CN110965953A - 一种水力脉冲波动发生装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水力脉冲波动发生装置及使用方法，属于石油、天然气开发增产增注改造技术领域，装置包括上接头、下接头、导流管和盲堵，上接头和下接头分别安装于导流管两端，导流管内部设有导流槽和导流腔，导流管中间位置设有射流喷嘴，下接头外侧安装有盲堵，导流管外侧活动设有旋转轮，旋转轮内侧设有射流腔，射流腔内侧设有过流喷嘴，过流喷嘴位置与射流喷嘴位置对应。本发明采用周向旋转运动喷射蓄能，该方式大大提高了装置的可靠性和井筒环境的适应范围，大幅延长装置使用寿命。

Description

一种水力脉冲波动发生装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种水力脉冲波动发生装置及使用方法，属于石油、天然气开发增产增注改造技术领域。

背景技术

随着我国石油工业的不断壮大，石油开发已进入非常规油气资源的开发时期，如何提高非常规油气资源的开发效果和降低开发成本是现阶段新课题。对此，近年来很多知名专家提出了水力波动压裂、波动辅助化学驱、脉冲冲击波增透等一系列前沿新技术，其主要是利用脉冲产生的冲击波带、压缩波带、弹性波带对目标层进行长期激励和扰动，通过破裂、撕裂等作用，起到扩孔增渗、降压、洗油等目的；由于脉冲波动技术具有投资低、环保、安全、工艺相对简单等优点，具有很好的发展前景。

目前，脉冲波动技术室内研究较多，现场应用较少，其主要原因是脉冲发生装置的研究较少，已成为制约该技术大面积现场推广的关键因素。现有报道的脉冲波动发生装置大多数都是基于活塞式结构，由于受到密封形式的影响，在压裂、采出水回注等工艺方面受到很多的限制，导致其可靠性很低，井下故障较高，无法长期在井下工作。

中国专利文件CN108425626A公开了一种投球控制式水力脉冲工具及方法，该投球控制式水力脉冲工具，至少包括管状的壳体，壳体内通过压帽连接有水力脉冲发生装置，水力脉冲发生装置包括水力脉冲发生器和盖板，水力脉冲发生器外壁通过连接有具有圆弧外表面的盖板形成完整的圆柱体结构，所述水力脉冲发生器为管状体，管状体的圆周上均匀设置有脉冲腔，脉冲腔与盖板形成径向密封的腔体。该发明的水力脉冲发生装置进行单向的脉冲释放，适应范围较小。

有鉴于此，研发一种提高装置的可靠性和井筒环境的适应范围，可以不断放大脉冲振幅，释放产生高振幅脉冲冲击波的脉冲波动发生装置是十分有必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种水力脉冲波动发生装置，该装置提高了可靠性和井筒环境的适应范围，可以不断放大脉冲振幅，释放产生高振幅脉冲冲击波。

本发明还提供一种水力脉冲波动发生装置的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种水力脉冲波动发生装置，包括上接头、下接头、导流管和盲堵，上接头和下接头分别安装于导流管两端，导流管内部设有导流槽和导流腔，导流管中间位置设有射流喷嘴，下接头外侧安装有盲堵，导流管外侧活动设有旋转轮，旋转轮内侧设有射流腔，射流腔内侧设有过流喷嘴，过流喷嘴位置与射流喷嘴位置对应。

优选的，导流管两端外侧安装有支撑转轴，旋转轮通过支撑转轴安装于导流管外侧。

优选的，导流腔过流面积为导流槽过流面积的2倍及以上，导流腔过流体积为导流槽过流体积的3倍及以上。

优选的，射流腔两侧设有液封腔，液封腔用于封堵射流腔内的液体。

进一步优选的，液封腔为细长型腔体，由于液流阻力很大，液封腔阻止液体漏失，进而起到液封的目的。

优选的，射流腔体积大于液封腔体积，液封腔长度大于射流腔长度。

进一步优选的，射流腔体积为液封腔体积的5倍及以上。

优选的，旋转轮两端内侧设有密封环，密封环嵌入上接头和下接头，实现旋转轮的整体密封要求。

优选的，旋转轮外侧安装有喷嘴调节环，喷嘴调节环设有喷嘴，喷嘴位置与过流喷嘴位置对应。

进一步优选的，喷嘴与过流喷嘴的组合采用垂直漏斗形或非垂直漏斗形，垂直漏斗形组合中，过流喷嘴与喷嘴的中心线与径向重合；非垂直漏斗形组合中，过流喷嘴与喷嘴的中心线与径向斜向交叉，通过改变喷嘴的大小和形状，满足不同流量和脉中频率的需求。

优选的，喷嘴调节环通过定位螺栓安装于旋转轮外侧，保证喷嘴位置与过流喷嘴位置固定，不会发生位置偏移。

优选的，射流喷嘴的数量为4个，过流喷嘴的数量为2个。

优选的，上接头和下接头的外侧安装有居中扶正体，居中扶正体上设有过流槽，保证旋转轮在井筒环境中处于居中位置，确保旋转轮稳定灵活的旋转工作，同时方便装置下入井筒和后期起出井筒。

优选的，导流管内的液体为压裂液、注入水、泡沫液或酸液中的一种。

一种水力脉冲波动发生装置的使用方法，步骤如下：

管道将液体注入导流管，液体经导流槽进入导流腔内部，液速突然高低变换，形成水力空化现象，有利于液体射流，液体经过射流喷嘴改变流动方向和速度，对旋转轮内表面产生切向力促使旋转轮连续不断的高速旋转，旋转轮带动喷嘴调节环一起运动，过流喷嘴旋转至与射流喷嘴位置重合时，射流腔内高速流体瞬间释放，通过旋转轮的高速旋转和喷嘴的间断释放可连续改变射流腔内液流体积，产生脉冲波动扰动，导流腔和射流腔内形成谐振，使喷嘴出口脉冲振幅放大，产生高振幅脉冲冲击波，形成冲击波带加载于井筒内液体产生压缩波带，源源不断的在油层内部形成弹性波作用于目的油层。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用周向旋转运动喷射蓄能，该方式大大提高了装置的可靠性和井筒环境的适应范围，大幅延长装置使用寿命。

2、本发明通过水力空化和谐振作用，不断放大脉冲振幅，释放产生高振幅脉冲冲击波，通过产生的冲击波带、压缩波带、弹性波带不断持续加载于油气层，改善储层环境，提高驱油效率。

3、本发明具体操作时，可根据油田现场需要设置不同的喷嘴大小，满足不同流量和脉中频率的需求，也可选择多级装置的串联来满足更大注入大排量的需求，使用方便、简单。

4、本发明可以用于分层注水井的波动注水或者油井的近井筒地带解堵，环空加砂压裂改造等工艺中，为井口降压增注、变排量压裂等新工艺的实施提供技术支持。

附图说明

图1为本发明的正面剖视图

图2为图1中的垂直漏斗形喷嘴与过流喷嘴组合结构的A-A处剖面示意图

图3为图2中的D处局部放大示意图

图4为图1中的非垂直漏斗形喷嘴与过流喷嘴组合结构的A-A处剖面示意图

图5为图4中的E处局部放大示意图

图6为图1中的B-B处剖面示意图

图7为图1中的C-C处处剖面示意图

图8为本发明的输出一个周期内的脉冲示意图

其中：1、上接头；2、居中扶正体；3、导流管；4、导流槽；5、密封环；6、支撑转轴；7、旋转轮；8、导流腔；9、液封腔；10、定位螺栓；11、喷嘴；12、过流喷嘴；13、射流喷嘴；14、射流腔；15、喷嘴调节环；16、过流槽；17、下接头；18、盲堵；S、时间；F、振幅。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种水力脉冲波动发生装置，包括上接头1、下接头17、导流管3和盲堵18，上接头1和下接头17分别安装于导流管3两端，导流管3内部设有导流槽4和导流腔8，导流管3中间位置设有射流喷嘴13，下接头17外侧安装有盲堵18，导流管3外侧活动设有旋转轮7，旋转轮7内侧设有射流腔14，射流腔14内侧设有过流喷嘴12，过流喷嘴12位置与射流喷嘴13位置对应，过流喷嘴位置与射流喷嘴高度位置对应，保证流体的释放不受阻碍，射流喷嘴的数量为4个，过流喷嘴的数量为2个，导流腔过流面积为导流槽过流面积的2倍及以上，导流腔过流体积为导流槽过流体积的3倍及以上。

实施例2：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，导流管3两端外侧安装有支撑转轴6，旋转轮7通过支撑转轴6安装于导流管3外侧，通过支撑转轴6带动旋转轮7高速旋转，射流腔14两侧设有液封腔9，液封腔9结构如图7所示，液封腔9为细长型腔体，由于液流阻力很大，液封腔9阻止液体漏失，进而起到液封的目的，射流腔体积大于液封腔体积，液封腔长度大于射流腔长度，射流腔体积为液封腔体积的5倍及以上。

实施例3：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例2所述，不同之处在于，旋转轮7内侧两端设有密封环5，密封环5嵌入上接头和下接头，实现旋转轮7的整体密封要求。

实施例4：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，旋转轮7外侧安装有喷嘴调节环15，喷嘴调节环15设有喷嘴11，喷嘴11位置与过流喷嘴12位置对应，喷嘴位置与过流喷嘴位置固定，保证流体的同步释放，喷嘴11与过流喷嘴12的组合采用垂直漏斗形，开口处朝外，如图2-3所示，垂直漏斗形组合中，过流喷嘴12与喷嘴11的中心线与径向重合。

垂直漏斗形喷嘴可以有效降低排出流体所产生的摩擦阻力，可以帮助排出流体更好地提高喷射平直度，提高更高的喷射频率、更低的驱动压力，同时对液体形状和位置要求不高；由于流体是垂直于套管喷射，产生的脉冲波在地层传播效率更高，更有助于地层深部处理效果的提升，对于波动注水/压裂效果更好。

实施例5：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例4所述，不同之处在于，喷嘴11与过流喷嘴12的组合采用非垂直漏斗形，大开口处朝外，如图4-5所示，非垂直漏斗形组合中，过流喷嘴与喷嘴的中心线与径向斜向交叉。

非垂直漏斗形喷嘴可以有效降低排出流体所产生的摩擦阻力，可以帮助排出流体更高的喷射频率、更低的驱动压力，同时对液体形状和位置要求不高；由于流体是非垂直于套管喷射，产生的脉冲波在地层传播效率较低，但更有助于井筒近井地带解堵处理效果的提升。

实施例6：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例4所述，不同之处在于，喷嘴调节环15通过定位螺栓10安装于旋转轮7外侧，保证喷嘴位置与过流喷嘴位置固定，不会发生位置偏移。

实施例7：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，上接头1和下接头17的外侧安装有居中扶正体2，居中扶正体2上设有过流槽16，如图6所示，保证旋转轮7在井筒环境中处于居中位置，确保旋转轮7稳定灵活的旋转工作，同时方便装置下入井筒和后期起出井筒。

实施例8：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，导流管3内选用的液体为压裂液。

实施例9：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，导流管3内选用的液体为注入水。

实施例10：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，导流管3内选用的液体为泡沫液。

实施例11：

一种水力脉冲波动发生装置，结构如实施例1所述，不同之处在于，导流管3内选用的液体为酸液。

实施例12：

一种如实施例4所述的水力脉冲波动发生装置的使用方法，步骤如下：

管道将液体注入导流管3，液体经导流槽4进入导流腔8内部，液速突然高低变换，形成水力空化现象，有利于液体射流，液体经过射流喷嘴改变流动方向和速度，对旋转轮7内表面产生切向力促使旋转轮7连续不断的高速旋转，旋转轮7带动喷嘴调节环15一起运动，过流喷嘴12旋转至与射流喷嘴13位置重合时，射流腔14内高速流体瞬间释放，通过旋转轮的高速旋转和喷嘴11的间断释放可连续改变射流腔14内液流体积，产生脉冲波动扰动，导流腔8和射流腔14内形成谐振，使喷嘴11出口脉冲振幅放大，产生高振幅脉冲冲击波，形成冲击波带加载于井筒内液体产生压缩波带，源源不断的在油层内部形成弹性波作用于目的油层。

水力脉冲波动发生装置输出一个周期内的脉冲如图8所示。

Claims (10)

1.一种水力脉冲波动发生装置，其特征在于，包括上接头、下接头、导流管和盲堵，上接头和下接头分别安装于导流管两端，导流管内部设有导流槽和导流腔，导流管中间位置设有射流喷嘴，下接头外侧安装有盲堵，导流管外侧活动设有旋转轮，旋转轮内侧设有射流腔，射流腔内侧设有过流喷嘴，过流喷嘴位置与射流喷嘴位置对应。

2.如权利要求1所述的一种水力脉冲波动发生装置，其特征在于，导流管两端外侧安装有支撑转轴，旋转轮通过支撑转轴安装于导流管外侧。

3.如权利要求1所述的一种水力脉冲波动发生装置，其特征在于，导流腔过流面积为导流槽过流面积的2倍及以上，导流腔过流体积为导流槽过流体积的3倍及以上。

4.如权利要求1所述的一种水力脉冲波动发生装置，其特征在于，射流腔两侧设有液封腔，液封腔为细长型腔体；

优选的，射流腔体积大于液封腔体积，液封腔长度大于射流腔长度；

进一步优选的，射流腔体积为液封腔体积的5倍及以上。

5.如权利要求1所述的一种水力脉冲波动发生装置，其特征在于，旋转轮两端内侧设有密封环，密封环嵌入上接头和下接头。

6.如权利要求1所述的一种水力脉冲波动发生装置，其特征在于，旋转轮外侧安装有喷嘴调节环，喷嘴调节环通过定位螺栓安装于旋转轮外侧，喷嘴调节环设有喷嘴，喷嘴位置与过流喷嘴位置对应，喷嘴与过流喷嘴的组合采用垂直漏斗形或非垂直漏斗形，垂直漏斗形组合中，过流喷嘴与喷嘴的中心线与径向重合；非垂直漏斗形组合中，过流喷嘴与喷嘴的中心线与径向斜向交叉。

7.如权利要求1所述的一种水力脉冲波动发生装置，其特征在于，射流喷嘴的数量为4个，过流喷嘴的数量为2个。

8.如权利要求1所述的一种水力脉冲波动发生装置，其特征在于，上接头和下接头的外侧安装有居中扶正体，居中扶正体上设有过流槽。

9.如权利要求1所述的一种水力脉冲波动发生装置，其特征在于，导流管内的液体为压裂液、注入水、泡沫液或酸液中的一种。

10.一种如权利要求6所述的水力脉冲波动发生装置的使用方法，步骤如下：

管道将液体注入导流管，液体经导流槽进入导流腔内部，液速突然高低变换，形成水力空化现象，有利于液体射流，液体经过射流喷嘴改变流动方向和速度，对旋转轮内表面产生切向力促使旋转轮连续不断的高速旋转，旋转轮带动喷嘴调节环一起运动，过流喷嘴旋转至与射流喷嘴位置重合时，射流腔内高速流体瞬间释放，通过旋转轮的高速旋转和喷嘴的间断释放可连续改变射流腔内液流体积，产生脉冲波动扰动，导流腔和射流腔内形成谐振，使喷嘴出口脉冲振幅放大，产生高振幅脉冲冲击波，形成冲击波带加载于井筒内液体产生压缩波带，源源不断的在油层内部形成弹性波作用于目的油层。

Images