[发明专利]一种往复式压力脉冲转换器以及水力压裂注液装置

说明书

本发明公开了一种往复式压力脉冲转换器，包括筒体以及设置于筒体中的弹性活塞、配重块、弹簧和支撑底座，其中：筒体包括变径筒，变径筒包括依次连接的细筒段、变径连接段和尺寸大于细筒段的粗筒段；支撑底座安装于粗筒段中，支撑底座中开设有连通孔，弹性活塞和配重块固定连接，弹簧一端与支撑底座连接、另一端与配重块或弹性活塞连接，弹性活塞的截面形状、尺寸均与细筒段相匹配，当弹簧在自然长度时，弹性活塞位于细筒段中。通过弹性活塞在细筒段和粗筒段之间的往复运动，使得该往复式压力脉冲转换器能够将常规连续泵注转换为交变循环脉动泵注，使致密储层岩石处于循环应力加载状态，从而更有利于形成复杂裂缝网络，大幅度提高油气增产效果。

技术领域

本申请属于石油工程中水力压裂技术领域，具体涉及一种往复式压力脉冲转换器以及水力压裂注液装置。

背景技术

页岩气等非常规油气资源，因其储层岩石致密，渗透率极低，油气开采困难，主要依靠水力压裂的方式在致密储层中形成尽可能复杂的人工裂缝网络，来获得工业化产量。水力压裂技术是保障低渗油气资源开发、实现经济产能的关键技术方法，也是实现非常规油气资源规模化开采的必要手段。

在非常规油气储层中，采用常规恒定排量的泵注方式压裂施工形成复杂裂缝网络通常需要较为苛刻的天然储层条件，比如储层天然裂缝发育、储层岩石本身脆度较高以及地应力差(σ_H-σ_h)较小等；而大多数储层往往不具备该条件，所以常规恒定排量压裂所形成水力裂缝仍然以双翼缝为主，如何在压裂施工中形成复杂裂缝网络依然是亟待突破的关键技术难题。为了提高储层改造效果，通常对致密储层只能采用多级压裂，配合限流压裂等复杂的工艺措施，以尽可能产生多条平行双翼缝的方式来弥补单条双翼缝导流能力不足的问题。而在水力压裂中，如何采用高效低成本的方式来起裂更多水力裂缝是水力压裂技术发展的重要突破方向。

当前，我国长庆油田采用反复开停泵的方式来进行低频次循环泵注压裂，通过该方式能在储层中产生低频交变泵注压力。相对于常规恒定排量泵注压裂而言，循环泵注压裂在油田现场施工中产生了更多且更为复杂的水力裂缝，取得了平均单井产量增加30％的效果。随着该种压裂方式的推广应用，在其他油田现场也取得了大幅度的增产效果。

通常油气储层开采时所使用的脉冲压力泵，所提供的循环脉动压力幅值较低，而脉动频次也过高(20HZ)，其使用范围仅限于煤层气储层的御压增透和增产开采，难以满足更为复杂的裂缝网路的使用要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种往复式压力脉冲转换器以及水力压裂注液装置，通过该工具能够将常规连续泵注转换为交变循环脉动泵注，使致密储层岩石处于循环应力加载状态，从而更有利于形成复杂裂缝网络，大幅度提高油气增产效果。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种往复式压力脉冲转换器，包括筒体以及设置于所述筒体中的弹性活塞、配重块、弹簧和支撑底座，其中：所述筒体包括变径筒，所述变径筒包括依次连接的细筒段、变径连接段和尺寸大于所述细筒段的粗筒段；所述支撑底座安装于所述粗筒段中，所述支撑底座中开设有连通孔，所述弹性活塞和所述配重块固定连接；所述弹簧的一端与所述支撑底座连接、另一端与所述配重块或所述弹性活塞连接，所述弹性活塞的截面形状、尺寸均与所述细筒段相匹配，当所述弹簧在自然长度时，所述弹性活塞位于所述细筒段中。

可选的，所述变径连接段与所述细筒段的连接处的内表面沿周向设置有环形内凸体，所述环形内凸体的两侧为凸体斜面；所述弹性活塞、所述粗筒段和所述细筒段均呈圆柱状。

可选的，所述弹性活塞为橡胶活塞，橡胶活塞的一面呈凹槽状，外围形成用于完全密封所述细筒段的圆周缘边带。

可选的，所述环形内凸体的凸起高度与所述橡胶活塞的硬度相匹配，即所述橡胶活塞能够被所述环形内凸体挤压变形，以通过所述环形内凸体。

可选的，所述圆周缘边带的高度不大于所述凸体斜面的倾斜长度。