[发明专利]一种水力驱动的高压脉冲流体输出装置及其操作方法

说明书

本发明公开了一种水力驱动的高压脉冲流体输出装置，包括泵源装置、压裂液供应装置、并联设置且结构相同的两组流体脉冲发生装置和伺服控制系统，泵源装置用于储存水并为水提供压力，以模拟深部中压大流量水力条件；压裂液供应装置用于提供连续低压压裂液；流体脉冲发生装置利用泵源装置输出的中压大流量水为动力源，将连续低压压裂液转变为高压脉冲流体输出；伺服控制系统与两组流体脉冲发生装置电性连接，以控制两组流体脉冲发生装置交替工作。本发明脉冲发生器设置有两组脉冲增压器进行高压脉冲流体交替输出，能够满足较大范围内的高低频脉冲流体输出需求；脉冲输出过程由伺服控制器进行伺服控制，确保脉冲流体输出过程的频率精度。

技术领域

本发明属于深部矿山开采和水力致裂技术领域，尤其涉及一种水力驱动的高压脉冲流体输出装置及其操作方法。

背景技术

随着我国矿产资源需求量的增加和浅部资源的不断消耗，未来矿产资源和能源开采将不断向深部进军。而伴随资源和能源开采规模和深度的增加，如何实现硬质矿岩的有效致裂，提高资源的开采效率；如何转变深部有害条件为有利资源，实现资源的绿色开采是当今限制资源、能源开发的技术难题。水力致裂技术作为岩体压裂、增加渗透的有效手段，已在深部开采辅助破岩、深部油气增产等领域起到重要作用。但常规水力致裂技术采用连续流注液形式，在取得岩石有效致裂的同时，存在注液压力大，对泵源压力设备技术要求高，裂缝网络形成有限等问题。

脉冲水力压裂是通过脉冲装置将连续流体转变为脉冲流体进行岩石致裂一种优化压裂技术，近年来在室内试验和现场应用中较常规水力致裂技术取得更好效果，能够有效降低起裂压力和延伸裂缝扩展长度。但现有脉冲水力压裂装置却依旧存在性能缺陷：如脉冲转换装置性能单一，采用简单激振腔扰流形成脉冲流体，其流体脉冲压力波幅小，脉冲流体不稳定；采用转轮式脉冲发生器通过周期性改变流体界面形成脉冲流体，其脉冲频率不可控，仅非淹没射流破沿效果较好；采用脉冲泵直接进行脉冲流体输出，其脉冲频率可控但频控范围小，脉冲波形单一，流量输出不稳定。

因此，为了合理利用深部水力资源并提高致裂效率，亟待研发频控范围大、频率调节精度高、脉冲压力和流量波形可控、优化水势能利用的高压脉冲水力技术。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种频控范围大，脉冲压力和流量波形可控，利用中压水作驱动源的水力驱动的高压脉冲流体输出装置及其操作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种水力驱动的高压脉冲流体输出装置，包括：

泵源装置，用于储存水并为水提供压力，以模拟深部中压大流量水力条件；

压裂液供应装置，用于提供连续低压压裂液；

并联设置且结构相同的两组流体脉冲发生装置，利用泵源装置输出的中压大流量水为动力源，将连续低压压裂液转变为高压脉冲流体输出；

伺服控制系统，与所述两组流体脉冲发生装置电性连接，以控制所述两组流体脉冲发生装置交替工作。

进一步的，所述流体脉冲发生装置包括脉冲增压器，所述脉冲增压器包括活塞杆相互对接的双作用快速驱动缸和单作用脉冲输出缸；

还包括用于控制中压大流量水流动方向且与伺服控制系统电性连接的伺服控制阀，所述泵源装置的输出端与所述伺服控制阀的进液口连通，所述伺服控制阀上还设有分别与所述双作用快速驱动缸的第一工作腔和第二工作腔连通的第一工作口和第二工作口，所述伺服控制阀交替控制所述伺服控制阀的进液口与所述双作用快速驱动缸的第一工作腔和第二工作腔连通，所述单作用脉冲输出缸上设有单向进液口和单向出液口，所述单向进液口与所述压裂液供应装置连通，所述单向出液口通过脉冲流体输出管路进行输出，所述双作用快速驱动缸活塞腔的面积大于所述单作用脉冲输出缸活塞腔的面积。