CN112360416B - 一种双旋式压力脉冲转换器以及水力压裂注液装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双旋式压力脉冲转换器以及水力压裂注液装置，双旋式压力脉冲转换器包括双扇形密封件、内螺旋转子和外转环套，双扇形密封件与内螺旋转子固连构成转动体，双扇形密封件具有两个扇形封板；内螺旋转子上设置有两个螺旋扇面体，螺旋扇面体内部设置有螺旋流道；外转环套上设置有两个扇形密封端，两个扇形密封端之间的空隙空间构成两个扇形导流孔；外转环套的内部设置有两个螺旋体，螺旋体的表面开设有导流槽，扇形密封端上开设有与导流槽连通的导流小孔。通过该双旋式压力脉冲转换器能够将常规连续泵注转换为交变循环脉动泵注，使致密储层岩石处于循环应力加载状态，从而更有利于形成复杂裂缝网络，大幅度提高油气增产效果。

Description

一种双旋式压力脉冲转换器以及水力压裂注液装置

技术领域

本申请属于石油工程中水力压裂技术领域，具体涉及一种双旋式压力脉冲转换器以及水力压裂注液装置。

背景技术

页岩气等非常规油气资源，因其储层岩石致密，渗透率极低，油气开采困难，主要依靠水力压裂的方式在致密储层中形成尽可能复杂的人工裂缝网络，来获得工业化产量。水力压裂技术是保障低渗油气资源开发、实现经济产能的关键技术方法，也是实现非常规油气资源规模化开采的必要手段。

在非常规油气储层中，采用常规恒定排量的泵注方式压裂施工形成复杂裂缝网络通常需要较为苛刻的天然储层条件，比如储层天然裂缝发育、储层岩石本身脆度较高以及地应力差(σ_H-σ_h)较小等；而大多数储层往往不具备该条件，所以常规恒定排量压裂所形成水力裂缝仍然以双翼缝为主，如何在压裂施工中形成复杂裂缝网络依然是亟待突破的关键技术难题。为了提高储层改造效果，通常对致密储层只能采用多级压裂，配合限流压裂等复杂的工艺措施，以尽可能产生多条平行双翼缝的方式来弥补单条双翼缝导流能力不足的问题。而在水力压裂中，如何采用高效低成本的方式来起裂更多水力裂缝是水力压裂技术发展的重要突破方向。

当前，我国长庆油田采用反复开停泵的方式来进行低频次循环泵注压裂，通过该方式能在储层中产生低频交变泵注压力。相对于常规恒定排量泵注压裂而言，循环泵注压裂在油田现场施工中产生了更多且更为复杂的水力裂缝，取得了平均单井产量增加30％的效果。随着该种压裂方式的推广应用，在其他油田现场也取得了大幅度的增产效果。

通常油气储层开采时所使用的脉冲压力泵，所提供的循环脉动压力幅值较低，而脉动频次也过高(>20HZ)，其使用范围仅限于煤层气储层的御压增透和增产开采，难以满足更为复杂的裂缝网路的使用要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种双旋式压力脉冲转换器以及水力压裂注液装置，通过该工具能够将常规连续泵注转换为交变循环脉动泵注，使储层岩石处于循环应力加载状态，从而更有利于在致密储层中产生复杂水力裂缝网络，大幅度提高水力压裂的增产效果。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种双旋式压力脉冲转换器，包括双扇形密封件、内螺旋转子和外转环套，所述双扇形密封件与所述内螺旋转子固连构成转动体，所述转动体与所述外转环套转动配合，且所述双扇形密封件位于所述外转环套外部、所述内螺旋转子位于所述外转环套内部；所述双扇形密封件具有两个呈中心对称分布的扇形封板；所述内螺旋转子上沿周向对称设置有两个螺旋扇面体，所述螺旋扇面体内部设置有螺旋流道；在转动体中，两个所述螺旋扇面体与两个所述扇形封板沿周向交替分布；所述外转环套的其中一端为压裂液通口、另一端设置有两个呈中心对称分布的扇形密封端，所述扇形密封端位于所述双扇形密封件与所述内螺旋转子之间，两个所述扇形密封端之间的空隙空间构成两个呈中心对称分布的扇形导流孔；所述外转环套的内部设置有两个呈中心对称分布的螺旋体，所述外转环套的两个所述螺旋体分别安装在所述内螺旋转子的两个所述螺旋扇面体之间的间隔空间中，且能够进行相对转动；所述螺旋体的其中一端与所述扇形密封端相接，所述螺旋体的表面开设有导流槽，所述扇形密封端的相接处开设有与所述导流槽连通的导流小孔。

可选的，两个所述螺旋扇面体与两个所述扇形封板沿周向交替分布，且所述扇形封板与所述螺旋扇面体的螺旋流道完全错开。

可选的，所述双扇形密封件与所述内螺旋转子通过所述紧固栓固连，所述双扇形密封件的中心开设有供所述紧固栓穿过的通孔，所述内螺旋转子的中心开设有用于安装所述紧固栓的紧固盲孔。

可选的，所述紧固栓为棱柱，所述通孔和所述紧固盲孔均为棱柱孔，所述紧固栓与所述紧固盲孔过盈配合；所述双扇形密封件的底面上设置有突出的空心轴，所述空心轴上套装有轴承环，所述转动体与所述外转环套通过所述轴承环转动配合。

可选的，所述内螺旋转子的螺旋扇面体为一体式结构，通过在所述螺旋扇面体内部开孔构成所述螺旋流道；所述螺旋流道包括1个以上分流道，所述分流道螺旋贯穿所述螺旋扇面体，当所述分流道的数量在2个以上时，2个以上所述分流道沿周向呈等角度均匀分布；

或者，所述内螺旋转子的螺旋扇面体为分体式结构，由2片以上螺旋叶片构成，2片以上所述螺旋叶片间隔设置，相邻2片所述螺旋叶片之间的间隙构成所述螺旋流道。

可选的，所述导流槽为所述外转环套内部设置的螺旋开口槽，每个所述螺旋体中均开设有2条所述导流槽，且2条所述导流槽分布于所述螺旋体的两侧边。

可选的，所述外转环套的螺旋体同样为扇面体，且所述外转环套的螺旋体的螺旋参数与所述内螺旋转子的螺旋扇面体的螺旋参数相同。

可选的，所述扇形导流孔的扇形角度α1、所述扇形封板的扇形角度α2、所述螺旋扇面体的扇形角度α3、所述螺旋体的扇形角度α4、所述扇形密封端的扇形角度α5满足如下关系：α3≤α1≤α2；α4<α3<α5，且α3+α4≤α5。

可选的，所述扇形角度α1为80°～100°；所述扇形角度α2为80°～100°；所述扇形角度α3为80°～100°；所述扇形角度α3为4°～20°；所述扇形角度α5为80°～105°。

基于同样的发明构思，本发明还对应提供了一种水力压裂注液装置，包含上述的双旋式压力脉冲转换器，所述双旋式压力脉冲转换器安装于所述水力压裂注液装置的注液管线内部，且所述双旋式压力脉冲转换器的外转环套与所述注液管线转动配合。

由上述技术方案可知，本发明提供的双旋式压力脉冲转换器，可实现交变脉动泵注，向地层提供循环脉动压力，整个双旋式压力脉冲转换器包括双扇形密封件、内螺旋转子和外转环套三个主要组成构件，双扇形密封件与内螺旋转子固连构成转动体，转动体与外转环套有限地转动配合，实际使用时外转环套与注液管线自由转动配合，而转动体在注入液体的推力下相对于外转环套进行有限地往复冲击转动，并带动外转环套在注液管线中转动。内螺旋转子上沿周向对称设置有两个螺旋扇面体，螺旋扇面体内部开设有螺旋流道，供注入液体流通，螺旋流道的螺旋形状使得注入液体冲刷内螺旋转子时，向内螺旋转子施加旋转力矩，从而驱动内螺旋转子转动。双扇形密封件具有两个呈中心对称分布的扇形封板，在转动体中，两个螺旋扇面体与两个扇形封板沿周向交替分布，也就是说扇形封板与螺旋流道正好错开、彼此无重合区域。外转环套的其中一端为压裂液通口、另一端设置有扇形密封端，扇形密封端之间的间隙空间构成两个呈中心对称分布的扇形导流孔，由于双扇形密封件位于外转环套外部、内螺旋转子位于外转环套内部，则扇形密封端位于双扇形密封件与内螺旋转子之间，能够在转动体与外转环套发生相对转动时，螺旋流道在扇形密封端的配合下实现往复遮挡和间歇开启，螺旋流道与扇形导流孔形成间歇性的压裂液注入通道。外转环套的内部设置有两个呈中心对称分布的螺旋体，两个螺旋体分别安装在两个螺旋扇面体之间的间隔空间中，且能够进行相对转动，使得内螺旋转子与外转环套之间可产生一定角度的相对转动；螺旋体的其中一端与扇形密封端相接，螺旋体的表面开设有导流槽，扇形密封端的相接处开设有与导流槽连通的导流小孔，导流小孔和导流槽可在压裂液注入通道被完全封闭后实现极低流量注液，从而在外转环套内部形成高压射流。

当注入液体经过该双旋式压力脉冲转换器时，根据压裂液注入通道是否关闭将双旋式压力脉冲转换器的状态分为三个状态：进液冲程、中间冲程和闭合冲程。在进液冲程，内螺旋转子转动至与外转环套的扇形导流孔重叠时，压裂液注入通道完全打开，注入端处于低压状态。同时注入液体即压裂液在螺旋流道内流动时会推动内螺旋转子与双扇形密封件所构成的转动体整体转动，使得内螺旋转子的螺旋扇面体逐渐进入外转环套的扇形密封端的覆盖区域，螺旋流道开始封闭，而外转环套的两个扇形导流孔也同时被双扇形密封件逐渐覆盖，压裂液注入通道逐渐闭合，进入中间冲程。当进入闭合冲程时，内螺旋转子的螺旋扇面体完全转动到外转环套的扇形密封端的覆盖区域，且螺旋扇面体与外转环套的螺旋体贴合，螺旋流道被全部封闭，同时外转环套的两个扇形导流孔也被双扇形密封件封住，除了外转环套上的导流小孔打开之外，压裂液注入通道几乎被切断，此时注入端压力迅速升高，当憋压到一定程度时，导流小孔所形成的高压射流推动外转环套产生相对内螺旋转子的反向转动，高压流体进入导流槽，推动螺旋体与螺旋扇面体贴合面分离，并在外转环套的惯性作用下，内螺旋转子的螺旋扇面体回归到与外转环套的两个扇形导流孔重叠状态，即回归至进液冲程状态，如此循环往复实现交变循环脉动泵注，向地层提供循环脉动压力。

本发明提供的水力压裂注液装置，用于提供交变泵注排量以及交变泵注压力，水力压裂注液装置的注液管线内部安装有上述双旋式压力脉冲转换器，且外转环套的压裂液通口朝向注液管线的注液侧，在采用该双旋式压力脉冲转换器进行水力压裂过程中，当压裂液经过该双旋式压力脉冲转换器时，可循环往复实现交变循环脉动泵注，向储层岩石提供循环脉动压力，进而最大限度形成复杂缝网，为油气进入井筒提供高导流能力的渗流通道。由于该双旋式压力脉冲转换器的脉冲完全由机械结构自主实现，通过使用该双旋式压力脉冲转换器，不需要通过反复开停泵的方式即可实现持续性的高幅值脉动压力泵注，从而更有利于在压裂施工中，使非常规油气储层形成复杂裂缝的网络，大幅度提高储层改造的效果。

附图说明

图1为本发明实施例1中双旋式压力脉冲转换器的爆炸图；

图2为图1的双旋式压力脉冲转换器中双扇形密封件的结构示意图；

图3为图1的双旋式压力脉冲转换器中内螺旋转子的结构示意图；

图4为图1的双旋式压力脉冲转换器中外转环套的结构示意图；

图5为图4的外转环套的A-A向全剖结构示意图；

图6A为本发明实施例1中双旋式压力脉冲转换器处于进液冲程时的结构示意图；

图6B为本发明实施例1中双旋式压力脉冲转换器处于中间冲程时的结构示意图；

图6C为本发明实施例1中双旋式压力脉冲转换器处于闭合冲程时的结构示意图；

图7为本发明实施例2中双旋式压力脉冲转换器的内螺旋转子的结构示意图；

图8为本发明实施例3中水力压裂注液装置的注液管线的结构示意图；

图9为图8的注液管线内部结构图；

图10为图8的水力压裂注液装置的压力变化图以及对应的冲程示意图；

图11为图8的水力压裂注液装置的流量变化图以及对应的冲程示意图。

附图标记说明：1-内螺旋转子，11-螺旋扇面体，111-螺旋面，12-螺旋流道，121-分流道，13-螺旋叶片，14-紧固盲孔；2-外转环套，21-压裂液通口，22-扇形密封端，23-扇形导流孔，24-导流小孔，25-中心通孔，26-螺旋体，261-螺旋面，27-导流槽；3-双扇形密封件，31-扇形封板，32-空心轴，33-通孔；4-紧固栓；5-轴承环，6-转动体；10-双旋式压力脉冲转换器；20-注液管线。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

针对现有技术采用反复开停泵的方式来进行低频次循环泵注压裂所存在的问题，本发明提供了一种双旋式压力脉冲转换器，整体发明构思如下：

一种双旋式压力脉冲转换器，包括双扇形密封件、内螺旋转子和外转环套，双扇形密封件与内螺旋转子固连构成转动体，转动体与外转环套转动配合，且双扇形密封件位于外转环套外部、内螺旋转子位于外转环套内部；双扇形密封件具有两个呈中心对称分布的扇形封板；内螺旋转子上沿周向对称设置有两个螺旋扇面体，螺旋扇面体内部设置有螺旋流道；在转动体中，两个螺旋扇面体与两个扇形封板沿周向交替分布；外转环套的其中一端为压裂液通口、另一端设置有两个呈中心对称分布的扇形密封端，扇形密封端位于双扇形密封件与内螺旋转子之间，两个扇形密封端之间的空隙空间构成两个呈中心对称分布的扇形导流孔；外转环套的内部设置有两个呈中心对称分布的螺旋体，外转环套的两个螺旋体分别设置于两个螺旋扇面体之间的间隔空间中，且能够进行相对转动；螺旋体的其中一端与扇形密封端相接，螺旋体的表面开设有导流槽，扇形密封端的相接处开设有与导流槽连通的导流小孔。

该双旋式压力脉冲转换器构造简易、耐用，在现场压裂过程中，不需要使用反复开停泵的方式实现对非常规致密储层持续提供交变循环脉动泵注压力，能够将现有技术中连续性的恒定排量泵注转换成低频次的交变循环脉动泵注，使储层岩石处于循环应力加载状态，从而通过该方式来产生更为复杂的裂缝网路，从而获得更好的压裂增产效果。

下面结合几个典型实施例对该双旋式压力脉冲转换器的结构进行详细描述：

实施例1：

本发明实施例提供一种双旋式压力脉冲转换器10，其结构如图1所示，包括双扇形密封件3、内螺旋转子1和外转环套2，双扇形密封件3与内螺旋转子1固连构成转动体6，转动体6与外转环套2转动配合，且双扇形密封件3位于外转环套2外部、内螺旋转子1位于外转环套2内部，双扇形密封件3、内螺旋转子1与外转环套2三者共轴，内螺旋转子1可以在外转环套2内部绕轴在一定角度内往复旋转。

双扇形密封件3的具体结构如图2所示，双扇形密封件3具有两个呈中心对称分布的扇形封板31。内螺旋转子1的具体结构如图3所示，内螺旋转子1上沿周向对称设置有两个螺旋扇面体11，螺旋扇面体11内部设置有螺旋流道12。在转动体6中，两个螺旋扇面体11与两个扇形封板31沿周向交替分布，即扇形封板31可选择与螺旋扇面体11局部重合或完全不重合，从而确保扇形封板31与螺旋流道12正好错开、彼此无重合区域。

本实施例中，螺旋扇面体11为一体式结构，即两个螺旋扇面体11与内螺旋转子1的中心圆柱是一个整体结构，通过在螺旋扇面体11内部开孔构成螺旋流道12，螺旋流道12的孔均为螺旋孔、且贯穿螺旋扇面体11。具体的，螺旋流道12包括1个以上分流道121，分流道121的数量以4～7个为宜，当分流道的数量在2个以上时，2个以上分流道121沿周向呈等角度均匀分布，当然2个以上分流道也可采用等差变角度间隔分布或者任意不同角度间隔分布，分流道121的数量和具体分布方式本发明不做限制。分流道121的截面形状可以采用任一规则或者不规则形状，优选扇形、圆形、椭圆形等规则图形，本实施例中采用椭圆形孔流道，且各个椭圆形孔的长轴以内螺旋转子1的中心轴为圆心呈辐射状分布。

双扇形密封件3与内螺旋转子1固连构成转动体6，双扇形密封件3与内螺旋转子1的连接可采用现有任一固定连接方式，例如焊接、螺纹紧固件连接等，具体连接方式本发明不做限制。为实现双扇形密封件3与内螺旋转子1稳定连接，本实施例中，双扇形密封件3与内螺旋转子1通过紧固栓4固连，双扇形密封件3的中心开设有供紧固栓4穿过的通孔33，内螺旋转子1的中心开设有用于安装紧固栓4的紧固盲孔14，紧固栓4的主体穿过通孔33插入紧固盲孔14中，紧固栓4的头部对双扇形密封件3限位。为防止双扇形密封件3与内螺旋转子1之间发生相对转动，作为优选实施例，紧固栓4的主体部分为棱柱，优选四棱柱，通孔33和紧固盲孔14均为棱柱孔，紧固栓4与紧固盲孔14过盈配合，棱柱和棱柱孔均可在棱边倒圆弧，避免应力集中。

外转环套2的具体结构如图4和图5所示，外转环套2的其中一端为压裂液通口21、另一端设置有两个呈中心对称分布的扇形密封端22，扇形密封端22位于双扇形密封件3与内螺旋转子1之间，扇形密封端22同时充当转动体6的安装位。本实施例中，转动体6与外转环套2通过轴承环5转动配合，参见图2，双扇形密封件3的底面上设置有一突出的空心轴32，轴承环5套装在该空心轴32上。

参见图4和图5，外转环套2的两个扇形密封端22之间的空隙空间构成两个呈中心对称分布的扇形导流孔23，且两个扇形导流孔23的内侧导通形成中心通孔25，供紧固栓4穿过。外转环套2的内部设置有两个呈中心对称分布的螺旋体26，两个螺旋体26分别设置于两个螺旋扇面体11之间的间隔中，且能够进行相对转动，即内螺旋转子1安装在外转环套2内部后，两个螺旋体26与两个螺旋扇面体11沿周向交替分布，并且螺旋体26在周向的尺寸小于两个螺旋扇面体11之间的周向间隔空间的尺寸，使得内螺旋转子1与外转环套2可在一定角度范围内相对转动。螺旋体26的其中一端与扇形密封端22相接，在螺旋体26的表面开设有导流槽27，并且扇形密封端22的相接处开设有与导流槽27连通的导流小孔24，该导流小孔24和导流槽27用于在压裂液注入通道被完全封闭后实现极低流量注液，从而在外转环套2内部形成高压射流。

为简化结构，导流槽27设置为与外转环套2内部连通的螺旋开口槽，即螺旋开口槽的其中一侧开口朝向外转环套2内部，每个螺旋体26中均开设有2条导流槽27，且2条导流槽27分布于螺旋体26的两侧边，相应的，每个扇形密封端22上也设置2个导流小孔24。作为优选，导流小孔24的直径需大于压裂液中悬浮支撑剂直径的3倍，以防止压裂液中固体颗粒的桥堵。

作为最优实施例，螺旋体26同样为扇面体，且螺旋体26的螺旋参数与螺旋扇面体11的螺旋参数相同，即通过将螺旋扇面体11的扇形角度变化后可得到螺旋体26，二者的螺旋面111、261可以完全贴合。由此，在某一水平截面上，扇形导流孔23、扇形封板31、螺旋扇面体11、螺旋体26和扇形密封端22均为扇形，通过改变上述扇形结构的扇形角度，可以获得不同冲程的冲击脉冲。本实施例中，扇形导流孔23的扇形角度α1、扇形封板31的扇形角度α2、螺旋扇面体11的扇形角度α3、螺旋体26的扇形角度α4、扇形密封端22的扇形角度α5应满足如下关系：α3≤α1≤α2；α4<α3<α5，且α3+α4≤α5。

具体的，扇形封板31的扇形角度α2略大于扇形导流孔23的扇形角度α1，可以确保双扇形密封件3在闭合冲程可以完全密封外转环套2的两个扇形导流孔23。螺旋扇面体11的扇形角度α3以及螺旋体26的扇形角度α4均小于扇形密封端22的扇形角度α5，使得在转动体6转动至螺旋扇面体11的螺旋面111与螺旋体26的螺旋面261完全贴合时，该扇形密封端22的内部空间能完全覆盖内螺旋转子1的螺旋扇面体11。螺旋扇面体11的扇形角度α3略小于扇形导流孔23的扇形角度α1，能够保证在进液冲程压裂液注入通道完全打开。

更进一步，本实施例还给出了上述扇形角度的最优角度范围，具体为：扇形角度α1为80°～100°；扇形角度α2为80°～100°；扇形角度α3为80°～100°；扇形角度α4为4°～20°；扇形角度α5为80°～105°。

实施例2：

基于同样的发明构思，本发明实施例同样提供一种双旋式压力脉冲转换器10，包括双扇形密封件3、内螺旋转子1和外转环套2，双扇形密封件3与内螺旋转子1固连构成转动体6，转动体6与外转环套2转动配合，且双扇形密封件3位于外转环套2外部、内螺旋转子1位于外转环套2内部，双扇形密封件3、内螺旋转子1与外转环套2三者共轴，内螺旋转子1可以在外转环套2内部绕轴在一定角度往复旋转。

本实施例的双旋式压力脉冲转换器10中，外转环套2和双扇形密封件3的结构均同实施例1，仅内螺旋转子1的结构与实施例1不同，故而相同的部分此处不再赘述。

参见图7，内螺旋转子1上沿周向对称设置有两个螺旋扇面体11，螺旋扇面体11内部设置有螺旋流道12。在转动体6中，两个螺旋扇面体11与两个扇形封板31沿周向交替分布，即扇形封板31可选择与螺旋扇面体11局部重合或完全不重合，从而确保扇形封板31与螺旋流道12正好错开、彼此无重合区域。

本实施例中，螺旋扇面体11为分体式结构，由2片以上螺旋叶片13构成，2片以上螺旋叶片13间隔设置，相邻2片螺旋叶片13之间的间隙空间构成螺旋流道12。2片以上螺旋叶片13可以采用等角度均匀分布，等差变角度间隔分布，或者任意不同角度间隔分布，螺旋叶片13的具体分布方式本发明不做限制。

作为最优实施方案，两个螺旋扇面体11均包括3～10片螺旋叶片13，3～10片螺旋叶片13呈等角度均匀分布。也就是说，整个内螺旋转子1上6～20片螺旋叶片13以内螺旋转子1的轴线为中心，呈中心对称分布，这种分布方式可以实现最优的交变循环脉冲。

实施例3：

基于同样的发明构思，本实施例提供一种水力压裂注液装置，用于提供交变泵注排量以及交变泵注压力，该水力压裂注液装置配置有上述实施例1或实施例2的双旋式压力脉冲转换器10，其结构如图8和图9所示，双旋式压力脉冲转换器10安装于水力压裂注液装置的注液管线20内部，且双旋式压力脉冲转换器10的外转环套2与注液管线20转动配合，使得整个双旋式压力脉冲转换器10能够在注液管线20内部自由转动，且外转环套2的扇形导流孔23所在一侧朝向注液管线20的注液侧。为了缓解压裂液注入通道反复关停所带来的对管线冲击作用，可在双旋式压力脉冲转换器10的上游段安装钢制壳体空气包，利用空气的高压缩性吸收瞬态的液压冲击作用力。

以采用实施例1的双旋式压力脉冲转换器10为例，在采用该水力压裂注液装置进行水力压裂过程中，将该双旋式压力脉冲转换器10放置在压裂注液管线20的内部，其中扇形导流孔23所在一侧为压裂液进液端，当压裂液经过该双旋式压力脉冲转换器10时，根据压裂液注入通道是否关闭将双旋式压力脉冲转换器10的状态分为三个状态：进液冲程、中间冲程和闭合冲程。

参见图6A，在进液冲程，内螺旋转子1转动至与外转环套2的扇形导流孔23完全重叠，转动方向如图6A中箭头a所示，双扇形密封件3的扇形封板31与外转环套2的扇形密封端22重叠，压裂液注入通道完全打开，注入端处于低压状态。

注入液体即压裂液在螺旋流道12内流动时，会推动内螺旋转子1与双扇形密封件3所构成的转动体6整体转动，转动方向如图6B中箭头b所示，使得内螺旋转子1的螺旋扇面体11逐渐进入外转环套2的扇形密封端22的覆盖区域，螺旋流道12开始封闭，而外转环套2的两个扇形导流孔23也同时被双扇形密封件3逐渐覆盖，压裂液注入通道逐渐闭合，进入中间冲程，如图6B所示，此冲程中压裂液注入通道部分打开。

当进入闭合冲程时，内螺旋转子1的螺旋扇面体11完全转动到外转环套2的扇形密封端22的覆盖区域，且螺旋扇面体11与外转环套2的螺旋体26完全贴合，螺旋流道12被全部封闭，同时外转环套2的两个扇形导流孔23也被双扇形密封件3封住，除了外转环套2上的导流小孔24打开之外，压裂液注入通道几乎被切断，如图6C所示。

由于压裂液注入通道几乎被切断，此时注入端压力迅速升高，当憋压到一定程度时，导流小孔24所形成的高压射流推动外转环套2产生相对内螺旋转子1的反向转动，高压流体进入导流槽27，推动螺旋体26与螺旋扇面体11贴合面分离，并在外转环套2的惯性作用下，内螺旋转子1的螺旋扇面体11回归到与外转环套2的两个扇形导流孔23重叠状态，即回归至进液冲程状态，如此循环往复实现交变循环脉动泵注，向地层提供循环脉动压力。该水力压裂注液装置所产生的压力、流量变化图以及对应的冲程示意图如图10和图11所示。

通过上述实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

1)本发明提供的双旋式压力脉冲转换器，通过设置特殊结构的内螺旋转子安装在特殊结构的外转环套内部，二者共轴，内螺旋转子可以在外转环套内部绕轴在一定角度内往复旋转，能够将连续性恒定排量泵注转换成低频次的交变循环脉动泵注，使储层岩石处于循环应力加载状态，从而产生更为复杂水力裂缝网络，大幅度提高水力压裂的增产效果。

2)本发明提供的双旋式压力脉冲转换器，通过设置多条分流道或者多片间隔分布的螺旋叶片，可将螺旋流道分隔为多条小螺旋流道，提高注入液体对内螺旋转子的螺旋扇面体的螺旋面的液动推力作用的均匀性。

3)本发明提供的水力压裂注液装置，使用双旋式压力脉冲转换器产生循环脉冲压力，不需要通过反复开停泵的方式即可实现持续性的高幅值脉动压力泵注，从而更有利于在压裂施工中，在储层中形成复杂裂缝的网络，大幅度提高储层改造的效果。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种双旋式压力脉冲转换器，其特征在于：包括双扇形密封件、内螺旋转子和外转环套，所述双扇形密封件与所述内螺旋转子固连构成转动体，所述转动体与所述外转环套转动配合，且所述双扇形密封件位于所述外转环套外部、所述内螺旋转子位于所述外转环套内部；所述双扇形密封件具有两个呈中心对称分布的扇形封板；所述内螺旋转子上沿周向对称设置有两个螺旋扇面体，所述螺旋扇面体内部设置有螺旋流道；在转动体中，两个所述螺旋扇面体与两个所述扇形封板沿周向交替分布；所述外转环套的其中一端为压裂液通口、另一端设置有两个呈中心对称分布的扇形密封端，所述扇形密封端位于所述双扇形密封件与所述内螺旋转子之间，两个所述扇形密封端之间的空隙空间构成两个呈中心对称分布的扇形导流孔；所述外转环套的内部设置有两个呈中心对称分布的螺旋体，所述外转环套的两个所述螺旋体分别安装在所述内螺旋转子的两个所述螺旋扇面体之间的间隔空间中，且所述螺旋体与所述螺旋扇面体能够进行相对转动；所述螺旋体的其中一端与所述扇形密封端相接，所述螺旋体的表面开设有导流槽，所述扇形密封端的相接处开设有与所述导流槽连通的导流小孔。

2.如权利要求1所述的双旋式压力脉冲转换器，其特征在于：两个所述螺旋扇面体与两个所述扇形封板沿周向交替分布，且所述扇形封板与所述螺旋扇面体的螺旋流道完全错开。

3.如权利要求1所述的双旋式压力脉冲转换器，其特征在于：所述双扇形密封件与所述内螺旋转子通过紧固栓固连，所述双扇形密封件的中心开设有供所述紧固栓穿过的通孔，所述内螺旋转子的中心开设有用于安装所述紧固栓的紧固盲孔。

4.如权利要求3所述的双旋式压力脉冲转换器，其特征在于：所述紧固栓为棱柱，所述通孔和所述紧固盲孔均为棱柱孔，所述紧固栓与所述紧固盲孔过盈配合；所述双扇形密封件的底面上设置有突出的空心轴，所述空心轴上套装有轴承环，所述转动体与所述外转环套通过所述轴承环转动配合。

5.如权利要求1-4中任一项所述的双旋式压力脉冲转换器，其特征在于：所述内螺旋转子的螺旋扇面体为一体式结构，通过在所述螺旋扇面体内部开孔构成所述螺旋流道；所述螺旋流道包括1个以上分流道，所述分流道螺旋贯穿所述螺旋扇面体，当所述分流道的数量在2个以上时，2个以上所述分流道沿周向呈等角度均匀分布；

或者，所述内螺旋转子的螺旋扇面体为分体式结构，由2片以上螺旋叶片构成，2片以上所述螺旋叶片间隔设置，相邻2片所述螺旋叶片之间的间隙构成所述螺旋流道。

6.如权利要求1-4中任一项所述的双旋式压力脉冲转换器，其特征在于：所述导流槽为所述外转环套内部布置的螺旋开口槽，每个所述螺旋体中均开设有2条所述导流槽，且2条所述导流槽分布于所述螺旋体的两侧边。

7.如权利要求1-4中任一项所述的双旋式压力脉冲转换器，其特征在于：所述外转环套的螺旋体同样为扇面体，且所述外转环套的螺旋体的螺旋参数与所述内螺旋转子的螺旋扇面体的螺旋参数相同。

8.如权利要求7所述的双旋式压力脉冲转换器，其特征在于：所述扇形导流孔的扇形角度α1、所述扇形封板的扇形角度α2、所述螺旋扇面体的扇形角度α3、所述螺旋体的扇形角度α4、所述扇形密封端的扇形角度α5满足如下关系：α3≤α1≤α2；α4<α3<α5，且α3+α4≤α5。

9.如权利要求8所述的双旋式压力脉冲转换器，其特征在于：所述扇形角度α1为80°～100°；所述扇形角度α2为80°～100°；所述扇形角度α3为80°～100°；所述扇形角度α4为4°～20°；所述扇形角度α5为80°～105°。

10.一种水力压裂注液装置，其特征在于：包含权利要求1-9中任一项所述的双旋式压力脉冲转换器，所述双旋式压力脉冲转换器安装于所述水力压裂注液装置的注液管线内部，且所述双旋式压力脉冲转换器的外转环套与所述注液管线转动配合。

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