[发明专利]一种井下水力脉冲分段压裂增渗装置及方法

权利要求书

1.一种井下水力脉冲分段压裂增渗装置，包括井下水力脉冲压裂装置、可控式液压封隔器、连续油管、流体控制阀和压裂车；其特征在于：所述压裂车通过连续油管连接井下水力脉冲压裂装置和可控式液压封隔器，可控式液压封隔器连接在井下水力脉冲压裂装置后端，连续油管与压裂车连接的接口处设流体控制阀；

所述井下水力脉冲压裂装置包括缸体一(1)、缸体二(7)、芯轴(2)、滑套(3)、密封圈、弹簧(8)、喷嘴(4)和接头(9)；所述缸体一(1)后端与缸体二(7)前端采用梯形圆螺纹连接，缸体一(1)中心有滑套孔，前端封闭，滑套孔的侧壁上径向设有喷嘴(4)，缸体二(7)中开有前后贯通的通孔；所述芯轴(2)具有中心孔，后端开口，通入流体，前端底部密封，前端周壁对称布置径向的流体出口(10)；芯轴(2)穿过缸体二(7)，后端与缸体二(7)通过螺母固定，并通过接头(9)与连续油管连接，前端外装滑套(3)，并与滑套一起装进缸体一(1)的滑套孔中，滑套内外分别与芯轴和缸体一进行密封；所述滑套(3)后端有大于缸体一(1)孔口的凸肩，在向前滑到极限位置时，凸肩下表面与缸体一(1)孔口端面贴合，在向后行到极限位置时，与缸体二(7)内壁的凸肩相抵；滑套(3)前端外径减小，形成一级阶梯，缸体一(1)内壁有与其配合的台阶，滑套(3)的前端面(17)距阶梯面(18)的距离小于或等于缸体一(1)上的喷嘴距台阶的距离；在缸体二(7)内的芯轴(2)段外装有弹簧(8)，弹簧(8)下端压在滑套的凸肩上表面，上端顶在缸体二(7)的内壁上，滑套(3)可在芯轴(2)上通过压缩弹簧(8)的作用前后滑动，打开或关闭喷嘴(4)，形成阶梯状波的水力脉冲喷射。

2.根据权利要求1所述的井下水力脉冲分段压裂增渗装置，其特征在于，井下水力脉冲压裂装置的结构参数满足以下要求：

滑套行程l、滑套本征频率f、水力脉冲压裂装置频率K采用下式确定：

$l=\frac{{(p_1-p_2+\sqrt{(9p_1-p_2)(p_1-p_2)})}^M}{2{\mathrm{\η\ρp}}_{1}S}$

$f=\frac{\sqrt{nM+{\mathrm{\η\ρp}}_1{S}^2}\sqrt{\mathrm{\η}\mathrm{\ρ}S(p_{2}S-nl)+nM}}{\mathrm{\π}M(\sqrt{nM+{\mathrm{\η\ρp}}_1{S}^2}+\sqrt{\mathrm{\η}\mathrm{\ρ}S(p_{2}S-nl)+nM})}$

$K=\frac{f}{\sqrt{\frac{n}{M}}}$

其中M为滑套质量，n为弹簧刚度，S为滑套阶梯位置底面积，ρ为压裂液密度，η为压裂液流动的阻力系数，l为滑套行程，p₁为喷嘴打开前滑套后端压力，p₂为喷嘴打开后滑套后端压力。

3.根据使用权利要求1-2中任意一项所述的装置进行水力脉冲压裂改造页岩气储层的方法，其特征在于包括以下步骤：

A、通井，目的层段射孔，射孔结束，并洗井；

B、连续油管(15)连接可控式液压封隔器(14)、井下水力脉冲压裂装置(13)，下入到设计目的层段并校深，坐封可控式液压封隔器(14)；

C、可控式液压封隔器(14)验封完成后，转换地面流体控制阀，启动井下水力脉冲压裂装置(13)，压裂液从油管流进芯轴(2)，从流体出口(10)流出，进入到缸体一(1)，由于缸体一(1)下端为密封装置，流体在缸体一(1)中蹩压，产生高压，使得滑套(3)上下端间存在压差，并在滑套前端面(17)处产生推力，推动滑套(3)后行，同时压缩弹簧(8)；当滑套阶梯面(18)后行位置超过喷嘴(4)时，压裂液从喷嘴(4)流出，高压压裂液同时泄压；由于惯性和压力差作用，滑套(3)还会后行一段距离，当滑套(3)前段压力小于弹簧(8)恢复力时，弹簧(8)开始推动滑套(3)前行，滑套的阶梯面(18)封隔喷嘴(4)，压裂液停止喷出；当弹簧(3)恢复力小于压裂液压力或滑套(3)到达缸体一(1)台阶位置处时，滑套(3)停止下行，重复上行动作；装置由此产生脉冲流体，同时通过在地面调节压力和排量，控制井下脉冲能量产生的大小，即可产生预期水锤效应，达到压裂储层的效果；

D、按压裂施工程序施工，地面监测施工效果，达到预定要求，该段水力脉冲压裂结束；

E、该段压裂结束，解封可控式液压封隔器(14)，取出连续油管(15)、井下水力脉冲压裂装置(13)、可控式液压封隔器(14)；

F、泵入桥塞(12)到指定位置，重复步骤A-E，压裂第二段；

G、重复步骤A-F，压裂剩余层段，并注意每压裂3-5段，必须检修或更换可控式液压封隔器、井下水力脉冲压裂装置；

H、所有压裂段压裂结束，形成压裂缝网(11)，取出井下压裂管柱与工具，使用连续油管(15)，配合钻塞设备，连续钻掉桥塞(12)，压裂结束。