CN112031726A - 一种涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，包括：壳体、涡轮机构、传动机构、调频机构、增压机构、止回阀；壳体的侧壁上开设有脉冲射孔；涡轮机构包括涡扇，涡扇包括叶片；传动机构包括驱动套筒、调频齿轮体及从动套筒，驱动套筒内置于下腔体内且与壳体同轴设置，驱动套筒与壳体转动连接，驱动套筒的一端与叶片固定连接，调频齿轮体与驱动套筒连接，从动套筒与调频齿轮体连接；止回阀设置于腔体内且用于防止高压流体倒流。本发明提出的技术方案的有益效果是：通过采用调频齿轮体调节水力脉冲频率，通过机械式弹簧实现水力增压，而且采用了涡轮驱动，工具过流通道不易发生堵塞，完全可靠性良好。
Description
技术领域
本发明涉及水力压裂工具技术领域，尤其是涉及一种涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具。
背景技术
低孔、低渗油气储层自然产能较低，除少数裂缝发育带具有较高的自然产能外，一般需人工压裂改造之后才具有商业价值，目前，常用的储层压裂改造技术有水力压裂、LPG无水压裂、高能气体压裂、超临界二氧化碳压裂等，其中，水力压裂法是储层增渗改造的最主要方式。
水力压裂的目的就是通过水力能量使岩石发生破坏，通常载荷加载方式不同，材料发生破坏的难易程度也是不同的，除了常规水力压裂的水力静压载荷外，通常动载荷更容易使材料发生破坏，因此，对水力***的水功率传递方式进行改进，提高水力压裂的水功率利用效率成为动载荷水力压裂的关键。
将水力静压变为水力脉冲的工具称为水力脉冲发生器，现有的压裂工具大多采用螺杆作为驱动装置，在使用中发现，由于压裂液中砂砾含量较多，螺杆容易发生堵塞而停止工作，造成压裂装置稳定性差，严重影响了压裂施工的进度；另外，增压多采用气囊式蓄能器，密封可靠性较差，影响了增压效果。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，用以解决现有的压裂工具容易发生堵塞，增压机构可靠性差等技术问题。
一种涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，包括：壳体、涡轮机构、传动机构以及止回阀；
所述壳体为中空腔体，所述壳体具有一加工有母扣的母扣端，所述壳体的侧壁上开设有与所述腔体连通的射孔；
所述涡轮机构包括涡扇，所述涡扇包括叶片，所述叶片设置于所述腔体内且将所述腔体分隔成上腔体和下腔体，所述上腔体与所述母扣端连通，所述下腔体与所述射孔连通；
所述传动机构包括驱动套筒、调频齿轮体及从动套筒，所述驱动套筒内置于所述腔体内且与所述壳体同轴设置，所述驱动套筒的一端与所述叶片固定连接，所述调频齿轮体与所述驱动套筒连接，所述从动套筒与所述调频齿轮体连接；所述从动套筒位于所述壳体内且与所述壳体转动连接，所述从动套筒的外侧壁与所述壳体的内侧壁贴合，所述从动套筒上开设有与所述射孔相配合的内孔，当所述从动套筒被转动到预设位置时，所述内孔与所述射孔连通；
所述止回阀设置于所述壳体的腔体内，且用于防止高压流体倒流。
与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：通过采用驱动套筒作为传动组件，压裂液在壳体内流动的过程中，仅会通过不易发生堵塞的涡扇及止回阀，因此，本装置在使用过程中不易发生堵塞，稳定性良好，同时，本发明采用从动套筒与壳体滑套式错位密封的密封方式，密封可靠性较好，增压效果良好。
附图说明
图1是本发明提供的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具的一实施例的立体结构示意图；
图2是图1中剖面A-A的剖视图；
图3是图1中的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具省略壳体后的立体结构示意图；
图4是图3中的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具省略驱动套筒后的立体结构示意图；
图5是图4中的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具省略止回套筒后的立体结构示意图；
图6是图3中的涡扇的立体结构示意图；
图中：1-壳体、2-涡轮机构、3-传动机构、4-止回阀、5-调频机构、11-防护套筒、111-母扣、12-下盖、121-射孔、21-涡扇、211-叶片、212-转动环、22-轴承、31-驱动套筒、311-第一齿圈、32-调频齿轮体、321-固定套筒、322-调频齿轮、3221-缺齿部、33-从动套筒、331-内孔、332-第二齿圈、41-止回套筒、411-单向流道、42-止回阀体、43-止回弹簧、51-增压活塞、52-增压弹簧。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1-图6，本发明提供了一种涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，包括壳体1、涡轮机构2、传动机构3以及止回阀4。
请参照图1和图2，所述壳体1具有一呈圆柱形的密闭腔体，所述壳体1具有一加工有母扣111的母扣端，所述壳体1的侧壁上开设有与所述腔体连通的射孔121。
请参照图1和图2，所述涡轮机构2包括涡扇21，所述涡扇21包括叶片211，所述叶片211设置于所述腔体内且将所述腔体分隔成上腔体和下腔体，所述上腔体与所述母扣端连通，所述下腔体与所述射孔121连通。
请参照图1-图3，所述传动机构3包括驱动套筒31、调频齿轮体32及从动套筒33，所述驱动套筒31内置于所述下腔体内且与所述壳体1同轴设置，所述驱动套筒31与所述壳体1转动连接，所述驱动套筒31的一端与所述叶片211固定连接，所述调频齿轮体32与所述驱动套筒31连接，所述从动套筒33与所述调频齿轮体32连接，所述从动套筒33位于所述壳体1内且与所述壳体1转动连接，所述从动套筒33的外侧壁与所述壳体1的内侧壁贴合，所述从动套筒33上开设有与所述射孔121相配合的内孔331，当所述从动套筒33被转动到预设位置时，所述内孔331与所述射孔121连通。
请参照图1-图4，所述止回阀4设置于所述腔体内且用于使所述腔体内的流体单向流动。
本发明提供的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具在使用时，首先将涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具顺着钻杆下入到待压裂的井段，接着将高压压裂液从母扣111注入壳体1内，压裂液首先进入上腔体，之后经过涡扇21后进入下腔体内，在止回阀4的作用下，压裂液只能进入下腔体内而不能倒流，因此，下腔体内压裂液的压力为逐渐增大，同时，在压裂液经过涡扇21时，压裂液会带动叶片211转动，叶片211带动驱动套筒31转动，驱动套筒31经过调频齿轮体32后带动从动套筒33转动，在从动套筒33转动的过程中，当从动套筒33转动到预设位置时，从动套筒33上的内孔331与射孔121连通，下腔体内的高压压裂液经过内孔331和射孔121后射出，以对储层进行压裂。由于本装置采用驱动套筒31作为传动组件，压裂液在壳体1内流动的过程中，仅会通过不易发生堵塞的涡扇21及止回阀4，因此，本装置在使用过程中不易发生堵塞，稳定性良好。
进一步地，请参照图2，所述壳体1包括防护套筒11及下盖12，所述母扣111设置于所述防护套筒11的一端，所述下盖12可拆卸地盖合于所述防护套筒11的另一端，所述射孔121设置于所述下盖12上。通过将壳体1分成防护套筒11及下盖12，从而方便对本装置进行组装。
进一步地，请参照图2和图6，所述涡扇21还包括转动环212，所述转动环212与各个所述叶片211均固定连接，所述转动环212与所述驱动套筒31固定连接。
优选地，请参照图2、图3和图6，所述涡轮机构2还包括轴承22，所述轴承22与所述壳体1同轴设置，所述轴承22的外圈固定于所述壳体1上，所述轴承22的内圈固定于所述转动环212上。通过轴承22实现转动环212与壳体1的转动连接。
具体地，请参照图2、图3和图6，所述涡扇21的叶片211数量为六个，各个所述涡扇21沿所述壳体1的长度方向布置于所述腔体内，相邻的两个所述涡扇21的叶片211固定连接。
具体地，请参照图2和图3，所述驱动套筒31靠近所述调频齿轮体32的一端固定设置有第一齿圈311。所述从动套筒33靠近所述调频齿轮体32的一端固定设置有第二齿圈332。所述调频齿轮体32包括固定套筒321及调频齿轮322，所述固定套筒321内置于所述壳体1内且与所述壳体1固定连接，所述调频齿轮322具有若干个缺齿部3221，所述调频齿轮322转动连接于所述固定套筒321上，所述调频齿轮322与所述第一齿圈311及所述第二齿圈332均啮合。在使用时，驱动套筒31带动调频齿轮322转动，调频齿轮322带动从动套筒33转动，由于调频齿轮322的缺齿部3221在经过第二齿圈332时，从动套筒33不会转动，因此，从动套筒33的转速会低于驱动套筒31的转速，从而可延长壳体1内压裂液的蓄压时间，以提高射出的压裂液的冲击力。
具体地，请参照图2和图3，所述调频齿轮322的数量为两个，两个所述调频齿轮322对称布置于所述固定套筒321上。
具体地，请参照图2-图5，所述驱动套筒31与所述涡扇21的出口密封连接。所述止回阀4包括止回套筒41、止回阀体42及止回弹簧43，所述止回套筒41内置于所述驱动套筒31内且与所述驱动套筒31同轴设置，所述止回套筒41的外侧壁与所述驱动套筒31的内侧壁固定贴合，所述止回套筒41下端开口，所述止回套筒41的上端面上开设有单向流道411，所述止回阀体42用于封堵所述单向流道411，所述止回弹簧43的一端与所述止回阀体42固定连接，所述止回弹簧43的另一端与所述止回套筒41固定连接。在使用时，压裂液流入壳体1内时，压裂液产生作用于止回阀体42上的压力，使止回弹簧43收缩，从而止回阀体42与单向流道411分离，压裂液通过单向流道411进入壳体1的下端，当止回阀体42两侧的压力平衡时，在止回弹簧43的回复力作用下，止回阀体42重新封堵单向流道411，因此，只有当注入的压裂液高于壳体1下端的压裂液的压力时，止回阀体42才会与单向流道411分离，从而保证壳体1的压裂液不会发生倒流。
优选地，请参照图2和图3，本发明提供的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具还包括调频机构5，所述调频机构5包括增压活塞51及增压弹簧52，所述增压活塞51内置于所述下腔体内且与所述壳体1的内侧壁滑动连接，所述增压弹簧52的一端固定连接所述增压活塞51，所述增压弹簧52的另一端固定连接所述壳体1。调频机构5用于对壳体1内压裂液的压力进行缓冲，当壳体1内压裂液的压力突然增大时，增压弹簧52收缩，从而可延缓压裂液压力的上升速度，降低对壳体1的冲击，以延长壳体1的使用寿命。
为了更好地理解本发明，以下结合图1-图6来对本发明提供的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具的工作过程进行详细说明：在使用时，首先将涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具通过压裂管柱下入到待压裂的井段，接着将高压压裂液从母扣111注入壳体1内，压裂液首先进入上腔体，之后经过涡扇21后进入下腔体内，在止回阀4的作用下，压裂液只能进入下腔体内而不能倒流，因此，下腔体内压裂液的压力为逐渐增大，同时，在压裂液经过涡扇21时，压裂液带动叶片211转动，叶片211带动转动环212转动，转动环212带动驱动套筒31转动，驱动套筒31带动调频齿轮322转动，调频齿轮322带动从动套筒33转动，在从动套筒33转动的过程中，当从动套筒33转动到预设位置时，从动套筒33上的内孔331与射孔121连通，下腔体内的高压压裂液经过内孔331和射孔121后射出，以对储层进行压裂。
综上所述，本发明通过采用驱动套筒31作为传动组件，压裂液在壳体1内流动的过程中，仅会通过不易发生堵塞的涡扇21及止回阀4，因此，本装置在使用过程中不易发生堵塞，稳定性良好；同时，本发明采用从动套筒33与壳体1滑套式错位密封的密封方式，密封可靠性较好，增压效果良好。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，其特征在于，包括：壳体、涡轮机构、传动机构以及止回阀；
所述壳体为中空腔体，所述壳体具有一加工有母扣的母扣端，所述壳体的侧壁上开设有与所述腔体连通的射孔；
所述涡轮机构包括涡扇，所述涡扇包括叶片，所述叶片设置于所述腔体内且将所述腔体分隔成上腔体和下腔体，所述上腔体与所述母扣端连通，所述下腔体与所述射孔连通；
所述传动机构包括驱动套筒、调频齿轮体及从动套筒，所述驱动套筒内置于所述腔体内且与所述壳体同轴设置，所述驱动套筒的一端与所述叶片固定连接，所述调频齿轮体与所述驱动套筒连接，所述从动套筒与所述调频齿轮体连接；所述从动套筒位于所述壳体内且与所述壳体转动连接，所述从动套筒的外侧壁与所述壳体的内侧壁贴合，所述从动套筒上开设有与所述射孔相配合的内孔，当所述从动套筒被转动到预设位置时，所述内孔与所述射孔连通；
所述止回阀设置于所述壳体的腔体内，且用于防止高压流体倒流。
2.根据权利要求1所述的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，其特征在于，所述壳体包括防护套筒及下盖，所述母扣设置于所述防护套筒的一端，所述下盖可拆卸地盖合于所述防护套筒的另一端，所述射孔设置于所述下盖上。
3.根据权利要求1所述的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，其特征在于，所述涡扇还包括转动环，所述转动环与各个所述叶片均固定连接，所述转动环与所述驱动套筒固定连接。
4.根据权利要求3所述的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，其特征在于，所述涡轮机构还包括轴承，所述轴承与所述壳体同轴设置，所述轴承的外圈固定于所述壳体上，所述轴承的内圈固定于所述转动环上。
5.根据权利要求1所述的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，其特征在于，所述涡扇的数量为六个，各个所述涡扇沿所述壳体的长度方向布置于所述腔体内，相邻的两个所述涡扇的叶片固定连接。
6.根据权利要求1所述的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，其特征在于，所述驱动套筒靠近所述调频齿轮体的一端固定设置有第一齿圈；
所述从动套筒靠近所述调频齿轮体的一端固定设置有第二齿圈；
所述调频齿轮体包括固定套筒及调频齿轮，所述固定套筒内置于所述壳体内且与所述壳体固定连接，所述调频齿轮具有若干个缺齿部，所述调频齿轮转动连接于所述固定套筒上，所述调频齿轮与所述第一齿圈及所述第二齿圈均啮合。
7.根据权利要求6所述的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，其特征在于，所述调频齿轮的数量为两个，两个所述调频齿轮对称布置于所述固定套筒上。
8.根据权利要求1所述的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，其特征在于，所述驱动套筒与所述涡扇的出口密封连接；
所述止回阀包括止回套筒、止回阀体及止回弹簧，所述止回套筒内置于所述驱动套筒内且与所述驱动套筒同轴设置，所述止回套筒的外侧壁与所述驱动套筒的内侧壁固定贴合，所述止回套筒下端开口，所述止回套筒的上端面上开设有单向流道，所述止回阀体用于封堵所述单向流道，所述止回弹簧的一端与所述止回阀体固定连接，所述止回弹簧的另一端与所述止回套筒固定连接。
9.根据权利要求1所述的涡轮驱动周向滑套式脉冲发生工具，其特征在于，还包括调频机构，所述调频机构包括增压活塞及增压弹簧，所述增压活塞内置于所述下腔体内且与所述壳体的内侧壁滑动连接，所述增压弹簧的一端固定连接所述增压活塞，所述增压弹簧的另一端固定连接所述壳体。
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