CN112855105A - 一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其包括壳体、铆定机构、封隔机构、电爆单元以及单向阀，其中：壳体内形成两端开口的安装腔，侧面开设多个与安装腔连通的配合孔；单向阀与安装腔一开口连通并与壳体固定连接；电爆单元固定连接在壳体连接单向阀的一端；旋转调节螺母以压缩弹性臂，可驱动铆定块沿滑动部滑动至与井壁抵接，从而将壳体固定在井壁。本发明通过旋转调节螺母来使弹性臂形变来抵压铆定块，从而将壳体固定在井壁，封隔机构密封壳体和井壁间隙，然后电爆单元产生电爆炸，水爆炸可以大幅削减下井支出，不仅对出油后的处理工作提供了注酸采油法所没有的便利条件，而且可以使出油率达到水压裂技术未达到的高水准。
Description
技术领域
本发明涉及井下压裂工具技术领域，具体的涉及一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置。
背景技术
我国煤矿区成煤地质背景复杂,多数煤层具有低渗、不饱和、高吸附性、构造煤发育等特点，瓦斯抽采达标难度大，单一低渗突出煤层瓦斯高效抽采仍是煤矿区瓦斯治理亟待突破的技术难题。近年来,国内学者提出了以卸压抽采和缝网改造为代表的低渗高突煤层瓦斯治理技术,围绕水力压裂、水力冲孔、水力割缝等水力化增透技术在煤矿井下进行了大量试验﹐特别是水力压裂技术,由于其具有卸压范围大、增透效果明显等优点而受到了广泛的关注。
水力压裂作为油气增产的主要措施已被广泛应用于现代石油工业。经济有效的水力压裂应尽可能地让裂缝在储层延伸，防止裂缝穿透水层和低压渗透层。现场作业表明，水力压裂的效果往往不是十分明显，有时由于穿透隔层而导致失败，造成油层压力体系破坏，影响油田的开发效果。因此，研究裂缝扩展规律、优选压裂作业参数，并采取有效措施控制裂缝的扩展形态是提高压裂处理效果的基础。但从油田实践看，由于受监测手段的限制，对裂缝扩展规律的认识还十分有限。
在应用煤矿井下水力压裂技术时，需要依照煤岩层岩性、煤层厚度、煤层倾角等煤岩储层物性的特征，对水力压裂注入工艺、注入量、钻孔位置、压裂时间等参数做好综合分析,考虑人为主客观因素对水利压裂效果的影响。不能有效的实现对上述因素的主客观分析，就会难以准确获取水力裂缝扩展延伸的规律，进而影响作业顺利性。
水力压裂的目的就油田开发进入中后期，综合含水率不断上升，各层系间油水关系复杂，油井在高含水、酸性气体腐蚀的环境条件下生产，井下工具、油管、抽油杆、套管等都存在不同程度的腐蚀，腐蚀治理难度大，控躺治躺矛盾突出。部分区块油井因二氧化碳腐蚀造成频繁躺井，直接影响油田的正常生产，油井二氧化碳腐蚀是制约油田生产开发的一个重要因素。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，用于解决现有技术中油井的压裂效果不理想的问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案如下：一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其包括壳体、铆定机构、封隔机构、电爆单元以及单向阀，其中：壳体内形成两端开口的安装腔，侧面开设多个与安装腔连通的配合孔；封隔机构套设于壳体上，封隔机构能够形变用于填充并密封井壁与壳体间间隙；单向阀内置于安装腔内并与壳体固定连接；电爆单元固定连接在壳体靠近单向阀的一端；铆定机构设置在安装腔内，铆定机构包括支撑架、调节螺母、弹性臂、铆定块、弹性件以及连接环，支撑架包括连接部以及滑动部，连接部沿壳体轴线设置，滑动部沿连接部周向设置多个，多个滑动部均与连接部固定连接，铆定块外侧面与配合孔内壁滑动连接，内侧形成第一滑动孔并与滑动部滑动连接，调节螺母与连接部螺纹连接，连接环套设于连接部且设置于调节螺母的靠近滑动部的一侧，弹性臂两端分别与连接环以及铆定块连接，弹性件与连接环远离调节螺母的一侧连接，提供连接环远离滑动部运动的力，旋转调节螺母以压缩弹性臂，可驱动铆定块沿滑动部滑动至与井壁抵接，从而将壳体固定在井壁。优选的，封隔机构包括弹性套和隔垫，弹性套和隔垫间隔设置在壳体外侧。
优选的，封隔机构还包括连接销，壳体沿周向开设多个安装孔，连接销一端设置在安装孔内，另一端与弹性套连接，从而防止弹性套沿壳体轴向脱离。
优选的，单向阀包括阀壳、阀芯、限位环以及复位弹簧，阀壳一端开设第二滑动孔以及第一透孔，另一端与限位环固定连接，限位环开设第二透孔，阀芯截面呈“T”字形，且阀芯小头端与第二滑动孔滑动连接，大头端抵压于第二透孔，复位弹簧两端分别与阀壳远离限位环的一侧以及阀芯大头端抵接。
优选的，电爆单元包括电极和导线，电极固定连接在单向阀一侧，壳体沿轴向开设过线孔，导线贯穿过线孔与电极电连接。
优选的，弹性臂以及铆定块沿支撑架周向设置为四个。
优选的，铆定块包括铆定块本体以及驱动环，驱动环套设于滑动部，并与弹性臂转动连接，铆定块本体形成第一滑动孔并与驱动环抵接。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过旋转调节螺母来使弹性臂形变来抵压铆定块，从而将壳体固定在井壁，封隔机构密封壳体和井壁间隙，然后电爆单元产生电爆炸，使水爆炸可以大幅削减下井支出，不仅对出油后的处理工作提供了注酸采油法所没有的便利条件，而且可以使出油率达到水压裂技术未达到的高水准。
附图说明
图1是本发明提供的井下封压一体式电爆脉冲压裂装置的立体图；
图2是本发明提供的井下封压一体式电爆脉冲压裂装置的剖视图；
图3是本发明提供的井下封压一体式电爆脉冲压裂装置的铆定机构的立体图；
图4是本发明提供的井下封压一体式电爆脉冲压裂装置的铆定机构的爆炸视图；
图5是本发明提供的井下封压一体式电爆脉冲压裂装置的单向阀的半剖立体图；
附图标记：1-壳体、2-铆定机构、3-封隔机构、4-电爆单元、5-单向阀、11-安装腔、12-配合孔、13-安装孔、14-过线孔、21-支撑架、22-调节螺母、23-弹性臂、24-铆定块、25-弹性件、26-连接环、31-弹性套、32-隔垫、33-连接销、41-电极、42-导线、51-阀壳、52-阀芯、53-限位环、54-复位弹簧、211-连接部、212-滑动部、241-铆定块本体、242-驱动环、511-第二滑动孔、512-第一透孔、531-第二透孔、2411-第一滑动孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1和图2，本实施例提供了一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其包括壳体1、铆定机构2、封隔机构3、电爆单元4以及单向阀5，铆定机构2用于固定壳体1，封隔机构3用于密封壳体1与井壁间隙，电爆单元4用于产生电爆炸，单向阀5单向密封油井，其中：
壳体1内形成两端开口的安装腔11，侧面开设多个与安装腔11连通的配合孔12。
封隔机构3设置在壳体1与井壁间，封隔机构3形变填充并密封井壁与壳体1间间隙。本实施例中，封隔机构3包括弹性套31和隔垫32，弹性套31和隔垫32间隔设置在壳体1外侧，隔垫32的作用是防止两个相邻的弹性套31形变而互相嵌入，此处弹性套31采用弹性材料制造，如硅胶等，而隔垫32不一定采用弹性材料制造。另外封隔机构3还包括连接销33，壳体1沿周向开设多个安装孔13，连接销33一端设置在安装孔13内，另一端与弹性套31连接，从而防止弹性套31沿壳体1轴向脱离。需要说明的是，连接销33采用易破坏的材料制造，连接销33的作用在于在该井下封压一体式电爆脉冲压裂装置未使用时将弹性套31和隔垫32很好地固定在壳体1上，防止晃动，在使用时，对弹性套31施加一定压力，弹性套31变形位移，会使连接销33断裂，弹性套31形变后填充壳体1和井壁的间隙，使其密封。
电爆单元4固定连接在壳体1连接单向阀5的一端。具体来说，电爆单元4包括电极41和导线42，电极41固定连接在单向阀5一侧，壳体1沿轴向开设过线孔14，导线42贯穿过线孔14与电极41电连接。电线连接外部控制电路，控制电极41产生电爆炸。
请参阅图3和图4，铆定机构2设置在安装腔11内，铆定机构2包括支撑架21、调节螺母22、弹性臂23、铆定块24、弹性件25以及连接环26，支撑架21包括连接部211以及滑动部212，连接部211沿壳体1轴线设置，滑动部212沿连接部211周向设置，多个滑动部212均与连接部211固定连接，铆定块24外侧面与配合孔12内壁滑动连接，铆定块24包括铆定块本体241以及驱动环242，驱动环242套设于滑动部212，并与弹性臂23转动连接，铆定块本体241形成第一滑动孔2411并与驱动环242抵接，调节螺母22与连接部211螺纹连接，连接环26套设于连接部211且设置于调节螺母22的靠近滑动部212的一侧，弹性臂23两端分别与连接环26以及铆定块24连接，弹性件25与连接环26远离调节螺母22的一侧连接，提供连接环26远离滑动部212运动的力，旋转调节螺母22带动连接环26向滑动部212移动，以压缩弹性臂23，弹性臂23驱动铆定块24沿滑动部212滑动至与井壁抵接，从而将壳体1固定在井壁。本实施例中，弹性臂23以及铆定块24沿支撑架21周向设置为四个。
请参阅图5，单向阀5与内置于安装腔11内，此处单向阀5可置于安装腔11一端，也可以置于安装腔11中间位置，本实施例中单向阀5置于安装腔11一端。具体来说，单向阀5包括阀壳51、阀芯52、限位环53以及复位弹簧54，阀壳51一端开设第二滑动孔511以及第一透孔512，可供油井和壳体1内的液体流动，另一端与限位环53固定连接，本实施例中限位环53与阀壳51采用了螺纹连接，限位环53开设第二透孔531，可供壳体1以及油井内液体流动，阀芯52截面呈“T”字形，且阀芯52小头端与第二滑动孔511滑动连接，大头端抵压于第二透孔531，并将第二透孔531堵住，复位弹簧54两端分别与阀壳51远离限位环53的一侧以及阀芯52大头端抵接，使得阀芯52抵压在限位环53上，因此在装配时，先将复位弹簧54和阀芯52装入阀壳51内，再将限位环53固定在阀座上即可，该井下封压一体式电爆脉冲压裂装置使用时电爆单元4在最下方，限位环53在阀芯52上方，因此单向阀5下方的液体是无法通过单向阀5进入壳体1内的，而单向阀5上方的液体则可通过单向阀5进入单向阀5下方。
下面就本实施例提供的一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置的工作原理作简要说明：油井预先钻孔并下入井管，然后将该井下封压一体式电爆脉冲压裂装置放入井管中，然后使该井下封压一体式电爆脉冲压裂装置位置不断下降，下降至合适位置后，以专用的工具拧动调节螺母22，使调节螺母22下降，弹性臂23形变并驱动驱动环242和铆定块24沿径向向外移动，并与井壁抵接，调节至一定程度后，铆定块24以一定压力紧紧抵压在井壁，壳体1被固定在油井中，然后对弹性套31施加压力，使连接销33断裂，弹性套31形变并与井壁抵触，同时在壳体1与井壁间抽入一定压力的水或以持续压力使弹性套31保持形变，壳体1与井壁间隙被填充，因此壳体1与井壁密封，使用时需向安装腔11内抽入一定量的水，水透过单向阀5进入井内，通过电极41产生电爆炸产生水蒸气形成局部高压来炸开井内的岩石，使其中的石油渗出，由于采用了单向阀5和封隔机构3，使井内的油液无法从该处流出，需要拆卸该井下封压一体式电爆脉冲压裂装置时仅需撤去对封隔机构3施加的压力，并拧动调节螺母22使铆定块24在弹性件25的弹力作用下复位，铆定块24脱离与井壁接触，因此可以将该井下封压一体式电爆脉冲压裂装置从井中取出，使用很方便，另外，封隔机构3采用了易于拆卸的结构设计，在后续使用过程中若弹性套31性质改变无法使用可以很方便地更换，因此整个装置除开封隔机构3外的部分可二次利用。
综上所述，本发明提供的一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，通过旋转调节螺母来使弹性臂形变来抵压铆定块，从而将壳体固定在井壁，封隔机构密封壳体和井壁间隙，然后电爆单元产生电爆炸，水爆炸可以大幅削减下井支出，不仅对出油后的处理工作提供了注酸采油法所没有的便利条件，而且可以使出油率达到水压裂技术未达到的高水准。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其特征在于，包括壳体、铆定机构、封隔机构、电爆单元以及单向阀，其中：
所述壳体内形成两端开口的安装腔，侧面开设多个与所述安装腔连通的配合孔；
所述封隔机构套设于所述壳体上，所述封隔机构能够形变用于填充并密封井壁与所述壳体间间隙；
所述单向阀内置于所述安装腔内并与所述壳体固定连接；
所述电爆单元固定连接在所述壳体靠近所述单向阀的一端；
所述铆定机构设置在所述安装腔内，所述铆定机构包括支撑架、调节螺母、弹性臂、铆定块、弹性件以及连接环，所述支撑架包括连接部以及滑动部，所述连接部沿所述壳体轴线设置，所述滑动部沿所述连接部周向设置多个，多个所述滑动部均与所述连接部固定连接，所述铆定块外侧面与配合孔内壁滑动连接，内侧形成第一滑动孔并与所述滑动部滑动连接，所述调节螺母与所述连接部螺纹连接，所述连接环套设于所述连接部且设置于所述调节螺母的靠近所述滑动部的一侧，所述弹性臂两端分别与所述连接环以及所述铆定块连接，所述弹性件与所述连接环远离所述调节螺母的一侧连接，提供所述连接环远离所述滑动部运动的力，旋转所述调节螺母以压缩所述弹性臂，可驱动所述铆定块沿所述滑动部滑动至与所述井壁抵接，从而将所述壳体固定在所述井壁。
2.根据权利要求1所述的一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其特征在于，所述封隔机构包括弹性套和隔垫，所述弹性套和所述隔垫间隔设置在所述壳体外侧。
3.根据权利要求2所述的一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其特征在于，所述封隔机构还包括连接销，所述壳体沿周向开设多个安装孔，所述连接销一端设置在所述安装孔内，另一端与所述弹性套连接，从而防止所述弹性套沿所述壳体轴向脱离。
4.根据权利要求1所述的一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其特征在于，所述单向阀包括阀壳、阀芯、限位环以及复位弹簧，所述阀壳一端开设第二滑动孔以及第一透孔，另一端与所述限位环固定连接，所述限位环开设第二透孔，所述阀芯截面呈“T”字形，且所述阀芯小头端与所述第二滑动孔滑动连接，大头端抵压于所述第二透孔，所述复位弹簧两端分别与所述阀壳远离所述限位环的一侧以及所述阀芯大头端抵接。
5.根据权利要求1所述的一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其特征在于，所述电爆单元包括电极和导线，所述电极固定连接在所述单向阀一侧，所述壳体沿轴向开设过线孔，所述导线贯穿所述过线孔与所述电极电连接。
6.根据权利要求1所述的一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其特征在于，所述弹性臂以及所述铆定块沿所述支撑架周向设置为四个。
7.根据权利要求1所述的一种井下封压一体式电爆脉冲压裂装置，其特征在于，所述铆定块包括铆定块本体以及驱动环，所述驱动环套设于所述滑动部，并与所述弹性臂转动连接，所述铆定块本体形成所述第一滑动孔并与所述驱动环抵接。
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