一种井下高压脉冲水力喷射压裂工具

1.本实用新型涉及钻井工具技术领域，特别涉及一种压裂工具，具体是一种井下高压脉冲水力喷射压裂工具。


背景技术：

2.随着非常规油气资源以及油气藏的开发利用，水力压裂储层改造成为研究热点，常规水力压裂通过地面的压裂车多次反复的向套管注射高压流体用以压裂岩石，效率较低且能耗较大，而水力喷射压力技术的产生在很大程度上改善了这些情况。水力喷射压裂技术是一种全新的集水力射孔、压裂等技术于一体的油田增产改造技术，水力喷射压裂技术，是在常规水力压裂上增加水力喷射工具，充分利用水力喷射压裂技术能够同时实现射孔、压裂、封隔等多种功能，在水力喷射压力工具具体实施的过程中井下工具是非常重要的一个环节。在不需要进行机械封隔的前提下，就能够完成较为精确的地层内定点喷射，仅使用一套工具就可以完成储层内多个层段的压裂工作。采用水力压裂技术解决了多次起下管柱的问题，更加的节能高效，但目前的水力喷射压裂技术大多实现连续性的恒定射流，射流压力几乎保持不变，压裂效果还有待提高。
3.中国实用新型专利cn20181061655.0公布了一种脉冲式喷射加砂工具，包括本体，在本体上开有通孔，在通孔内安装有转子；在本体上安装有喷嘴；在转子上开有过流槽；所述转子能够在本体的通孔内转动，在转动过程中，当过流槽与喷嘴对准时，压裂液通过过流槽进入喷嘴产生高速射流，当过流槽与喷嘴不对准时，喷嘴被转子堵住。该方案的缺点在于：设备结构较为复杂，转子运动未充分利用压裂液的能量，没有考虑到减小转子与支支撑转子结构之间的摩擦，容易损坏转子传动效率较低，射孔效率较低，转子与定子之间几乎无间隙，运动稳定性较差。中国实用新型专利cn20201061627.7提供一种自激震荡式脉冲水力压裂工具及方法，具有可拆卸连接的喷射器、单流阀体和震荡器；喷射器的侧壁上设置有喷嘴；单流阀体和震荡器之间形成第一震荡腔；震荡器内形成第二震荡腔；单流阀体被封堵球封堵后，含砂液体通过喷嘴喷射出使套管上形成射孔；封堵球被反向洗出；高排量液体经过喷射器和单流阀体后再进入第一震荡腔和第二震荡腔内进行震荡，形成高频率高压脉冲液体；形成的液体进入到套管和工具之间形成的环空腔体内与高含砂液体混合，形成的混合液体穿过套管上的射孔对目标压裂层段进行压裂，该方案的缺点在于：各部件结构复杂，整体结构较为分散，通过封堵球封堵形成密闭空间，随着压裂液不断累积形成射孔，射孔效率较低，射孔通道不能实现开闭，工作时易于发生泄漏，射孔频次变化困难。因此，对于该技术依然存在很多需要改进的地方。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的提供一种井下高压脉冲水力喷射压裂工具，该工具能将压裂液的水利能转化为转动能进行驱动，实现喷嘴通道的周期性开闭，可同时实现多处高压脉冲射孔，能充分利用压裂液能量，具有较高的射孔效率。通过控制压裂液的流
量实现脉冲喷射的频次控制，易于变化脉冲射孔的频次且运行可靠。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种井下高压脉冲水力喷射压裂工具，包括外筒体，所述外筒体为上下都设有公锥螺纹的短节，其内部为圆柱形的空腔结构，在空腔结构的底部设有台阶，在台阶内固定有内筒体，所述内筒体为上部和下部都封闭的空心柱状结构，且在上部设有流道孔，所述内筒体的上部连接有叶轮，所述叶轮的轴心与所述内筒体同轴，可沿着内筒体旋转；所述内筒体为空心结构，在所述内筒体的筒壁上设有多个侧孔，作为内孔，在所述外筒体的侧面也设有多个侧孔，作为外孔，内孔和外孔尺寸和位置相同。
7.进一步的，所述内筒体的下端与所述外筒体内部的台阶的对接处设有第二轴承，所述第二轴承能让所述内筒体在所述外筒体内部旋转，让所述内孔与对应的所述外孔在一个旋转周期内保持一定时间的重叠。
8.进一步的，所述外筒体在其外孔内安装有喷嘴，所述喷嘴的内端延伸到与所述内孔的接触面，所述喷嘴的外端伸出所述外孔并向外延伸一段。
9.进一步的，所述外孔为螺纹孔。
10.进一步的，所述喷嘴的外部设有一段喷嘴凹槽，用于与所述外筒体的外孔连接后安装密封圈，在凹槽后端的外侧设有螺纹段，在所述喷嘴的流道为锥形流道，出口端孔眼小于所述内孔和所述外孔。
11.进一步的，所述内筒体的上部设有多个放射性的连接片，在连接片之间为流道孔，所述流道孔为扇形、矩形或圆形结构，在连接片相交于所述内筒体的轴心的位置设有一根向上延伸的带有外螺纹的短柱，作为连接螺纹，在连接片外端的下侧设有多个凹槽，并在凹槽内安装有用于密封隔绝外筒体的空腔结构上下两部分的密封环，作为节流环；所述内筒体在节流环的上方设有一段向上延伸的环形，作为隔环。
12.进一步的，所述叶轮中部上表面向下设有光滑的上沉孔，下表面向上设有带螺纹的下沉孔，所述下沉孔与所述连接螺纹螺接配合，让所述叶轮与所述内筒体之间保持相对固定，所述叶轮的顶部设有第一轴承，所述第一轴承上连接有导轮，所述导轮的上部为蘑菇头结构，其下段设有一根光杆，并插入设置在叶轮中部的沉孔中，在其蘑菇头结构的两个相对侧都设有一段平面，并在两个平面之间设有贯穿孔，在将导轮插入叶轮固定后，在贯穿孔对应的所述外筒体的壁面设有对应的通孔，向该通孔内固定穿过导轮的贯穿孔的连杆，让所述连杆与所述外筒体保持固定并密封住所述外筒体的该处通孔。
13.进一步的，所述叶轮的叶片是螺旋结构的叶片，或是上下对称的弯折螺旋叶片结构。
14.进一步的，所述外孔和所述内孔均为螺旋分布，数量均为6-10个。
15.本实用新型的有益之处在于：
16.本实用新型能将压裂液的水利能转化为转动能进行驱动，实现喷嘴通道的周期性开闭；该工具可同时实现多处高压脉冲射孔，能充分利用压裂液能量，具有较高的射孔效率；该工具结构紧凑，各个部件结构简单，产生的转动运动可靠。该工具通过控制压裂液的流量实现脉冲喷射的频次控制，易于变化脉冲射孔的频次且运行可靠
17.该高压脉冲水力喷射压裂工具由压裂液的能量作为动力，通过压裂液自上而下的流动，推动叶轮并带动内筒体做旋转运动，运动平稳可靠。
18.本实用新型通过多个喷射通道周期性的快速开闭可同时实现多个高压脉冲喷射射孔，工作原理简单，射孔效率较高，各部件的结构简单，安装连接容易，总体结构紧凑，不同种类的内筒体、外筒体与喷嘴能形成不同分布，不同大小的射孔流道，工作适应性强。
19.本实用新型通过控制压裂液的流量变化实现压裂液对叶轮冲击力的变化，改变叶轮与内筒体的转动速度获取所需要的射孔频次，便于精确按需控制。
附图说明
20.图1为本实用新型三维结构示意图；
21.图2为本实用新型内筒体的剖视图；
22.图3为本实用新型内筒体的俯视图；
23.图4为本实用新型外筒体的剖视图；
24.图5a为本实用新型单一旋向叶轮的结构示意图；
25.图5b为本实用新型复合叶轮的结构示意图；
26.图6为本实用新型节流环的结构示意图；
27.图7为本实用新型导轮的结构示意图。
28.图中：
29.1-导轮，2-外筒体，3-叶轮，301-流道孔，302-上沉孔，4-内筒体，5-喷嘴，501-喷嘴凹槽，502-出口端孔眼，503-螺纹段，6-连杆，7-第一轴承，8-节流环，9-第二轴承，10-隔环，11-凹槽，12-连接螺纹，13-内孔，14-台阶面，15-外孔，801
‑‑
环本体，802-环弹簧。
具体实施方式
30.下面结合实施例对本实用新型进一步说明，需要说明的是，在本文中，诸如“上”、“下”等词语，仅仅用于方便对附图进行描述，并非限制实际使用中的方向，且不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
31.如图1-7所示，一种井下高压脉冲水力喷射压裂工具，包括导轮1、外筒体2、叶轮3和内筒体4，导轮1上设有通孔，并在通孔内插入连杆6，与外筒体2通过连杆6进行连接，在连接后确保外筒体2内外依然密封隔绝；导轮1外侧设置有叶轮3，叶轮3下端开有螺纹孔，内筒体4通过螺纹连接与叶轮3相连，内筒体4与叶轮3间有一定间隙，内筒体4与外筒体2形状均为中空的筒体，内筒体4表面均匀布置有内孔13，外筒体2表面有与之相匹配的螺纹孔所形成的外孔15，外孔15连接有喷嘴5。
32.所述外孔15和所述内孔13均为沿着所述外筒体2和内筒体4数量均相同，为6-10个。在某些实施例中，外孔15和内孔13的布置具有多个螺旋分布角度，不同位置的外孔15和内孔13与其他位置的外孔15和内孔13的直径可以具有不同的尺寸；所述喷嘴5的尺寸由外孔15和内孔13的尺寸所决定，可以根据不同的喷射压裂要求设置不同的喷嘴5，可灵活运用在不同要求的目标压裂段中，其目的在于形成不同分布，不同大小的喷射通道，可以更加灵活的适应不同目标压裂层。所述喷嘴5的外部设有一段喷嘴凹槽501，用于与所述外筒体2的
外孔连接后安装密封圈，在凹槽后端的外侧设有螺纹段503，在所述喷嘴的流道为锥形流道，出口端孔眼502小于所述内孔13和所述外孔15，使其的喷射力度更高。
33.所述导轮1上端设置有弧形结构，形成蘑菇头状，用于减小压裂液流动的阻力，在导轮1下方设有光杆能插入并固定在所述叶轮3上部设置的位于多个流道孔301中心的上沉孔302内，并便于压裂液均匀的朝各个方向流动，叶轮3与导轮1弧形结构下端面之间设置有第一轴承7，用于减小内筒体4与导轮1之间的摩擦，便于传动，外筒体2下端设置有台阶面，用于支撑位于内筒体4下端的第二轴承9，第二轴承9的作用为支撑内筒体4与叶轮3，防止叶轮3在高速旋转时发生运动失衡，以及便于传动，外筒体2上下端外侧开有螺纹，方便与其他井下工具相连接，为便于安装，喷嘴5与外筒体2，叶轮3与内筒体4之间均采用螺纹连接，第二轴承9的支撑通过台阶面实现。
34.所述内筒体4上端设置有挡环10，可阻挡部分压裂液流向内筒体4外侧，挡板与外孔15之间开有凹槽11安装节流环8，节流环8包括环本体16和环弹簧17两部分，工作时在环弹簧17的弹力作用下，环本体16紧靠外筒体2内壁，在节流环8上下侧形成压力差，增加压裂液向下流动的阻力，阻碍压裂液向下流动，起节流密封作用。
35.本实用新型的使用方法，包括的步骤如下：
36.s1.选井、洗井和测井，选择需要压裂的井层并循环洗井除去杂质，按照相关要求进行测井；
37.s2.部分部件选用，根据目标压裂部位的实际情况选择合适的外筒体2与内筒体4，并选用合适的喷嘴5尺寸与数量，根据所需要的射孔频次选择叶轮3，高频次选择复合叶轮3；
38.s3.安装并下入高压脉冲水力喷射压裂工具，通过外筒体2上的螺纹与油管相连，并将连接好的整体工具下放到所需要进行压裂的部位；
39.s4.进行压裂，通过泵与油管输送高压的压裂液至高压脉冲水力喷射压裂工具，高压高排量的压裂液从外筒体2所开设的孔道流入并部分流出，流入的压裂液首先经过导轮1弧形结构，沿各个方向均匀流动，穿过叶轮3上的孔洞冲击叶片使叶轮3旋转，并带动与之相连的内筒体4发生旋转运动，因内筒体4上的挡板阻碍压裂液向内筒体4与外筒体2之间的间隙中流动，致使压裂液流入内筒体4内，当内筒体4做周期旋转运动致使螺纹通孔与通孔重合时，喷射通道打开，当螺纹通孔与通孔未重合时，喷射通道关闭，从而内筒体4内的部分压裂液在喷射通道中便可形成多个周期性的高压脉冲喷射射孔，所形成的射孔对目标压裂部位进行压裂；
40.s5.射孔频次控制，通过控制压裂液的流量变化实现压裂液对叶轮3冲击力的变化，改变叶轮3与内筒体4的转动速度，内筒体4转动一圈，每个喷嘴5脉冲喷射射孔一次，改变内筒体4的转动速度即可方便快捷的获得所需要的射孔频次。
41.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的改进。