CN206268024U - 井下增压器及井下增压压裂工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种井下增压器及采用该井下增压器的井下增压压裂工具，该井下增压器包括壳体，壳体包括自上而下依次布置且内腔导通的活塞缸段和柱塞缸段，活塞缸段内的活塞与柱塞缸段内的柱塞连接构成一上宽下窄的台阶轴结构；壳体内设有向活塞上方输送压裂流体的活塞压缩主流道机构和向活塞下方输送压裂流通的活塞复位主流道机构；壳体上还设有向柱塞缸段内腔中输送压裂流体的流体补充流道机构。通过压裂流体作用于活塞，借由活塞与柱塞的两级增压作用及柱塞的高效增压效果，使压裂流体得到增压，本井下增压器及井下增压压裂工具结构简单，可有效降低能耗，同时由于减少了相关电气设备的使用，有效地保证了设备的安全。

Description

井下增压器及井下增压压裂工具

技术领域

本实用新型属于石油天然气开采技术领域，具体涉及一种井下增压器及采用该井下增压器的井下增压压裂工具。

背景技术

水平井+分段压裂技术，不仅可以用于非常规油气的开发，也可以用于任何常规油气田的增储增产。水力压裂法是指利用地面高压泵，通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液，在井底油层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近油气层岩石的破裂压力时，油气层将被压开并产生裂缝；继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝继续向油层内部扩张；接着向油层挤入带有支撑剂(石英砂)的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不致于闭合；再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用石英砂将裂缝支撑起来；最后，注入的高粘度压裂液会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道，将石油或天然气从岩石缝隙中释放出来，并顺着井筒流到地表的油气开采方法。

压裂设备和工具是完成压裂施工的重要部件，能提供高压条件，泵送高压液体，快速均匀搅拌混砂液体。压裂作业井规模大、排量高，对设备工具的要求高，需要动用的设备多。在压裂措施中，仅专用特殊施工车辆就达数十辆之多，泵送装置、管汇和监测设备等则被放置在井场中心，还要将100多个装满水的罐运往井场并放置在井场周围。根据它们在压裂施工中的不同功能，其关键装备主要有压裂车、混砂车、平衡车、仪表车等。

压裂车是压裂的主要设备，它的作用是向井内注入高压的压裂液，将地层压开，并把支撑剂挤入裂缝。压裂车主要由运载、动力、传动、泵体、操作面板等五大件组成，压裂泵是压裂车的工作主机，绝大多数压裂车装备的压裂泵为卧式三缸单作用柱塞泵。现场施工时对压裂泵的技术性能要求很高，必须具有压力高、功率大、耐腐蚀、抗磨等特点，并要求性能稳定、工作可靠。目前我国从美国SS、BJ、DAWELL、DAGA等公司引进了压裂车。如四川的SS-1000型、SS-1200型，中原的FT-1800X-CH型、BL-1600型，华北的道威尔B516均具有重量轻、压力高、功率大的特点。其中河南油田引进的H0-2000机型，额定压力103.4MPa，最大排量2.48m³/min，在周口勘探地区获得了成功应用。

混砂车的作用是根据施工设计要求，将压裂液和支撑剂按一定比例混合后供锆压裂车泵入井。所有压裂车均由混砂车供给压裂液，所以要求混砂车性能好、工作可靠、机械化程度高。混砂车主要由供液系统、输砂系统及传动系统三部分组成，一般用运载汽车的发动机做动力。供液系统包括供液泵、混砂装置、砂泵等。供液泵将贮液罐的压裂液泵送到混砂罐内，支撑剂和压裂液在混砂罐内进行混合，砂泵再把混合液泵送到压裂车的上水管线。供液泵和砂泵出口管线上装有流量计和自动控制阀，以便测流量和控制排量。输砂系统装有螺旋输砂器或风动输砂器，将砂子从地面或某一高度，输送到混砂罐内。输砂时要求满足砂量、上砂均匀、砂量可调。传动系统有机械传动和液压传动两种。

分层压裂施工中，压裂管柱最上部封隔器的上、下压力不一样，且相差很大。在这样的工作条件下，封隔器强度要受影响。如果封隔器受到破坏，压裂管柱中的高压液体就会通过套管环形空间向上窜。封隔器上部的套管压力突增，可能导致套管断裂或其它恶性事故。另一方面，当封隔器上、下压差过大时，可能使压裂层段的高压液体通过夹层上窜，破坏夹层。

为了保护封隔器，平衡车从油套管环形空间注入一定压力的液体，平衡封隔器的部分压差，改善封隔器的工作条件。另外，当施工中出现砂堵、砂卡等事故时，平衡车可立即进行反洗或反压井，排除故障。

随着水平井成为页岩气开发的主要完钻井万式，水力压裂开始成为页岩气水平井主要增产措施，取得了令人瞩目的成就。实践表明：水力压裂之后，油气井的产量一般会大幅度增长。水力压裂技术能用于提高常规油气井的产量，水力压裂技术将使全球石油供应量增加近1400亿桶；也能用于刺激其它老油田的产量回复；还能用于页岩气等非常规油气的开采。页岩气藏等非常规油气田因其储层物性差、孔隙度和渗透率极低，需要应用水力压裂技术才能经济开采。水力压裂法可谓北美页岩气开发的“大功臣”，它带来的大量页岩气不仅拉低了整个北美的天然气价格，同时也令美国实现能源独立的底气更足了。水力压裂法对整个能源行业都产生了深远影响。

但地面水力压裂技术的不足之处也是显而易见的：

(1)利用地面设备产生高压、大排量的压裂液，并将其输送到井底进行增压压裂，需要一系列庞大的地面装备、高压管汇和井口装置，而且对设备的性能要求也高。例如，重庆涪陵国家级页岩气示范区的水力压裂法施工使用多套压裂机组混合编组，压裂设备多，压裂作业现场面积大，压裂主辅装备40台套以上，对施工后勤要求高，压裂增产费用占约一口井页岩气开发成本的一半。

(2)我国页岩气资源多在埋深2500m以下，而目前压裂主要是照搬美国技术，使我国2500m-3500m单井成本比美国更多，3500米以下的页岩气仍不具备开发能力。

例如，塔里木是古生界、中生界和新生界地层发育最齐全的盆地，其中古生代是海相克拉通盆地，中、新生代是陆相沉积盆地。已证实的烃源岩主要是寒武—奥陶系海相泥页岩和三叠—侏罗系的湖相泥页岩及煤系地层，其中海相烃源岩既可生油又可生气，是目前最主要的源岩层和储层。但该烃源岩层埋藏多在5000m以下。目前，采用现有技术在5000m以下的烃源岩层开采页岩油气也是得不偿失。

(3)采用水力压裂法在环境方面面临的一个巨大挑战是需要大量用水。一口油气井通常需要400万或500万加仑的用水量，同时会产生约100万加仑遭到污染、需要处理的废水。

(4)间断配液作业，压裂时间长，高压管线多，长时间高压连续作业压裂装备存在安全风险。例如，在水平井+分段压裂施工时，高压工作液冲蚀大阀阀芯，导致阀腔进砂，密封失效，造成井口装置试压不合格，给生产带来安全风险。

(5)部分区块的压裂装备的压力等级已经达到了105/140MPa，采用提高注入系统压力越来越难以保证这类油田日趋增高的注入压力。例如，涪陵页岩气开发井口装置为了满足压裂要求，远远高于页岩气生产对井口装置的压力等级的要求，造成成本浪费。

实用新型内容

本实用新型实施例涉及一种井下增压器及采用该井下增压器的井下增压压裂工具，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本实用新型实施例涉及一种井下增压器，包括壳体，所述壳体包括自上而下依次布置的活塞缸段和柱塞缸段，活塞缸段与柱塞缸段的内腔导通，所述活塞缸段内滑设有活塞，所述柱塞缸段内滑设有柱塞，所述活塞与所述柱塞连接构成一上宽下窄的台阶轴结构；所述壳体内设有活塞压缩主流道机构和活塞复位主流道机构，活塞压缩主流道机构和活塞复位主流道机构均用于向所述活塞缸段内腔输送压裂流体，所述活塞压缩主流道机构的出口端位于所述活塞上方，所述活塞复位主流道机构的出口端位于所述活塞下方；所述壳体上还设有向所述柱塞下方的所述柱塞缸段内腔中输送压裂流体的流体补充流道机构。

作为实施例之一，所述壳体内设有上阀片和下阀片；所述下阀片固定于所述壳体内腔中且位于所述活塞缸段顶端，形成所述活塞缸段的缸顶；所述上阀片紧密贴靠于所述下阀片的上表面上。

作为实施例之一，所述下阀片上设有第一偏心通孔和旁通孔，所述第一偏心通孔及所述旁通孔均偏心设置且偏心距相同，所述第一偏心通孔贯通所述下阀片上下两端，所述旁通孔入口端开设于所述下阀片上表面，出口端开设于所述下阀片侧壁上；于所述壳体壁内设有活塞复位主流道，所述活塞复位主流道一端与所述旁通孔的出口端连通，另一端与所述活塞缸段的内腔连通且位于所述活塞下方；所述上阀片上对应设有第二偏心通孔，所述第二偏心通孔贯通所述上阀片上下两端，所述第二偏心通孔的偏心距与所述第一偏心通孔的偏心距相同；所述上阀片连接有驱动其绕自身竖直轴线转动的驱动机构。

作为实施例之一，该井下增压器还包括用于在活塞压缩过程中将所述活塞缸段中所述活塞下方的压裂流体导引至所述壳体外的活塞压缩辅流道机构；所述活塞压缩辅流道机构包括设于所述壳体壁内的第一活塞压缩辅流道和第二活塞压缩辅流道以及设于所述上阀片侧壁上的导流槽，所述第一活塞压缩辅流道两端均开口于所述壳体内壁上，其中一端与所述活塞缸段的内腔连通且位于所述活塞下方，另一端紧邻于所述上阀片侧壁设置，所述第二活塞压缩辅流道一端开口于所述壳体内壁上且紧邻于所述上阀片侧壁设置，另一端开设于所述壳体外壁上；所述第一偏心通孔与所述第二偏心通孔导通时，所述导流槽与所述第一活塞压缩辅流道及所述第二活塞压缩辅流道均导通；所述旁通孔与所述第二偏心通孔导通时，所述导流槽被所述壳体内壁封闭。

作为实施例之一，该井下增压器还包括用于在活塞复位过程中将所述活塞缸段中所述活塞上方的压裂流体导引至所述壳体外的活塞复位辅流道机构；所述活塞复位辅流道机构包括所述导流槽、设于所述壳体壁内的第一活塞复位辅流道和第二活塞复位辅流道，所述第一活塞复位辅流道两端均开口于所述壳体内壁上，其中一端与所述活塞缸段的内腔连通且位于所述活塞上方，另一端紧邻于所述上阀片侧壁设置，所述第二活塞复位辅流道一端开口于所述壳体内壁上且紧邻于所述上阀片侧壁设置，另一端开设于所述壳体外壁上；所述旁通孔与所述第二偏心通孔导通时，所述导流槽与所述第一活塞复位辅流道及第二活塞复位辅流道均导通；所述第一偏心通孔与所述第二偏心通孔导通时，所述导流槽被所述壳体内壁封闭。

作为实施例之一，所述驱动机构包括涡轮，所述涡轮设于所述壳体内且位于所述上阀片上方，所述涡轮的涡轮轴轴向平行于所述壳体的轴向，所述涡轮轴下端与所述上阀片顶端固连；所述壳体内还设有用于径向支撑所述涡轮轴的至少一组扶正板筋，至少其中一组所述扶正板筋布置于所述涡轮的涡轮叶片上方，所述涡轮轴与各所述扶正板筋之间均通过TC轴承连接，每一所述扶正板筋具有至少一个贯通其上下两端的流通孔。

作为实施例之一，所述壳体内设有用于限制所述活塞下行行程的限位机构，所述限位机构位于所述活塞下方。

作为实施例之一，所述限位机构包括弹簧，所述弹簧套装于所述柱塞上，且一端抵靠于所述活塞下表面，另一端抵靠于所述柱塞缸段顶端。

本实用新型实施例涉及一种井下增压压裂工具，包括如上所述的井下增压器，所述井下增压器的柱塞缸段出口端连接有第一封隔器。

本实用新型实施例涉及一种井下增压压裂工具，包括如上所述的井下增压器，还包括第二封隔器、压差滑套短节和第三封隔器，所述井下增压器的柱塞缸段、所述第二封隔器、所述压差滑套短节及所述第三封隔器依次连接。

本实用新型实施例至少具有如下有益效果：通过压裂流体作用于活塞，通过活塞与柱塞之间的传递作用，借由活塞与柱塞的两级增压作用及柱塞的高效增压效果，使压裂流体得到增压。采用工作液实现上述目的，既使得本井下增压器结构简单，而且可有效降低能耗，同时由于减少了相关电气设备的使用，有效地保证了设备的安全。

基于本实用新型实施例提供的井下增压压裂工具，可实现如下有益效果：

(1)只需利用一台或两台地面常规钻井泥浆泵，通过油管或连续油管将大量工作液输送到井下，经过井下增压压裂工具，直接将一部分工作液增压到压裂所需压力，所需采用的地面设备压力等级不超过30MPa，不存在将高压由地面输送至井底的问题，无需庞大的地面装备、高压管汇和井口装置，而且降低了设备的性能要求，压裂成本降低70％以上。

(2)节约用水量，保护环境。

本实用新型实施例提供的井下增压压裂工具，降低了压裂的安全要求，可以改进压裂流体的组分，包括用氮气或二氧化碳泡沫代替水，因而可以节约用水量，或者注入低压丙烷气，低压丙烷气可在井下增压被压缩成LPG胶体，实现压裂，同时LPG胶体和油气混合在一起，自身也能作为燃料，因而不存在废水处理等问题，有效降低生产成本。

采用井下水力压裂法，大部分压裂液在井下增压，对管线和地层的破坏较小，不会泄露，造成环境污染。

(3)提高安全性

由于地面装备和管线的压力不高，降低了系统的安全风险。

(4)适用任何井增产作业

无论是浅层油气、还是中深油气田，甚至是超深油气井，均能使用本实用新型实施例提供的井下增压压裂工具进行压裂；无论是直井，还是大位移井或者水平井，均能使用本实用新型实施例提供的井下增压压裂工具进行压裂；无论是页岩气等非常规油气，还是常规油气，均能采用本实用新型实施例提供的井下增压压裂工具进行压裂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的井下增压器的结构示意图；

图2为图1中沿A-A的剖视图；

图3为图1中沿B-B的剖视图；

图4为图1中沿C-C的剖视图；

图5为图1中沿D-D的剖视图；

图6为图1中沿E-E的剖视图；

图7为本实用新型实施例提供的上阀片的结构示意图；其中，图7a为上阀片的横截面剖视示意图，图7b为上阀片的一个纵截面剖视示意图，图7c为上阀片的另一个纵截面剖视示意图；

图8为本实用新型实施例提供的下阀片的结构示意图；其中，图8a为下阀片的横截面剖视示意图，图8b为下阀片的一个纵截面剖视示意图，图8c为下阀片的另一个纵截面剖视示意图；

图9为本实用新型实施例提供的在活塞压缩过程中的活塞压缩辅流道机构的示意图；

图10为本实用新型实施例提供的在活塞压缩过程中的活塞复位辅流道机构的示意图；

图11为本实用新型实施例提供的在活塞复位过程中的活塞复位辅流道机构的示意图；

图12为本实用新型实施例提供的在活塞复位过程中的活塞压缩辅流道机构的示意图；

图13为本实用新型实施例二提供的井下增压压裂工具的结构示意图；

图14为本实用新型实施例三提供的井下增压压裂方法的示意图；

图15为本实用新型实施例四提供的井下增压压裂工具的结构示意图；

图16为本实用新型实施例四提供的压差滑套短节的结构示意图；

图17为本实用新型实施例四提供的压差滑套短节的工作原理示意图；

图18为本实用新型实施例五提供的井下增压压裂方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1-图7，本实用新型实施例涉及一种井下增压器3，包括壳体301，该壳体301具有内腔，一般地，根据钻井施工的需求，该壳体301呈圆柱体状。所述壳体301包括自上而下依次布置的活塞缸段和柱塞缸段，活塞缸段和柱塞缸段的内腔导通，所述活塞缸段内滑设有活塞308，所述柱塞缸段内滑设有柱塞309，所述活塞308与所述柱塞309连接构成一上宽下窄的台阶轴结构。上述活塞缸段与上述柱塞缸段为一体成型式结构，上述活塞308与上述柱塞309可通过固定连接方式连接或一体成型；上述活塞308的尺寸与上述活塞缸段的内腔尺寸匹配，上述活塞308可在该活塞缸段内腔中上下密封滑移；上述柱塞309的尺寸与上述柱塞缸段的内腔尺寸匹配，上述柱塞309可在该柱塞缸段内腔中上下密封滑移；其中，上述活塞308与上述柱塞309均优选为采用圆柱体结构，柱塞309的直径小于活塞308的直径，二者优选为同轴设置，且优选为与壳体301的中轴线重合。需要说明的是，一般地，该井下增压器3为竖直进入井筒内，对于应用于水平井内时，其也是先经由直井再进入该水平井内，因而，本实施例中，采用上述上下方位的结构描述方式；对于该井下增压器3应用于水平井内的情况，以该井下增压器3靠近井口的一端为其后端，另一端为前端，上述活塞缸段与上述柱塞缸段即为自该井下增压器3的后端向前端方向依次布置，这对本领域技术人员而言是毫无疑义的；则对于后续涉及的上下相对位置关系，也适用于上述解释内容。

上述活塞308与上述柱塞309用于对压裂流体进行增压，本实施例中，主要通过作用于活塞308，通过活塞308与柱塞309之间的传递作用，借由活塞308与柱塞309的两级增压作用及柱塞309的高效增压效果，使压裂流体得到增压。对活塞308的作用力施加可通过电机等驱动设备实现，考虑到设备的复杂性、重量及安全等因素，本实施例中，优选为采用工作液即上述压裂流体实现上述目的，既使得本井下增压器3结构简单，而且可有效降低能耗，同时由于减少了相关电气设备的使用，有效地保证了设备的安全。具体地，所述壳体301内设有向所述活塞缸段内腔输送压裂流体的活塞压缩主流道机构和活塞复位主流道机构，其中，所述活塞压缩主流道机构的出口端位于所述活塞308上方，所述活塞复位主流道机构的出口端位于所述活塞308下方。通过向活塞308上方或下方的内腔空间输送压裂流体，在压裂流体的流体能的驱动下，使得活塞308下移或上移，即活塞308压缩或复位，从而带动柱塞309下移或上移，实现对柱塞309缸内压裂流体的增压处理。

接续上述井下增压器3的结构，如图1、图3和图4，所述壳体301内设有上阀片305和下阀片306；所述下阀片306固定于所述壳体301内腔中且位于所述活塞缸段顶端，形成所述活塞缸段的缸顶；所述上阀片305紧密贴靠于所述下阀片306的上表面上。上述下阀片306的形状及尺寸与该壳体301内腔的相应位置处的截面形状及尺寸适配，从而该下阀片306嵌装固定于该壳体301内腔中，并将该下阀片306上方和下方的壳体301内腔隔断；上述活塞缸段和上述柱塞缸段即构成该下阀片306下方的壳体301部分。上述上阀片305优选为与下阀片306具有相同的横截面形状及尺寸，即该上阀片305的下端面与下阀片306的上端面呈平面接触。

进一步地，如图1-图9，所述下阀片306上设有第一偏心通孔3061和旁通孔3062，所述第一偏心通孔3061及所述旁通孔3062均偏离所述下阀片306的竖直轴线设置，所述第一偏心通孔3061贯通所述下阀片306上下两端，所述旁通孔3062入口端开设于所述下阀片306上表面，出口端开设于所述下阀片306侧壁上；于所述壳体301壁内设有活塞复位主流道307，所述活塞复位主流道307一端与所述旁通孔3062的出口端连通，另一端与所述活塞缸段的内腔连通且位于所述活塞308下方；所述上阀片305上对应设有第二偏心通孔3051，所述第二偏心通孔3051贯通所述上阀片305上下两端且偏离所述上阀片305的竖直轴线设置。上述第一偏心通孔3061、旁通孔3062及第二偏心通孔3051的偏心距均相同。所述上阀片305连接有驱动其绕自身竖直轴线转动的驱动机构，从而使所述第二偏心通孔3051与所述第一偏心通孔3061及所述旁通孔3062周期性导通。上述第二偏心通孔3051与上述第一偏心通孔3061即构成上述的活塞压缩主流道机构，上述第二偏心通孔3051与上述旁通孔3062及上述活塞复位主流道307即构成上述的活塞复位主流道机构。如图8-图9，上述第一偏心通孔3061与旁通孔3062优选为沿下阀片306的竖直轴线对称分布(开设位置对称而非形状对称)，保证活塞308上行周期与下行周期一致，及保证活塞308上行行程与活塞308下行行程一致，以保证本井下增压器3的稳定运行。上述第二偏心通孔3051在上阀片305上的位置应对应设置，以保证上阀片305在下阀片306上转动时，该第二偏心通孔3051可与第一偏心通孔3061及旁通孔3062对接。通过上述驱动机构驱动上阀片305绕自身竖直轴线转动，即该上阀片305在下阀片306上表面上转动，使得第二偏心通孔3051与第一偏心通孔3061周期性导通，及使得第二偏心通孔3051与旁通孔3062周期性导通，也即使得上述活塞压缩主流道机构周期性开启和关闭，及使得上述活塞复位主流道机构周期性开启和关闭，从而使得活塞308周期性的下行或上行，从而实现压力流体的周期性增压。

进一步优化上述井下增压器3的结构，如图1、图10和图11，该井下增压器3还包括用于在活塞308压缩过程中将所述活塞缸段中所述活塞308下方的压裂流体导引至所述壳体301外的活塞压缩辅流道机构；所述活塞压缩辅流道机构包括设于所述壳体301壁内的第一活塞压缩辅流道312和第二活塞压缩辅流道313以及设于所述上阀片305侧壁上的导流槽3052，所述第一活塞压缩辅流道312两端均开口于所述壳体301内壁上，其中一端与所述活塞缸段的内腔连通且位于所述活塞308下方，另一端紧邻于所述上阀片305侧壁设置，所述第二活塞压缩辅流道313一端开口于所述壳体301内壁上且紧邻于所述上阀片305侧壁设置，另一端开设于所述壳体301外壁上；所述第一偏心通孔3061与所述第二偏心通孔3051导通时，所述导流槽3052与所述第一活塞压缩辅流道312及所述第二活塞压缩辅流道313均导通；所述旁通孔3062与所述第二偏心通孔3051导通时，所述导流槽3052被所述壳体301内壁封闭。在活塞308压缩过程中(即活塞308下行过程中)，通过上述活塞压缩辅流道机构将活塞缸段中活塞308下方的内腔与壳体301外空间(即壳体301与井筒之间的环空)连通，将活塞308下方的压裂流体导引至壳体301外，便于活塞308的顺畅下行。

进一步优化上述井下增压器3的结构，如图1、图12和图13，该井下增压器3还包括用于在活塞308复位过程中将所述活塞缸段中所述活塞308上方的压裂流体导引至所述壳体301外的活塞复位辅流道机构。所述活塞复位辅流道机构包括所述导流槽3052、设于所述壳体301壁内的第一活塞复位辅流道314和第二活塞复位辅流道315，所述第一活塞复位辅流道314两端均开口于所述壳体301内壁上，其中一端与所述活塞缸段的内腔连通且位于所述活塞308上方，另一端紧邻于所述上阀片305侧壁设置；所述第二活塞复位辅流道315一端开口于所述壳体301内壁上且紧邻于所述上阀片305侧壁设置，另一端开设于所述壳体301外壁上；所述旁通孔3062与所述第二偏心通孔3051导通时，所述导流槽3052与所述第一活塞复位辅流道314及第二活塞复位辅流道315均导通；所述第一偏心通孔3061与所述第二偏心通孔3051导通时，所述导流槽3052被所述壳体301内壁封闭。上述第一活塞复位辅流道314的对应端部可直接开设于活塞308上方的活塞缸段内壁上，也可采取如下结构：如图9、图11和图12，在下阀片306上开设有一连通槽3063，该连通槽3063具有开设于下阀片306底端以便与活塞缸段内腔连通的第一开口端和开设于下阀片306侧壁上的第二开口端，上述第一活塞复位辅流道314的对应端部即与该第二开口端连通。在活塞308复位过程中(即活塞308上行过程中)，通过上述活塞复位辅流道机构将活塞缸段中活塞308上方的内腔与壳体301外空间连通，将活塞308上方的压裂流体导引至壳体301外，便于活塞308的顺畅上行。

其中，上述导流槽3052沿上阀片305径向自上阀片305侧壁向该上阀片305竖直轴线侧凹陷而成，呈一弧形槽式结构，该导流槽3052的设置位置应保证不会对上述第二偏心通孔3051与上述第一偏心通孔3061及上述旁通孔3062的连通结构发生干涉，以避免影响活塞308的压缩效果。优选地，如图1-图13，以上述第二偏心通孔3051的经过上阀片305的竖直轴线的竖直对称面为基准面(考虑第二偏心通孔3051为圆柱形通孔或其他形状的通孔的情况下其竖直对称面可能存在多个)，上述导流槽3052的竖直对称面与该基准面垂直；上述两活塞308压缩辅流道(即第一活塞压缩辅流道312与第二活塞压缩辅流道313)与上述两活塞308复位辅流道(即第一活塞复位辅流道314与第二活塞复位辅流道315)正对分布在壳体301两侧的内壁上(即位于壳体301的同一竖直对称面上)。对于前述的第一偏心通孔3061与旁通孔3062沿下阀片306的竖直轴线对称分布的情况，以穿过该第一偏心通孔3061与旁通孔3062的竖直面为壳体301的第一对称面，以穿过上述两活塞308压缩辅流道与上述两活塞308复位辅流道的竖直面为壳体301的第二对称面，该第一对称面与该第二对称面垂直。

为避免活塞308下行过程中在压裂流体的流体能作用下直接运行至活塞缸段的底部，而导致上述活塞复位主流道机构失效，进一步在壳体301内设有用于限制所述活塞308下行行程的限位机构，该限位机构位于所述活塞308下方。该限位机构可采用在活塞缸段内设置一台阶(已图示，未标注)的结构，该台阶为在活塞308下方自活塞缸段内壁向活塞缸段竖直轴线方向凸出而成的环形台阶，该台阶可阻止活塞308进一步下行；上述活塞复位主流道307的出口端优选为开设于该台阶下方；当然，也可通过在柱塞缸段内设置上述台阶结构，通过限制柱塞309的下行行程同样可实现对活塞308下行行程的控制。本实施例中，如图1，上述限位机构包括弹簧(已图示，未标注)，所述弹簧套装于所述柱塞309上，且一端抵靠于所述活塞308下表面，另一端抵靠于所述柱塞缸段顶端。上述弹簧优选为采用压缩弹簧；上述弹簧一方面可对活塞308下行起到限位和缓冲作用，控制活塞308与柱塞309下行的速度不至于过快，以保证设备的安全性及稳定运行，另一方面，在活塞308上行过程中，弹簧的反弹作用可加速活塞308复位速度，提高工作效率。优选地，如图1和图7，在上述活塞缸段的对应位置处设置有环形槽(已图示，未标注)，以安设上述弹簧，该环形槽对弹簧的压缩及回复起到导向作用，保证活塞308压缩及复位过程的稳定性。进一步优选地，本实施例中，上述限位机构采用弹簧与限位台阶结合的结构；如图1和图7，上述限位台阶的结构体现在：上述环形槽即为在活塞缸段底部设置一环形柱(已图示，未标注)，该环形柱的竖直轴线与壳体301的竖直轴线重合，该环形柱的内环直径与柱塞309的直径相同，以便柱塞309穿过该环形柱，该环形柱的外环直径小于相邻的壳体301内壁直径，从而与该相邻的壳体301内壁围成上述环形槽，上述环形柱即可同时起到对活塞308下行行程限位的作用，上述活塞复位主流道307的出口端位于该环形柱顶端下方。

接续上述井下增压器3的结构，所述壳体301上还设有向所述柱塞309下方的所述柱塞缸段内腔中输送压裂流体的流体补充流道机构。其中，输送压裂流体的方式可以为间隔时间输送，也可为持续输送，本实施例中，采用持续输送方式。如图1和图6，上述流体补充流道机构包括开设于壳体301上的至少一个流体补充孔，各流体补充孔分别通过流体补充流道与柱塞309下方的柱塞缸段内腔连通；进一步在各流体补充孔处或在各流体补充流道上设置单向阀310，保证压裂流体可由各流体补充孔进入柱塞缸段内腔中而不能从柱塞缸段内腔中流出至壳体301外。上述各流体补充流道优选为设于柱塞309的下行行程末端处，上述各单向阀310可采用球阀。

另外，作为优选实施例之一，如图1，在柱塞缸段的底端(即该柱塞缸段的出口端，也即本井下增压器3的出口端)设置单向阀311，保证压裂流体可由柱塞缸段排出而不能从柱塞缸段下方进入该柱塞缸段内腔中。上述单向阀311可采用球阀。

接续上述井下增压器3的结构，同样地，驱动上阀片305绕自身轴线转动的方式可以通过电气设备等实现，本实施例中，优选为采用工作液即上述压裂流体实现上述目的，既使得本井下增压器3结构简单，而且可有效降低能耗，同时由于减少了相关电气设备的使用，有效地保证了设备的安全。如图1和图2，上述驱动机构包括涡轮302，所述涡轮302设于所述壳体301内且位于所述上阀片305上方，所述涡轮302的涡轮轴轴向平行于所述壳体301的轴向，所述涡轮轴下端与所述上阀片305顶端固连；所述壳体301内还设有用于径向支撑所述涡轮轴的至少一组扶正板筋303，至少其中一组所述扶正板筋303布置于所述涡轮302的涡轮叶片上方，所述涡轮轴与各所述扶正板筋303之间均通过TC轴承连接，每一所述扶正板筋303具有至少一个贯通其上下两端的流通孔。通过压裂流体驱动涡轮302转动，从而带动上阀片305在下阀片306上表面上转动。进一步优化上述结构，其中，如图1和图8，在上阀片305的上表面上向上凸出设有一连接轴，该连接轴与上阀片305同轴设置，可通过固定连接方式连接或一体成型，即使得上述上阀片305呈一台阶轴结构；上述驱动机构还包括一径向TC轴承304，该径向TC轴承304上部与涡轮轴的下部螺纹连接，该径向TC轴承304的下部与上述连接轴螺纹连接，即实现涡轮轴与上阀片305的固定连接。本实施例中，上述扶正板筋303为两组，分别位于涡轮302的涡轮叶片上方和下方，以更好的支撑涡轮轴。各扶正板筋303上的流通孔均优选为设置多个，呈环形布置，以便压裂流体易于流动至上阀片305上表面，进而进入活塞缸段内。即本实施例中，通过压裂流体可同时实现涡轮302的转动以带动上阀片305转动以及驱动活塞308压缩或复位，有效节约能源，降低能耗。

实施例二

如图1，本实用新型实施例涉及一种井下增压压裂工具，包括如上述实施例一所提供的井下增压器3，该井下增压器3的具体结构此处不再赘述。所述井下增压器3的柱塞缸段出口端连接有第一封隔器4。上述封隔器4可采用现有的封隔器4，具体可以为采用水力扩张式的封隔器4，即利用由井下增压器3进入的增压的压裂流体实现封隔器4的坐封。

本实施例中，采用如下优选的封隔器4的结构：

如图1，本实施例提供一种封隔器4，其包括芯轴42、橡胶筒41、控制阀44、密封滑套48和固定套筒49，其中，上述芯轴42上端与井下增压器3的柱塞缸段底端通过螺纹连接，密封滑套48、橡胶筒41和固定套筒49自上而下依次连接构成一外筒，该外筒同轴套设于芯轴42外，且与芯轴42之间留有间隙(优选为环形间隙)，形成一允许压裂流体进入和存储的间隙腔43；该间隙腔43的上下两端封闭，具体地，密封滑套48上端与井下增压器3的柱塞缸段底端抵接且于抵接处密封处理，固定套筒49底部内壁与芯轴42贴合且于贴合处密封处理。在芯轴42上设置有至少一个坐封流道，每一坐封流道的一端与上述间隙腔43连通，另一端与芯轴42内腔连通，在每一坐封流道上设置有控制阀44，以控制压裂流体进出间隙腔43，从而控制封隔器4的坐封与解封。上述各坐封流道优选为设置于芯轴42上部。进一步在芯轴42内设置有防止压裂流体回流的止回机构，本实施例中，该止回机构包括一箭形阀45、一阀座47及限位弹簧46，阀座47固定于芯轴42内腔中，箭形阀45设于阀座47上，限位弹簧46用于限制箭形阀45的上下运动行程；上述箭形阀45、限位弹簧46及阀座47的具体安装结构可参考图1，其是本领域技术人员根据现有技术容易得知的，此处不再赘述。另外，该封隔器4还包括有限压阀(未图示)，用于控制芯轴42内腔中的压裂流体是否排出于封隔器4外；当封隔器4内压力达到或超过该限压阀的预设限定压力值时，该限压阀开启，压裂流体可排出封隔器4外。

实施例三

如图14，本实用新型实施例涉及一种井下增压压裂方法，其采用上述实施例二所提供的井下增压压裂工具进行井下增压压裂，包括如下步骤：

步骤一，在水平井或直井中输送射孔枪进行电缆射孔；

步骤二，起出射孔枪，下入所述井下增压压裂工具至射孔7处；

步骤三，向所述井下增压器3输送压裂流体；通过所述井下增压器3将一部分压裂流体增压，使第一封隔器4坐封；随着所述井下增压器3继续工作，所述第一封隔器4内压力达到设定值使所述第一封隔器4内的限压阀开启，压裂流体注入射孔7处的地层，直到该层位完成压裂；

步骤四，使所述第一封隔器4解封，起出所述井下增压压裂工具；

步骤五，采用桥塞6封隔已经压裂的层位；

步骤六，重复步骤一至步骤五，直至所有地层都完成压裂。

其中，上述步骤一中，可采用爬行器或连续油管2输送射孔枪。上述步骤三中，可通过地面常规泥浆泵1和油管2或连续油管2向井下增压器3输送压裂流体。上述步骤五中，具体为，将桥塞与射孔枪连接在一起，在水平井或直井中采用水力泵送方式输送桥塞和射孔枪，并进行封隔已经压裂的层位。所有地层都完成压裂后，可使用连续油管2钻掉所有桥塞，得到干净的井筒。

上述方法中，无疑义的，初始情况下，在向井下增压器3输送压裂流体的同时，也可向井下增压压裂工具与井筒之间的环空输送压裂流体，以便于向井下增压器3的柱塞缸段内及时补充压裂流体；后续工作过程中，由于已有部分压裂流体自封隔器4内射出进入地层，即井筒中已有漫流的压裂流体，此时可根据需要向环空输送或不输送压裂流体。

本实施例中，由于采用井下增压压裂工具，可在井下将压裂流体增压到压裂所需压力，使用的地面设备压裂等级可不超过30MPa，不存在将高压由地面输送至井底的问题，无需庞大的地面装备、高压管汇和井口装置，而且降低了设备的性能要求，因而也降低了压裂的安全要求，因此，上述压裂流体可以采用常规的水，也可以不用水，而采用氮气或二氧化碳泡沫等代替，可有效降低水的耗量，也可采用低压丙烷气，低压丙烷气可在井下增压压缩成LPG胶体，实现压裂，而且LPG胶体与油气混合在一起，自身也能作为燃料使用，因而不存在废水处理等问题，有效降低生产成本。

实施例四

如图15，本实用新型实施例涉及一种井下增压压裂工具，其基本结构与实施例二中所提供的井下增压压裂工具相同，改进之处在于还包括一段压差滑套短节5和另一段封隔器4，即本实施例提供的井下增压压裂工具包括实施例一所提供的井下增压器3，还包括第二封隔器8、压差滑套短节5和第三封隔器9，所述井下增压器3的柱塞缸段、所述第二封隔器8、所述压差滑套短节5及所述第三封隔器9依次连接，构成一整体结构，优选为采用螺纹连接方式。上述第二封隔器8与第三封隔器9与实施例二中所采用的第一封隔器4的结构相同。

上述压差滑套短节5可采用现有的压差滑套短节5；本实施例中，采用如下优选的压差滑套短节5的结构：

如图16-图17，该压差滑套短节5包括滑套本体52、活塞式滑套53、弹簧54和密封件55，滑套本体52上开设有多个喷射孔51，活塞式滑套53滑设于滑套本体52的内腔中，通过该活塞式滑套53的滑动过程可导通或隔断喷射孔51与滑套本体52内腔的连通关系；该密封件55呈环形，该密封件55外环直径与滑套本体52内径适配并固定于滑套本体52内，该密封件55的内环直径与活塞式滑套53适配，从而活塞式滑套53可沿该密封件55密封滑移。上述活塞式滑套53呈漏斗状，包括一直筒段和一上宽下窄的锥筒段，其中，锥筒段的顶端靠近第二封隔器8设置，且该锥筒段顶端直径与滑套本体52内径相同，从而可沿滑套本体52内壁滑移，该锥筒段底端与上述直筒段连接，上述直筒段外径与上述密封件55内环直径相同，从而可沿该密封件55滑移。上述弹簧54套设于上述活塞式滑套53上，一端抵接于上述锥筒段顶端，另一端抵接于密封件55上。

使用时，压力流体进入滑套本体52内，并作用于上述活塞式滑套53上(即作用于上述锥筒段顶端)，弹簧54被压缩，活塞式滑套53沿密封件55密封滑移，使滑套本体52上的喷射孔51与滑套本体52内腔导通，压裂流体可由喷射孔51进入地层。

实施例五

如图18，本实用新型实施例涉及一种井下增压压裂方法，其采用上述实施例四所提供的井下增压压裂工具进行井下增压压裂，包括如下步骤：

步骤一，在水平井或直井中输送射孔枪进行全部地层的射孔；

步骤二，下入所述井下增压压裂工具至末端的射孔7处，并使所述压差滑套短节5正对射孔7，所述第二封隔器8与所述第三封隔器9将该末端射孔7区域包围住；

步骤三，向所述井下增压器3输送压裂流体；通过所述井下增压器3将一部分压裂流体增压，使所述第二封隔器8坐封；随着所述井下增压器3继续工作，所述第二封隔器8内压力达到设定值使所述第二封隔器8内的限压阀开启，压裂流体注入所述压差滑套短节5及所述第三封隔器9内，并使上述第三封隔器9坐封；随着所述井下增压器3继续工作，所述压差滑套短节5内的压力达到设定值，使所述压差滑套短节5开启，压裂流体进入地层，直到该层位完成压裂；

步骤四，使所述第二封隔器8及所述第三封隔器9解封，将所述井下增压压裂工具向后拖拉至下一射孔7处，并使所述压差滑套短节5正对射孔7，所述第二封隔器8与所述第三封隔器9将该末端射孔7区域包围住；重复步骤三，使该层位完成压裂；

步骤五，重复步骤四，直至所有地层都完成压裂。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种井下增压器，其特征在于：包括壳体，所述壳体包括自上而下依次布置的活塞缸段和柱塞缸段，所述活塞缸段与所述柱塞缸段的内腔导通，所述活塞缸段内滑设有活塞，所述柱塞缸段内滑设有柱塞，所述活塞与所述柱塞连接构成一上宽下窄的台阶轴结构；

所述壳体内设有向所述活塞缸段内腔输送压裂流体的活塞压缩主流道机构及活塞复位主流道机构，其中，所述活塞压缩主流道机构的出口端位于所述活塞上方，所述活塞复位主流道机构的出口端位于所述活塞下方；

所述壳体上还设有向所述柱塞下方的所述柱塞缸段内腔中输送压裂流体的流体补充流道机构。

2.如权利要求1所述的井下增压器，其特征在于：所述壳体内设有上阀片和下阀片；

所述下阀片固定于所述壳体内腔中且位于所述活塞缸段顶端，形成所述活塞缸段的缸顶；

所述上阀片紧密贴靠于所述下阀片的上表面上。

3.如权利要求2所述的井下增压器，其特征在于：所述下阀片上设有第一偏心通孔和旁通孔，所述第一偏心通孔及所述旁通孔均偏心设置且偏心距相同，所述第一偏心通孔贯通所述下阀片上下两端，所述旁通孔入口端开设于所述下阀片上表面，出口端开设于所述下阀片侧壁上；

于所述壳体壁内设有活塞复位主流道，所述活塞复位主流道一端与所述旁通孔的出口端连通，另一端与所述活塞缸段的内腔连通且位于所述活塞下方；

所述上阀片上对应设有第二偏心通孔，所述第二偏心通孔贯通所述上阀片上下两端，所述第二偏心通孔的偏心距与所述第一偏心通孔的偏心距相同；

所述上阀片连接有驱动其绕自身竖直轴线转动驱动机构。

4.如权利要求3所述的井下增压器，其特征在于：还包括用于在活塞压缩过程中将所述活塞缸段中所述活塞下方的压裂流体导引至所述壳体外的活塞压缩辅流道机构；

所述活塞压缩辅流道机构包括设于所述壳体壁内的第一活塞压缩辅流道和第二活塞压缩辅流道以及设于所述上阀片侧壁上的导流槽，

所述第一活塞压缩辅流道两端均开口于所述壳体内壁上，其中一端与所述活塞缸段的内腔连通且位于所述活塞下方，另一端紧邻于所述上阀片侧壁设置，

所述第二活塞压缩辅流道一端开口于所述壳体内壁上且紧邻于所述上阀片侧壁设置，另一端开设于所述壳体外壁上；

所述第一偏心通孔与所述第二偏心通孔导通时，所述导流槽与所述第一活塞压缩辅流道及所述第二活塞压缩辅流道均导通；所述旁通孔与所述第二偏心通孔导通时，所述导流槽被所述壳体内壁封闭。

5.如权利要求4所述的井下增压器，其特征在于：还包括用于在活塞复位过程中将所述活塞 缸段中所述活塞上方的压裂流体导引至所述壳体外的活塞复位辅流道机构；

所述活塞复位辅流道机构包括所述导流槽、设于所述壳体壁内的第一活塞复位辅流道和第二活塞复位辅流道，

所述第一活塞复位辅流道两端均开口于所述壳体内壁上，其中一端与所述活塞缸段的内腔连通且位于所述活塞上方，另一端紧邻于所述上阀片侧壁设置，

所述第二活塞复位辅流道一端开口于所述壳体内壁上且紧邻于所述上阀片侧壁设置，另一端开设于所述壳体外壁上；

所述旁通孔与所述第二偏心通孔导通时，所述导流槽与所述第一活塞复位辅流道及第二活塞复位辅流道均导通；所述第一偏心通孔与所述第二偏心通孔导通时，所述导流槽被所述壳体内壁封闭。

6.如权利要求3所述的井下增压器，其特征在于：所述驱动机构包括涡轮，所述涡轮设于所述壳体内且位于所述上阀片上方，所述涡轮的涡轮轴轴向平行于所述壳体的轴向，所述涡轮轴下端与所述上阀片顶端固连；

所述壳体内还设有用于径向支撑所述涡轮轴的至少一组扶正板筋，至少其中一组所述扶正板筋布置于所述涡轮的涡轮叶片上方，所述涡轮轴与各所述扶正板筋之间均通过TC轴承连接，每一所述扶正板筋具有至少一个贯通其上下两端的流通孔。

7.如权利要求1所述的井下增压器，其特征在于：所述壳体内设有用于限制所述活塞下行行程的限位机构，所述限位机构位于所述活塞下方。

8.如权利要求7所述的井下增压器，其特征在于：所述限位机构包括弹簧，所述弹簧套装于所述柱塞上，且一端抵靠于所述活塞下表面，另一端抵靠于所述柱塞缸段顶端。

9.一种井下增压压裂工具，其特征在于：包括如权利要求1至8中任一项所述的井下增压器，所述井下增压器的柱塞缸段出口端连接有第一封隔器。

10.一种井下增压压裂工具，其特征在于：包括如权利要求1至8中任一项所述的井下增压器，还包括第二封隔器、压差滑套短节和第三封隔器，所述井下增压器的柱塞缸段、所述第二封隔器、所述压差滑套短节及所述第三封隔器依次连接。