[發明專利]一種旋轉式壓力脈沖轉換器以及水力壓裂注液裝置

有效

• 申請號: 202011248201.5
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112360415B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 周再樂;楊典森;陳衛忠;周云;田洪銘
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉天虹

本發明公開了一種旋轉式壓力脈沖轉換器以及水力壓裂注液裝置，旋轉式壓力脈沖轉換器安裝于水力壓裂注液裝置的注液管線內部。旋轉式壓力脈沖轉換器包括內螺旋轉子和外環套，內螺旋轉子可轉動地安裝于外環套內部；內螺旋轉子沿周向對稱設置有兩個螺旋扇面體，兩個螺旋扇面體之間的間隙構成螺旋流道；外環套的其中一端為進液開口、另一端設置有節流擋板，節流擋板上沿周向對稱開設有導流孔系，導流孔系的總開孔面積大于兩個螺旋扇面體的扇形總面積。該旋轉式壓力脈沖轉換器能夠將連續性泵注轉換成低頻次的交變循環脈動泵注，使致密儲層巖石處于循環應力加載狀態，從而更有利于形成復雜裂縫網絡，大幅度提高油氣增產效果。

技術領域

本申請屬于石油工程中水力壓裂技術領域，具體涉及一種旋轉式壓力脈沖轉換器以及水力壓裂注液裝置。

背景技術

頁巖氣等非常規油氣資源，因其儲層巖石致密，滲透率極低，油氣開采困難，主要依靠水力壓裂的方式在致密儲層中形成盡可能復雜的人工裂縫網絡，來獲得工業化產量。水力壓裂技術是保障低滲油氣資源開發、實現經濟產能的關鍵技術方法，也是實現非常規油氣資源規模化開采的必要手段。

在非常規油氣儲層中，采用常規恒定排量的泵注方式壓裂施工形成復雜裂縫網絡通常需要較為苛刻的天然儲層條件，比如儲層天然裂縫發育、儲層巖石本身脆度較高以及地應力差(σ_H-σ_h)較小等；而大多數儲層往往不具備該條件，所以常規恒定排量壓裂所形成水力裂縫仍然以雙翼縫為主，如何在壓裂施工中形成復雜裂縫網絡依然是亟待突破的關鍵技術難題。為了提高儲層改造效果，通常對致密儲層只能采用多級壓裂，配合限流壓裂等復雜的工藝措施，以盡可能產生多條平行雙翼縫的方式來彌補單條雙翼縫導流能力不足的問題。而在水力壓裂中，如何采用高效低成本的方式來起裂更多水力裂縫是水力壓裂技術發展的重要突破方向。

當前，我國長慶油田采用反復開停泵的方式來進行低頻次循環泵注壓裂，通過該方式能在儲層中產生低頻交變泵注壓力。相對于常規恒定排量泵注壓裂而言，循環泵注壓裂在油田現場施工中產生了更多且更為復雜的水力裂縫，取得了平均單井產量增加30％的效果。隨著該種壓裂方式的推廣應用，在其他油田現場也取得了大幅度的增產效果。

通常油氣儲層開采時所使用的脈沖壓力泵，所提供的循環脈動壓力幅值較低，而脈動頻次也過高(20HZ)，其使用范圍僅限于煤層氣儲層的御壓增透和增產開采，難以滿足更為復雜的裂縫網路的使用要求。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種旋轉式壓力脈沖轉換器以及水力壓裂注液裝置，通過該工具能夠將常規連續泵注轉換為交變脈動泵注，泵注壓力變成低頻高幅值的交變脈沖壓力，從而更有利于在致密儲層產生復雜裂縫網絡，大幅度提高水力壓裂的增產效果。

實現本發明目的所采用的技術方案為，一種旋轉式壓力脈沖轉換器，包括內螺旋轉子和外環套，所述內螺旋轉子可轉動地安裝于所述外環套內部；所述內螺旋轉子上沿周向對稱設置有兩個螺旋扇面體，兩個所述螺旋扇面體之間的間隙構成螺旋流道；所述外環套的其中一端為進液開口、另一端設置有節流擋板，所述節流擋板上沿周向對稱開設有導流孔系，所述導流孔系的總開孔面積大于兩個所述螺旋扇面體的扇形總面積。

可選的，所述導流孔系包括沿周向對稱設置的兩個扇形的主導流孔和沿周向對稱設置的兩組輔助導流孔，所述主導流孔的扇形角度為α1不大于所述螺旋扇面體的扇形角度α2。

可選的，所述輔助導流孔與所述主導流孔合并為一個合并孔，所述合并孔的孔面積大于所述螺旋扇面體的扇形角度α2。

可選的，所述輔助導流孔為扇形孔，所述輔助導流孔的扇形角度α3為4°～20°；所述合并孔的扇形角度α4大于所述螺旋扇面體的扇形角度α2。

可選的，所述主導流孔與所述輔助導流孔在圓周方向上間隔設置；當所述輔助導流孔為扇形孔時，所述輔助導流孔的扇形角度α3為4°～20°；當所述輔助導流孔為非扇形孔時，所述輔助導流孔的總面積等于4°～20°扇形角度的扇形孔面積。