CN112796723A - 一种脉冲发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脉冲发生装置，包括：呈管状的主腔体，主腔体上设有流体入口；主腔体内部安装有传动机构，传动机构由进入主腔体内的流体驱动；安装于主腔体内部的增压室，增压室与主腔体内部连通，传动机构作用于增压室上，传动机构工作状态下，调节增压室的容积大小；通过射流通道将主腔体外部与增压室内部连通。本发明由流体驱动传动机构工作，以调节增压室的容积大小，通过减小增压室的容积，实现对增压室内流体的增压，以增大水力波振幅。

Description

一种脉冲发生装置
技术领域
本发明涉及水力压裂工具技术领域，尤其是涉及一种脉冲发生装置。
背景技术
水力压裂是一项有广泛应用前景的油气井增产措施，它利用高速和高压流体携带砂体进行射流，打开地层与井筒之间的通道后，提高流体排量，从而在地层中打开裂缝，以改善低渗透地层的渗流条件，实现增产增注。
水力压裂装置利用自振荡喷嘴形成压力脉冲或者通过改变过流面积产生压力脉冲，产生的水力波振幅和频率特性受到很大制约，作用有限，导致了振动采油技术的应用推广受到限制。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的水力波振幅小的技术问题，提供一种脉冲发生装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种脉冲发生装置，包括：
呈管状的主腔体；
流体入口，设于主腔体上；
传动机构，其安装于主腔体内部，传动机构由进入主腔体内的流体驱动；
增压室，其安装于主腔体内部，增压室与主腔体内部连通，传动机构作用于增压室上，传动机构工作状态下，调节增压室的容积大小；
射流通道，用于将主腔体外部与增压室内部连通。
本发明的有益效果是：由流体驱动传动机构工作，以调节增压室的容积大小，通过减小增压室的容积，实现对增压室内流体的增压，以增大水力波振幅。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述主腔体内部形成沿主腔体轴向依次布置的a、b室,流体入口与a室连通，b室内部布置所述增压室，所述主腔体的侧壁由a室的侧壁、b室的侧壁拼接而成。
采用上述进一步方案的有益效果是：便于对本发明的各零部件进行组装。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述增压室的数量至少为2个，且沿主腔体的周向分布。
采用上述进一步方案的有益效果是：沿主腔体周向产生多个压力脉冲波，以增大本发明的作用范围。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述增压室上安装有止回阀，b室内的流体通过止回阀流入增压室。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过止回阀防止流体由增压室倒流进入b室。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述主腔体的内部布置有管壳体，管壳体内部布置有活塞，主腔体的侧壁与管壳体、活塞围成所述增压室，所述传动机构包括作用于活塞上的偏心组件，传动机构工作状态下，活塞在管壳体内部移动。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过偏心组件推动活塞在管壳体内部作往复运动移动，实现周期性的调节增压室的容积大小。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述增压室内部布置有缓冲件，缓冲件作用于活塞上，用以缓冲流体对增压室的冲击。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过缓冲件缓冲流体对增压室的冲击，有利于延长增压室的使用寿命。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述传动机构包括轴件，轴件上布置有叶片，轴件与偏心组件连接，流体作用于叶片状态下，轴件转动，驱动偏心组件作偏心转动。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过叶片和轴件，将流动工质(即流体)的能量转换为旋转运动，结构简单。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述轴件的轴向与主腔体的轴向保持一致，叶片沿轴件的轴向螺旋布置。
采用上述进一步方案的有益效果是：在水力压裂领域，主腔体较为细长，并且，使用的压裂液是携带沙粒的流体。本发明采用沿轴件的轴向螺旋布置的叶片，不易发生堵塞，稳定性良好。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述射流通道包括a、b通道，a通道设于主腔体的侧壁上,b通道设于传动机构上，传动机构工作状态下，a、b通道在状态一与状态二之间切换，状态一，a、b通道连通，射流通道打开；状态二，a、b通道错开，射流通道闭合。
由进入主腔体内的流体驱动传动机构，使射流通道在打开状态下与闭合状态下循环切换，以产生水击式压力脉冲波，获得较大的振幅。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述传动机构包括套筒，套筒的轴向与主腔体的轴向保持一致且两者转动配合，b通道设于所述套筒上，套筒相对于主腔体转动状态下，a、b通道在状态一与状态二之间呈周期性切换。
采用上述进一步方案的有益效果是：a、b通道在状态一与状态二之间呈周期性切换，有利于产生稳定的水击式压力脉冲波振幅。
附图说明
图1为本发明所述脉冲发生装置的立体结构示意图；
图2是图1中A-A处的剖视图；
图3是图2中B处的放大示意图；
图4是本发明所述传动机构的立体结构示意图；
图5是本发明所述b室的内部结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、主腔体，11、a室，12、b室，121、b1侧壁，122、b2侧壁，13、封盖，2、流体入口，3、传动机构，31、轴件，32、叶片，33、偏心组件，331、压杆，332、连杆，34、套筒，4、增压室，41、管壳体，42、活塞，5、射流通道，51、a通道，511、a1通道，512、a2通道，52、b通道，6、止回阀，7、缓冲件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图2所示，一种脉冲发生装置，包括：呈管状的主腔体1，主腔体1上设有流体入口2；主腔体1内部安装有传动机构3，传动机构3由进入主腔体1内的流体驱动；安装于主腔体1内部的增压室4，增压室4与主腔体1内部连通，传动机构3作用于增压室4上，传动机构3工作状态下，调节增压室4的容积大小；通过射流通道5将主腔体1外部与增压室4内部连通。
本实施例所述脉冲发生装置的工作步骤为：步骤一，将本实施例的脉冲发生装置顺着钻杆下入到待压裂的井段。步骤二，通过泵将压裂液加压后从流体入口2注入主腔体1内部。步骤三，通过压裂液驱动传动机构3工作，在a阶段，增大增压室4的容积，同时，压裂液进入增压室4中；在b阶段，减小增压室4的容积,当增压室4的容积压缩到预定程度时，打开射流通道5，增压室4内的压裂液由射流通道5喷射出去，形成压力脉冲波，对地层进行压裂。本实施例通过减小增压室4的容积，实现了对增压室4内流体的增压，从而提高压力脉冲波的作用半径，获得更好的脉冲效果。
在本发明的一个实施例中，所述主腔体1内部形成沿主腔体1轴向依次布置的a室11、b室12,所述主腔体1的侧壁由a室11的侧壁、b室12的侧壁拼接而成，在此基础上，可以在b室12远离a室11的一端安装可拆卸的封盖13，即b室12的侧壁与封盖13之间可通过螺纹连接的方式实现可拆式连接。在组装本实施例的各零部件时，先将传动机构3与b室12的侧壁进行组装，再将a室11的侧壁与b室12的侧壁进行组装，a室11的侧壁与b室12的侧壁之间可通过螺纹连接的方式实现可拆式连接。本实施例将主腔体1由a室11的侧壁、b室12的侧壁拼接而成，方便对本实施例的各零部件进行组装。
流体入口2与a室11连通，b室12内部布置所述增压室4，增压室4的数量为若干个，在本发明的一个实施例中，增压室4的数量为2个，且沿主腔体1的周向分布，具体的来说，2个增压室4分布在主腔体1的同一直径上，沿主腔体1周向产生多个不同方向的压力脉冲波，以增大本发明对地层的作用范围。
为了保证增压室4的增压效果，在本发明的一个实施例中，所述增压室4上安装有止回阀6，参考图5，b室12内的流体通过止回阀6流入增压室4。压裂液经过a室进入b室12，在止回阀6的作用下，压裂液只能进入增压室4内而不能倒流，保证增压室4内部压裂液的压力逐渐增大。
周期性的调节增压室4的容积大小，能够使a阶段与b阶段交替进行，以不断产生压力脉冲波。在本发明的一个实施例中，所述b室12内部布置有管壳体41，管壳体41内部设有活塞42，b室12的侧壁与管壳体41、活塞42围成所述增压室4，所述传动机构3包括作用于活塞42上的偏心组件33，传动机构3工作状态下，活塞42在管壳体41内部移动。本实施例通过偏心组件33推动活塞42在管壳体41内部作往复运动移动，实现周期性的调节增压室4的容积大小。
为了延长增压室4的使用寿命，在本发明的一个实施例中，所述增压室4内部布置有缓冲件7，缓冲件7作用于活塞42上，在本实施例中，缓冲件7采用弹簧，弹簧的一端固定在活塞42上，弹簧的另一端固定在增压室4的侧壁，具体的来说，b室12的侧壁包括由内向外依次布置的b1侧壁121、b2侧壁122，增压室4与弹簧固定连接的一侧壁即b1侧壁121。当b室12内部压裂液的压力突然增大时，弹簧收缩，增压室4的容积减少，b室12内部可使用的空间容积(即b室12空间容积减去增压室4容积后的空间容积)变大，从而延缓b室12内部内流体压力的上升速度，减小其对增压室4的冲击，以延长增压室4的使用寿命。在此基础上，止回阀6可以安装在活塞42上。
参考图2至图4，在本发明的一个实施例中，传动机构3的实现方式包括：所述传动机构3包括轴件31和与轴件31固定连接的叶片32，轴件31与叶片32之间通过焊接的方式实现固定连接；本实施例中，通过叶片32和轴件31，将流动工质(即流体)的能量转换为旋转运动，结构简单。涡轮是人们所熟悉的一种将流动工质(即流体)的能量转换为机械功的旋转式动力机械，人们容易想到将涡轮安装在主腔体1内。需要说明的是，在水力压裂领域，主腔体1整体呈细长状，并且，使用的压裂液是携带沙粒的流体；而涡轮的叶片32沿涡轮的周向密集排布，使得涡轮与主腔体1侧壁之间的间隙非常有限，压裂液经过涡轮与主腔体1之间的间隙，容易发生堵塞。为了解决该问题，在本发明的一个实施例中，所述轴件31的轴向与主腔体1的轴向保持一致，叶片32沿轴件31的轴向螺旋布置；叶片32位于a室，压裂液由a室11流入b室12过程中，压裂液作用于叶片32上，叶片32带动轴件31转动。本实施例采用沿轴件31的轴向螺旋布置的叶片32，不易发生堵塞，使得本实施例所述脉冲发生装置作业时，具有良好的稳定性。
轴件31与偏心组件33连接，通过轴件31驱动偏心组件33作偏心转动。在此基础上，偏心机构的实现方式包括：偏心组件33包括压杆331，压杆331的中心与连杆332的一端固定连接，连杆332的另一端与轴件31的一端固定连接，压杆331的中心偏离轴件31的轴线，压杆331的外缘用于抵住活塞42。轴件31通过连杆带动压杆331作偏心转动，通过压杆331抵住活塞42，使活塞管在壳体41内部移动，以改变增压室4内部容积的大小。
在本发明的一个实施例中，所述射流通道5包括a通道51、b通道52，a通道51设于主腔体1的侧壁上,b通道52设于传动机构3上，传动机构3工作状态下，a通道51、b通道52在状态一与状态二之间切换，状态一，a通道51、b通道52连通，射流通道5打开；状态二，a通道51、b通道52错开，射流通道5闭合。本实施例中，通过压裂液驱动传动机构3工作，使射流通道5在打开状态下与闭合状态下循环切换，当射流通道5打开与闭合的时候，流体速度突然变化，流体中产生水击式压力脉冲波，振幅大于其它压力脉冲波的振幅，这里，所述其他压力波是指通过自振荡喷嘴形成压力脉冲波以及通过改变过流面积产生的压力脉冲波。
为了产生稳定的水击式压力脉冲波振幅，在本发明的一个实施例中，所述传动机构3包括套筒34，套筒34的轴向与主腔体1的轴向保持一致且两者转动配合，具体说来是，轴件31位于b室的一端通过支撑架与套筒34固定连接，且轴件31与套筒34同轴；b通道52设于所述套筒34上，这里，套筒34上设有1个b通道52，a通道51开设在b室12的侧壁上。压裂液作用于叶片32状态下，叶片32带动轴件31转动，通过轴件31带动套筒34相对于主腔体1转动，a通道51、b通道52在状态一与状态二之间呈周期性切换。
参考图3、图5，在上述实施例的基础上，所述b室12的侧壁包括由内向外依次布置的b1侧壁121、b2侧壁122，a通道51包括a1通道511、a2通道512，a1通道511设于b1侧壁121上，a2通道512设于b2侧壁122上，所述套筒34装设于b1侧壁121与b2侧壁122之间，且相邻两者间面接触。a、b通道52错开时，套筒34与b1侧壁121、b2侧壁122之间形成错位密封，密封可靠，增压室4内的增压效果良好。
套筒34上的b通道52数量为1，b室12的侧壁的a通道51为若干组，每组a通道51对应连通一个增压室4。在本发明的一个实施例中，a通道51为2组，且分布在主腔体1的同一直径上。参加图2至图3，本实施例中，压裂液作用于叶片32上，带动轴件31转动，通过轴件分别驱动偏心组件33与套筒34转动，当偏心组件33的压杆331抵住其中一个增压室4中的活塞42且该增压室4(参见图2左侧的增压室4)的容积达到最小时，与该增压室4(参见图2左侧的增压室4)对应的a通道51与套筒34上的b通道52连通，此时，与该增压室4(参见图2左侧的增压室4)对应射流通道5打开，该增压室4(参见图2左侧的增压室4)内的压裂液经过射流通道5射出，对地层进行压裂；同时，另一个增压室4(参见图2右侧的增压室4)的容积达到最大，与该增压室4(参见图2右侧的增压室4)对应的a通道51与套筒34上的b通道52错开。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲发生装置，其特征在于，包括：
呈管状的主腔体；
流体入口，设于主腔体上；
传动机构，其安装于主腔体内部，传动机构由进入主腔体内的流体驱动；
增压室，其安装于主腔体内部，增压室与主腔体内部连通，传动机构作用于增压室上，传动机构工作状态下，调节增压室的容积大小；
射流通道，用于将主腔体外部与增压室内部连通。
2.根据权利要求1所述一种脉冲发生装置，其特征在于，所述主腔体内部形成沿主腔体轴向依次布置的a、b室,流体入口与a室连通，b室内部布置所述增压室，所述主腔体的侧壁由a室的侧壁、b室的侧壁拼接而成。
3.根据权利要求1所述一种脉冲发生装置，其特征在于，所述增压室的数量至少为2个，且沿主腔体的周向分布。
4.根据权利要求1所述一种脉冲发生装置，其特征在于，所述增压室上安装有止回阀，b室内的流体通过止回阀流入增压室。
5.根据权利要求1所述一种脉冲发生装置，其特征在于，所述主腔体的内部布置有管壳体，管壳体内部布置有活塞，主腔体的侧壁与管壳体、活塞围成所述增压室，所述传动机构包括作用于活塞上的偏心组件，传动机构工作状态下，活塞在管壳体内部移动。
6.根据权利要求5所述一种脉冲发生装置，其特征在于，所述增压室内部布置有用以缓冲流体对增压室冲击的缓冲件，缓冲件作用于活塞上，。
7.根据权利要求5所述一种脉冲发生装置，其特征在于，所述传动机构包括轴件，轴件上布置有叶片，轴件与偏心组件连接，流体作用于叶片状态下，轴件转动，驱动偏心组件作偏心转动。
8.根据权利要求7所述一种脉冲发生装置，其特征在于，所述轴件的轴向与主腔体的轴向保持一致，叶片沿轴件的轴向螺旋布置。
9.根据权利要求1所述一种脉冲发生装置，其特征在于，所述射流通道包括a、b通道，a通道设于主腔体的侧壁上,b通道设于传动机构上，传动机构工作状态下，a、b通道在状态一与状态二之间切换，状态一，a、b通道连通，射流通道打开；状态二，a、b通道错开，射流通道闭合。
10.根据权利要求9所述一种脉冲发生装置，其特征在于，所述传动机构包括套筒，套筒的轴向与主腔体的轴向保持一致且两者转动配合，b通道设于所述套筒上，套筒相对于主腔体转动状态下，a、b通道在状态一与状态二之间呈周期性切换。
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