中，在进行岩石致裂工作时，需要将上述的工具安装至充满第二流体的套管17中，并且需要喷嘴9喷射出的脉冲水力能量先对套管壁进行喷射，使套管17上形成射孔。为了实现对套管17的特定位置处进行射孔，在本申请中，喷嘴9在液体喷射装置的外表面上的喷嘴口10应当相对于套管17上的目标位置设置。
本申请中，考虑到仅通过连续油管15泵入的第一流体的流体量无法满足对岩石致裂的要求，本申请中，还提供了能够使得可提高脉冲压力波峰值的第二流体进入至套管15和定子7之间的配合腔18，脉冲式喷射形成的脉冲水力能量在配合腔18内和第二流体进行配合，形成对岩石致裂的水力能量，以提高脉冲压力波峰值，进一步增强脉冲效果和满足射孔所需高压要求。为了使得第二流体能够进入至该配合腔18中，在本申请中，所述固定件4上设有供第二流体通过的第二通过区域，通过所述第二通过区域的第二流体与通过所述喷嘴9向外喷射的脉冲水力能量配合形成对岩石进行致裂的水力能量。另外，为了使得能够对目标岩石进行致裂，应当满足在套管17上喷射形成的射孔正对需要进行致裂的目标岩石位置处。这样，在第一流体对套管17的目标位置处喷射并形成射孔后，第一流体和第二流体配合后形成的水力能量能够对目标岩石处进行致裂。
为了通过本申请的工具能够形成脉冲水力能量且将形成的脉冲水力能量和第二流体进行配合形成对岩石致裂的水力能量，需要对固定件4和转动件3的结构进行特殊设置，以实现上述效果，本申请中，提供了两种固定件4和转动件3的具体实现方案。对于两种具体实现方案来说，都应当满足：所述固定件4在所述转子6的径向方向上的长度大于所述转动件3在所述转子6的径向方向上的长度。
其中，在第一种实现方案中，如图4所示，所述转动件3由位于同一平面的多个第一扇形板组成，且相邻两个第一扇形板之间具有第一间隔区域，所述固定件4由位于同一平面的多个第二扇形板组成，且相邻两个第二扇形板之间具有第二间隔区域；所述第一通过区域为在所述转动件3部分或完全垂直投影于所述固定件4上时，所述第一间隔区域在所述第二间隔区域上的垂直投影和所述第二间隔区域形成的重叠区域；所述第二通过区域为在所述转动件3完全垂直投影于所述第二通过区域上时，所述第二通过区域中未被所述转动件3的垂直投影遮挡住的部分区域。具体来说，转动件3和固定件4均为多个扇形件，并且，相邻两个第一扇形板之间的第一间隔区域在弧向上的长度小于所述第二扇形板在弧向上的长度，使得第一扇形板正向投影在第二扇形板上时，第一扇形板的投影总会和第二扇形板之间存在一个重叠区13；或者，相邻两个第一扇形板之间的第一间隔区域在弧向上的长度大于所述第二扇形板在弧向上的长度，使得第二扇形板正向投影在第一扇形板上时，第一扇形板的投影总会和第二扇形板之间存在一个重叠区13，该重叠区13的存在能使工具通过喷嘴9形成的脉冲水力能量穿过射孔直接射流到地层的目标岩石处，在储层中形成如9所示的脉冲波形图。另外，在第一种方案中的工具安装至套管17中时，第二扇形板的外表面和套管壁之间形成密封。
在第二种实现方式中，所述转动件3为套设在所述转子6上的第一环形盘，所述第一环形盘上设有第一过孔；所述固定件4为套设在所述转子6上的第二环形盘，所述第二环形盘上被所述第一环形盘的垂直投影覆盖的部分设有第二过孔，所述第二环形盘上未被所述第一环形盘的垂直投影覆盖的部分设有第三过孔；所述第一通过区域为在所述第一过孔的垂直投影部分位于所述第二过孔中时，所述第一过孔在所述第二过孔中的垂直投影与所述第二过孔形成的重叠区域；所述第二通过区域为所述第三过孔围成的区域。其中，第一环形盘和第二环形盘均为规则的圆盘，在第二种方案中的工具安装至套管17中时，第二环形盘的外表面与套管17的臂之间形成密封。
对于上述两种方案中的第二通过区域来说，无论该转动件3如何转动，其均不会被遮挡，这样，可以使得第二流体的进入流量处于一个持续不变的状态。
对于上述两种方案的固定件4来说，为了其在安装至套管17中，能够与套管壁之间形成密封，以及不会与转子6发生同步转动。在本申请中，如图5所示，所述固定件4通过一环形圈12套设在所述转子6的外围，所述环形圈12上具有供所述固定件4沿所述转子6的径向方向上可滑动地插入的通槽，在所述连续油管15提供的第一流体中的另一部分进入至所述环形圈12与所述转子6之间时，所述固定件4在另一部分第一流体的作用下沿所述转子6的径向方向向外移动，以与所述转子6间形成缝隙。具体来说，环形圈12通过间隙配合的方式套装在转子6上，在第一流体中的另一部分通过分流结构的出口流出后，其会进入至环形圈12和转子6间的间隙中，在进入该出间隙中的第一流体的作用下，使固定件4沿着转子6的径向方向向外移动，并与转子6之间形成缝隙。同时，，固定件4在受力移动后，受水力压差力作用，紧贴该套管17的内壁，达到密封效果。
另外，对于本申请中的转子6来说，如图1至3所示，其具体为具有多个弯折部的管件，所述转子6和所述定子7通过偏心齿螺旋间隙配合，从图1至3中也可以看出，在转子6和定子7之间形成的间隙16在不同位置处的宽度不同，达到将连续油管15提供的另一部分第一流体以脉冲方式通入至喷腔8中。
对于转子6和定子7来说，转子6与定子7按照一定的截面轮廓比分配，根据不同脉冲频率和转动件3的转动扭矩要求设定，主要轮廓比为1:2、3:4、5:6、7:8、9:10五种类型，转子6与定子7长度根据需要的转动件3转动扭矩确定，采取最短化原则，以降低工具自身长度和转子6与定子7之间的压降。转子6采用中空的结构，以降低摩阻和提高脉冲水力压裂工具的自身排量。
另外，在本申请中，所述液体喷射装置朝向所述定子7的端面具有容置腔，所述定子7容置于所述容置腔中，所述液体喷射装置与所述定子7螺纹连接。喷腔8为一自激振荡腔，具有一定增压效果。如图1至3所示，液体喷射装置具有一个长度与定子7长度相匹配的螺杆外壳5，容置腔设置在该螺杆外壳5上，定子7插入至该螺杆外壳5内的容置腔中，然后采用螺纹连接的方式连接，并形成密封。由于液体喷射装置通过螺接的方式连接该定子7，因此，可以根据具体需要，选择设计有不同喷嘴形式的液体喷射装置进行装配。
通过转子6和定子7的第一流体流至喷腔8，在与喷嘴9联合作用下，形成高压射流，提高脉冲压力波峰值，进一步增强脉冲效果和满足射孔所需高压要求。
为了提高固定件4和套管17间的密封性，固定件4远离转子6的外表面为曲面或弧形面，与套管17的内表面相紧密配合。根据工具型号不同，在固定件4和套管17之间的密封压力分为20MPa、40MPa、60MPa、70MPa、80MPa、100MPa、120MPa七个等级。
另外，为了将工具装配至套管17中后，转动件3可以自由地发生转动，转动件3在转子6的径向方向上的长度小于该固定件4在转子的径向方向上的长度。这样，套管17和转动件3的外表面之间即形成间距为1-2mm的间隙，使得转动件3可以相对套管17发生自由转动。同时，由于第二流体本身具有一定的粘性，其填充在该套管17和转动件3之间的间隙中，起到润滑密封效果。
对于本申请的上述工具，脉冲频率调节装置以及液体喷射装置采用合金钢制成。合金钢能耐磨和抗腐蚀。
如图1、2、3、7和8，本申请中，喷嘴9呈螺旋状态布置，分为30°、60°、90°、120°、180°五种，各喷嘴9之间螺旋距可根据套管17的射孔要求调节。另外，可按需求调整喷嘴9的个数、喷嘴9的螺旋角度，以满足不同套管17的射孔要求，压裂时可根据需要实施更换射孔所需高压流体喷射装置。
本申请中，对于预定脉冲频率可以进行调节，具体通过公式：
计算获得，其中，f为预定脉冲频率，Q为通过连续油管15泵入的总流量，E为定子7和转子6之间的偏心距，D为转子直径，T为导程。
另外，对于转子6和定子7之间的压降通过公式：
计算获得，Δp为压降，Q为通过连续油管15泵入的总流量，L为转子长度，p为第一流体的密度，a为第一系数，b为第二系数，A为连续油管15的平均内径，Re为雷诺数，dh为定子7的外径，ds为转子6的外径；
其中，第一系数通过公式：
获得，ne为环空流型指数；第一系数通过公式：
获得，ne为环空流型指数。
另外，通过喷嘴9喷射出的脉冲水力能量的脉冲喷射压力通过公式：
计算获得，其中，Pe脉冲喷射压力，Q为通过连续油管15泵入总流量，η为喷嘴效益系数，n为喷嘴数，d为喷嘴直径。
本发明的上述工具，能够在井下生成脉冲频率、脉冲喷射压力、排量(脉冲能量)等关键参数可控的脉冲水力能量，工具结构简单，稳定性好，寿命长，工具的密封效果好且密封方式简单，解决了常规水力喷射压裂喷嘴易磨损等问题，同时形成的脉冲水力能量更易致裂岩石，形成复杂缝网。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂方法，包括：
将与连续油管15连接的脉冲水力压裂工具安装至已注满第二流体的套管17内，并将安装后得到的装置下入至井中的目标井深位置；
通过第一驱动装置对连续油管17进行第一流体泵入；第一流体的其中一部分通过转子6的通道11流入至液体喷射装置的喷腔8中，转子6带动转动件3相对于固定件4转动，使转动件3与固定件4之间以预定脉冲频率形成供连续油管15提供的另一部分第一流体间歇式通过的第一通过区域，通过第一通过区域的另一部分第一流体经过转子6和定子7之间的间隙16流入至液体喷射装置上的喷腔8中；通过液体喷射装置上的喷嘴9将两部分第一流体在所述喷腔8内混合后形成的脉冲水力能量对套管壁进行喷射，使套管17上形成射孔；
完成射孔后，通过第一驱动装置对连续油管15进行第一流体泵入，并通过第二驱动装置向套管17内进行第二流体泵入；第二流体通过固定件4上设置的第二通过区域进入至套管17和定子7之间的配合腔18中，进入配合腔18中的第二流体与喷嘴9向外喷射的脉冲水力能量配合形成水力能量，形成的水力能量穿过套管17上的射孔后对目标井深位置对应的岩石位置处进行致裂。
具体地，上述方法在使用时，主要包括以下步骤：
步骤1，井筒准备：固井结束，用刮削器刮屑通井，再用洗井液或者清水洗井。
步骤2，井口压裂管线连接：根据套管的型号、地层破裂压裂大小要求连接1-3台压裂车在连续油管15上，达到能提供低排量高泵压的第一流体的要求。根据地层破裂压裂大小要求连接多台压裂车、混砂车等在连续油管15与套管17环空上，满足能提供高排量适中泵压的第二流体的要求，管线从压裂井口四通接入。两套管线为互相独立管线，汇入同一指挥控制车，便于配合操作和控制。
步骤3，坐封脉冲水力压裂工具：先让套管17内充满第二流体，再将连续油管15连接在脉冲水力压裂生成工具的接头上，把工具按照要求下入到井的指定的目标井深位置，通过第一驱动装置(第一套压裂车机组)向连续油管15打压，打压至脉冲水力压裂工具的额定密封压力，并稳压，保持该工具一直处于密封状态。
步骤4，射孔：通过四通向连续油管15与套管17环空之间注入一定平衡压力，再采用低排量高泵压方式通过第一驱动装置向连续油管15中泵入第一流体，利用喷射射流作用完成射孔。
步骤5，首段压裂：射孔结束后，启动第二套压裂车机组，向连续油管15与套管17环空之间泵入高排量适中泵压的第二流体，同时继续向连续油管15内泵入低排量高泵压的第一流体。施工中可根据地层实际情况，实时调节连续油管15内泵压，以达到调节脉冲压力波峰值的目的。支撑剂等相关材料通过四通接头和第二套压裂机组加入，加入支撑剂速度应小于常规桥塞分段压裂速度，防止转动件3封堵。完成预定泵注程序后，该段脉冲水力压裂结束。
步骤6，解封脉冲水力压裂工具：首段压裂结束后，第一套压裂车机组地面卸压，解封脉冲水力压裂工具。
步骤7，第二段压裂：上提脉冲水力压裂工具至第二段压裂指定位置(若需更换脉冲水力压裂工具，则上提所有管柱到地面更换)；随后坐封工具、射孔、再按照首段压裂方步骤进行第二段压裂。
步骤8，剩余层段压裂：重复步骤7进行剩余层段压裂，同时注意观测施工泵压检测脉冲水力压裂工具是否有损坏。
步骤9，所有压裂的层段压裂完成，解封脉冲水力压裂工具，上体管柱，压裂结束。
本发明的上述工具和方法，能够应用于石油天然气储层水力压裂改造、储层解堵或储层增产等领域。在井下能生成频率、压力、排量等关键参数可控的脉冲能量，工具结构简单，稳定性好，寿命长，工具坐封简单，解决了常规水力喷射压裂喷嘴易磨损等问题，同时形成的脉冲水力能量更易致裂岩石，形成复杂缝网。
具体来说，本发明的上述工具和方法具有如下效果：
1.脉冲水力压裂工具结构简单，稳定性好，排量大(能达到常规分段桥塞排量水平)、井下作业环境适应性强，解决了常规水力喷射压裂工具使用寿命短、排量受限等问题。
2.脉冲水力压裂工具的脉冲频率、脉冲喷射压力可以控制，达到精细化控制脉冲各项参数的目的，解决了脉冲水力压裂脉冲参数调节完全受制于井下工具或地面设备乃至流体流动通道(套管)等问题。
3.喷嘴9的寿命长，脉冲水力压裂工具的密封方式简单，该工具能够随时进行密封与解封，坐封结构简单、易行，与该工具配套的方法解决了常规水力喷射压裂喷嘴易被加砂损坏的问题，减少了起下管柱次数，节约了水力压裂时间，可进一步降低成本。

Claims (14)

1.一种连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂工具，其特征在于，包括：相连的脉冲频率调节装置以及液体喷射装置；所述脉冲频率调节装置包括：
内部设有通道(11)的转子(6)，其用于供连续油管(15)提供的一部分第一流体通过；
布设在所述转子(6)外围的转动件(3)和固定件(4)，所述转动件(3)随所述转子(6)一体转动，所述转子(6)相对于所述固定件(4)转动；
布设在所述转子(6)外围的定子(7)，所述转子(6)相对于所述定子(7)转动，所述定子(7)与所述转子(6)之间偏心设置，且所述定子(7)和所述转子(6)之间具有间隙(16)；
所述液体喷射装置具有：连通所述转子(6)内的通道(11)以及所述定子(7)和所述转子(6)之间形成的间隙(16)的喷腔(8)，以及与所述喷腔(8)连通的喷嘴(9)；
连续油管(15)提供的第一流体中的一部分通过所述转子(6)内的通道(11)流入至所述喷腔(8)中，所述转子(6)带动所述转动件(3)相对于所述固定件(4)转动，使所述转动件(3)与所述固定件(4)之间以预定脉冲频率形成供连续油管(15)提供的第一流体中的另一部分间歇式通过的第一通过区域，通过所述第一通过区域的另一部分第一流体经过所述转子(6)和所述定子(7)之间的间隙(16)流入至所述喷腔(8)中，两部分第一流体在所述喷腔(8)内混合后形成的脉冲水力能量通过所述喷嘴(9)向外喷射；
所述转子(6)由进入至所述通道(11)中的一部分第一流体和进入至所述间隙(16)中的另一部分第一流体共同驱动后进行转动。
2.根据权利要求1所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述固定件(4)上设有供第二流体通过的第二通过区域，通过所述第二通过区域的第二流体与通过所述喷嘴(9)向外喷射的脉冲水力能量配合形成对岩石进行致裂的水力能量。
3.根据权利要求2所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述固定件(4)在所述转子(6)的径向方向上的长度大于所述转动件(3)在所述转子(6)的径向方向上的长度。
4.根据权利要求3所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述转动件(3)由位于同一平面的多个第一扇形板组成，且相邻两个第一扇形板之间具有第一间隔区域，
所述固定件(4)由位于同一平面的多个第二扇形板组成，且相邻两个第二扇形板之间具有第二间隔区域；
所述第一通过区域为在所述转动件(3)部分或完全垂直投影于所述固定件(4)上时，所述第一间隔区域在所述第二间隔区域上的垂直投影和所述第二间隔区域形成的重叠区域；所述第二通过区域为在所述转动件(3)完全垂直投影于所述第二通过区域上时，所述第二通过区域中未被所述转动件(3)的垂直投影遮挡住的部分区域。
5.根据权利要求4所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，相邻两个第一扇形板之间的第一间隔区域在弧向上的长度小于或大于所述第二扇形板在弧向上的长度。
6.根据权利要求3所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述转动件(3)为套设在所述转子(6)上的第一环形盘，所述第一环形盘上设有第一过孔；
所述固定件(4)为套设在所述转子(6)上的第二环形盘，所述第二环形盘上被所述第一环形盘的垂直投影覆盖的部分设有第二过孔，所述第二环形盘上未被所述第一环形盘的垂直投影覆盖的部分设有第三过孔；
所述第一通过区域为在所述第一过孔的垂直投影部分位于所述第二过孔中时，所述第一过孔在所述第二过孔中的垂直投影与所述第二过孔形成的重叠区域；
所述第二通过区域为所述第三过孔围成的区域。
7.根据权利要求1所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述转子(6)和所述定子(7)通过偏心齿螺旋间隙配合。
8.根据权利要求1所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述固定件(4)通过一环形圈(12)套设在所述转子(6)的外围，所述环形圈(12)上具有供所述固定件(4)沿所述转子(6)的径向方向上可滑动地插入的通槽，在所述连续油管(15)提供的第一流体中的另一部分进入至所述环形圈(12)与所述转子(6)之间时，所述固定件(4)在另一部分第一流体的作用下沿所述转子(6)的径向方向向外移动，以与所述转子(6)间形成缝隙。
9.根据权利要求1所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述喷嘴(9)为多个，多个所述喷嘴(9)螺旋布置于所述喷腔(8)外侧。
10.根据权利要求1所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述液体喷射装置朝向所述定子(7)的端面具有容置腔，所述定子(7)容置于所述容置腔中，所述液体喷射装置与所述定子(7)螺纹连接。
11.根据权利要求1所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述预定脉冲频率通过公式：
计算获得，其中，f为预定脉冲频率，Q为通过连续油管(15)泵入总流量，E为所述定子(7)和所述转子(6)之间的偏心距，D为所述转子(6)直径，T为导程。
12.根据权利要求1所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，所述转子(6)和所述定子(7)之间的压降通过公式：
计算获得，Δp为压降，Q为通过连续油管(15)泵入总流量，L为转子(6)长度，p为第一流体的密度，a为第一系数，b为第二系数，A为连续油管(15)的平均内径，Re为雷诺数，dh为定子(7)的外径，ds为转子(6)的外径；
其中，第一系数通过公式：
获得，ne为环空流型指数；第一系数通过公式：
获得，ne为环空流型指数。
13.根据权利要求1所述的脉冲水力压裂工具，其特征在于，通过喷嘴(9)喷射出的脉冲水力能量的脉冲喷射压力通过公式：
计算获得，其中，Pe脉冲喷射压力，Q为通过连续油管(15)泵入总流量，η为喷嘴效益系数，n为喷嘴数，d为喷嘴直径。
14.一种连续油管拖动带底部坐封式的脉冲水力压裂方法，其特征在于，包括：
将与连续油管(15)连接的脉冲水力压裂工具安装至已注满第二流体的套管(17)内，并将安装后得到的装置下入至井中的目标井深位置；
通过第一驱动装置对连续油管(17)进行第一流体泵入；第一流体的其中一部分通过转子(6)的通道(11)流入至液体喷射装置的喷腔(8)中，转子(6)带动转动件(3)相对于固定件(4)转动，使转动件(3)与固定件(4)之间以预定脉冲频率形成供连续油管(15)提供的另一部分第一流体间歇式通过的第一通过区域，通过第一通过区域的另一部分第一流体经过转子(6)和定子(7)之间的间隙(16)流入至液体喷射装置上的喷腔(8)中；通过液体喷射装置上的喷嘴(9)将两部分第一流体在所述喷腔(8)内混合后形成的脉冲水力能量对套管壁进行喷射，使套管(17)上形成射孔；
完成射孔后，通过第一驱动装置对连续油管(15)进行第一流体泵入，并通过第二驱动装置向套管(17)内进行第二流体泵入；第二流体通过固定件(4)上设置的第二通过区域进入至套管(17)和定子(7)之间的配合腔(18)中，进入配合腔(18)中的第二流体与喷嘴(9)向外喷射的脉冲水力能量配合形成水力能量，形成的水力能量穿过套管(17)上的射孔后对目标井深位置对应的岩石位置处进行致裂。
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