[发明专利]一种自激震荡式脉冲水力压裂工具及方法

权利要求书

1.一种自激震荡式脉冲水力压裂工具，其特征在于，包括：

从上至下依次形成可拆卸连接的喷射器（1）、单流阀体（2）和震荡器（3）；

所述喷射器（1）的侧壁上设置有多个喷嘴（11）；

所述单流阀体（2）和所述震荡器（3）之间形成第一震荡腔（301）；

所述震荡器（3）内形成有第二震荡腔（302），所述第二震荡腔（302）位于所述第一震荡腔（301）下方，并与所述第一震荡腔（301）相连；

其中，在所述单流阀体（2）因被送入封堵球（21）而形成封堵后，所述喷嘴（11）用于将通过油管泵入的含砂液体向外喷射以使在自激震荡式脉冲水力压裂工具外围设置的套管（4）上形成射孔；

在套管（4）上形成射孔后，封堵住所述单流阀体（2）的封堵球（21）被反向洗出；

在封堵球（21）被反向洗出后，通过油管泵入的高排量液体经过所述喷射器（1）和所述单流阀体（2）后再进入所述第一震荡腔（301）和所述第二震荡腔（302）内进行震荡，形成高频率高压脉冲液体；所形成的高频率高压脉冲液体通过所述第二震荡腔（302）的出口进入到套管（4）和自激震荡式脉冲水力压裂工具之间形成的环空腔体（401）内，并与泵入到环空腔体（401）内的高含砂液体混合，所形成的混合液体穿过套管（4）上形成的射孔对套管（4）外的目标压裂层段进行压裂。

2.根据权利要求1所述的自激震荡式脉冲水力压裂工具，其特征在于，多个喷嘴（11）呈螺旋式分布在所述喷射器（1）的侧壁上，各所述喷嘴（11）的喷射方向分别与所述喷射器（1）的中心轴线之间形成一定夹角。

3.根据权利要求1所述的自激震荡式脉冲水力压裂工具，其特征在于，第一震荡腔（301）的体积小于第二震荡腔（302）的体积，第一震荡腔（301）生成的高频率高压脉冲流体的频率为第二震荡腔（302）生成的高频率高压脉冲流体的频率的10-30%，第一震荡腔（301）生成的高频率高压脉冲流体的压力增加值小于第二震荡腔（302）生成的高频率高压脉冲流体的压力增加值。

4.根据权利要求1所述的自激震荡式脉冲水力压裂工具，其特征在于，第二震荡腔（302）的出口和第二震荡腔（302）的入口的直径是第二震荡腔（302）的最大直径的30-80%。

5.根据权利要求1所述的自激震荡式脉冲水力压裂工具，其特征在于，

所述单流阀体（2）内形成的内孔从上到下依次包括：依次连接的第一圆柱型腔体（201）、圆台形腔体（202）和第二圆柱型腔体（203），所述第一圆柱型腔体（201）的内径大于所述圆台形腔体（202）的内径，所述圆台形腔体（202）的内径大于所述第二圆柱型腔体（203）的内径；

送入至所述单流阀体（2）内的封堵球（21）直径为所述圆台形腔体（202）的内径的110-130%，且送入至所述单流阀体（2）内的封堵球（21）直径小于所述喷射器（1）的内孔内径。

6.根据权利要求1所述的自激震荡式脉冲水力压裂工具，其特征在于，

所述第二震荡腔（302）的内部腔体轮廓包括抛物线型或椭圆型，且所述第二震荡腔（302）的内部腔体对称式分布；

所述第二震荡腔（302）的出口呈圆柱形、圆锥形或倒圆锥形。

7.根据权利要求2所述的自激震荡式脉冲水力压裂工具，其特征在于，

多个所述喷嘴（11）的螺旋分布角度为60°、90°、120°或180°；

各所述喷嘴（11）的喷射方向与所述喷射器（1）的中心轴线之间的夹角为15°、30°、45°、60°、90°。

8.一种自激震荡式脉冲水力压裂方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，通井、洗井与试压：使用通井管柱和工具对全井段进行通井；通井完成后，循环洗井，直至出液杂质含量低于0.5%；洗井完成后，取出通井管柱和工具，按照设定要求对井口进行试压；

步骤2，连接与下入脉冲水力压裂工具：使用油管连接权利要求1至7任一项所述的脉冲水力压裂工具，并将连接后得到的整体工具下入至套管（4）内与第一段目标压裂段对应的需要射孔部位；

步骤3，投球与喷砂射孔：泵将封堵球（21）通过油管送入至单流阀体（2）内，封堵球（21）到位后在单流阀体（2）内形成封堵；再通过泵向油管内泵注含砂液体，含砂液体通过油管进入到喷射器（1）内，并通过喷嘴（11）对套管（4）上与第一段目标压裂段对应的需要射孔部位进行射孔；

步骤4，反循环与取出所投球：向脉冲水力压裂工具与套管（4）之间形成的环空腔体（401）内泵注液体，液体通过第二震荡腔（302）的出口反循环进入所述第二震荡腔（302）和所述第一震荡腔（301）后将封堵在单流阀体（2）内的封堵球（21）洗出；

步骤5，对第一段目标压裂段进行压裂：使用泵通过油管向脉冲水力压裂工具内泵注高排量液体，高排量液体经过所述喷射器（1）和所述单流阀体（2）后再进入所述第一震荡腔（301）和所述第二震荡腔（302）内进行震荡，形成高频率高压脉冲液体；所形成的高频率高压脉冲液体通过所述第二震荡腔（302）的出口进入到套管（4）和自激震荡式脉冲水力压裂工具之间的环空腔体（401）内，并通过套管（4）上形成的射孔对第一段目标压裂段进行压裂；在第一段目标压裂段被压裂生成一定裂缝后，向脉冲水力压裂工具与套管（4）之间的环空腔体（401）内泵注高含砂液体，高含砂液体和高频率高压脉冲液体在环空腔体（401）内混合，混合后的液体对所生成的裂缝进一步扩展和进行加砂；同时，通过控制进入油管内的液体排量和控制进入环空腔体（401）内的高含砂液体中的含砂量实时调节砂浓度，直至完成第一段目标压裂段压裂；

步骤6，打砂塞：在完成对第一段目标压裂段的压裂后，上提管柱，通过泵向脉冲水力压裂工具与套管（4）之间的环空腔体（401）内泵入砂子，在井底形成额定长度的砂塞；

步骤7，对第二段目标压裂段进行压裂：重复步骤3至5；

步骤8，对剩余目标压裂段进行压裂：重复步骤6、3、4、5；

步骤9，冲砂：在所有目标压裂段压裂结束后，进行循环冲砂，冲砂完毕后，取出油管和脉冲水力压裂工具；

其中，每对2-4目标压裂段完成压裂后，更换一次脉冲水力压裂工具中的喷嘴（11）和震荡器（3）。