轴向滑套式井下水力脉冲激发工具

1.本发明涉及石油工程中水力压裂技术领域，尤其涉及一种轴向滑套式井下水力脉冲激发工具。


背景技术：

2.在油田生产开采中后期阶段，油井产量在不断下降，为了进一步深度挖掘井下油藏的生产开采潜能，进一步实现油田企业经济效益的有效提升，在油生产作业过程中逐步实施了压裂技术，压裂技术具有自身特殊的特性，即可以在实现不分离的情况下在井下进行定点造缝，这样不仅可以有效解决井下施工作业时间，而且也能够尽量避免在施工作业过程中发生安全风险。
3.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种轴向滑套式井下水力脉冲激发工具，该工具能制造和存储高压压裂液，释放高压压裂脉冲波，实现对地层的改造，提高油气采收率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种轴向滑套式井下水力脉冲激发工具，该工具能制造和存储高压压裂液，释放高压压裂脉冲波，实现对地层的改造，提高油气采收率。
5.本发明的目的是这样实现的，一种轴向滑套式井下水力脉冲激发工具，包括，
6.外筒体，所述外筒体呈顶部开口且底部封闭设置，所述外筒体的下部侧壁上贯通设置第一过孔；
7.动力结构，设置于所述外筒体内，包括轴向固定且能在注入的压力液的作用下周向转动的螺杆，所述螺杆的底部连接偏心齿轮，所述偏心齿轮啮合于中空且固定的中心齿轮内，所述中心齿轮与所述螺杆呈同轴设置，所述中心齿轮的底部连接传动轴，所述传动轴的侧壁底部设置过流槽；中心齿轮的内腔能与所述过流槽连通构成第一过流通道；
8.储能及脉冲结构，设置于所述外筒体内，包括套接于所述传动轴的底部的锤体套结构，所述锤体套结构内设置贯通的锤体过孔，所述锤体套结构的下方设置能轴向滑动且周向固定的滑套，所述滑套的侧壁上贯通设置第二过孔，所述滑套能周期性地改变所述第二过孔与所述第一过孔的连通面积；所述滑套内设置顶部开口的滑套槽，所述锤体过孔能与所述滑套槽连通构成第二过流通道，压力液能经第一过流通道、第二过流通道、所述第二过孔和所述第一过孔形成水力脉冲。
9.在本发明的一较佳实施方式中，还包括复位结构，所述复位结构包括套筒、复位弹簧和弹簧固定架，所述弹簧固定架固定于所述外筒体上，所述套筒自所述滑套的底面向下延伸设置，所述复位弹簧套设于所述套筒上且其底部连接于所述弹簧固定架上。
10.在本发明的一较佳实施方式中，所述锤体套结构包括上锤体和下锤体，所述上锤体与所述外筒体固定连接，所述上锤体内轴向贯通设置第一锤体孔，所述下锤体内轴向贯通设置第二锤体孔，所述第一锤体孔和所述第二锤体孔连通构成所述锤体过孔；所述下锤
体与所述上锤体之间呈周向固定设置，所述下锤体的底部与所述滑套的顶部固定连接，所述下锤体能随所述滑套沿轴向滑动。
11.在本发明的一较佳实施方式中，所述传动轴的侧壁底部设置多个沿周向间隔地叶片，各所述叶片上贯通设置各所述过流槽；所述第一锤体孔的顶部设置孔径自上而下渐缩的锥孔部，所述锥孔部的内壁上设置多个固定卡槽；各所述叶片能卡设于各所述固定卡槽内。
12.在本发明的一较佳实施方式中，所述第一锤体孔的下部套设止回流结构，所述止回流结构包括底部螺纹连接于所述第一锤体孔内的空心螺栓，所述空心螺栓的外壁上套设止回弹簧，所述止回弹簧的顶部连接止回阀门，所述止回阀门能向下移动允许压裂液向下流动且其能向上移动断开第二过流通道。
13.在本发明的一较佳实施方式中，所述外筒体的内壁上设置直径呈减小设置的第一台阶部，所述螺杆的底部套设固定筒，所述固定筒的顶部沿周向设置多个固定板，各所述固定板能固定连接于所述第一台阶部上；所述固定筒的内侧底部连接所述中心齿轮；所述螺杆的底部连接弯轴，所述弯轴底部连接所述偏心齿轮；所述螺杆的侧壁底部与所述固定筒的内壁之间套设第一轴承。
14.在本发明的一较佳实施方式中，所述固定筒的顶部扣设第一固定盖，所述第一固定盖和所述固定板通过第一螺栓连接于所述第一台阶部上。
15.在本发明的一较佳实施方式中，所述螺杆的顶端设置上固定结构，所述上固定结构包括能固定于所述外筒体内的尾固定架，所述尾固定架上设置沿轴向贯通的架透槽，所述螺杆的顶端穿过所述尾固定架后连接助流顶盖。
16.在本发明的一较佳实施方式中，所述外筒体内还设置有直径呈减小设置的第二台阶部，所述尾固定架固定连接于所述第二台阶部上；所述尾固定架内轴向贯通设置架中心孔，所述螺杆的顶端穿过所述架中心孔，且所述螺杆和所述架中心孔的侧壁之间设置第二轴承，所述架中心孔的底部连接第二固定盖；所述尾固定架的顶部扣设第三固定盖。
17.在本发明的一较佳实施方式中，所述外筒体包括自上而下连接的第一外筒体段和第二外筒体段，所述第一外筒体段的顶部和底部呈开口设置，所述第二外筒体段的顶部开口且底部呈封闭设置。
18.由上所述，本发明提供的轴向滑套式井下水力脉冲激发工具具有如下有益效果：
19.本发明提供的轴向滑套式井下水力脉冲激发工具中，由地面注入高压压裂液驱动螺杆高速旋转，经动力结构减速后，高速低扭矩旋转变为低速大扭矩旋转，储能及脉冲结构的滑套上下运动，第二过孔和第一过孔通过相对轴向运动时的开度大小的变化，周期性地改变注入压裂液的过流面积，可以调控流量和压力的变化，继而产生有规律的压力脉动波；复位结构通过自身弹性补充储能及脉冲结构内部压力和调整滑套位置，防止储能及脉冲结构无法储能造成脉冲压力不稳定，从而形成规律的脉冲波。
附图说明
20.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
21.图1：为本发明的轴向滑套式井下水力脉冲激发工具的示意图。
22.图2：为本发明的外筒体的示意图。
23.图3：为本发明的复位结构的组装过程示意图。
24.图4：为本发明的储能及脉冲结构的组装过程示意图。
25.图5：为本发明的止回流结构处的组装过程示意图。
26.图6：为本发明的止回流结构安装后的示意图。
27.图7：为本发明的动力结构的组装过程示意图。
28.图8：为本发明的上固定结构的组装过程示意图。
29.图中：
30.100、轴向滑套式井下水力脉冲激发工具；
31.1、外筒体；
32.11、第一外筒体段；12、第二外筒体段；13、第一过孔；
33.3、复位结构；
34.31、弹簧固定架；32、复位弹簧；33、套筒；
35.4、储能及脉冲结构；
36.41、滑套；411、第二过孔；412、滑套槽；42、下锤体；43、上锤体；
37.5、止回流结构；
38.51、空心螺栓；52、止回阀门；53、止回弹簧；
39.6、动力结构；
40.61、传动轴；611、叶片；612、过流槽；62、中心齿轮；63、偏心齿轮；64、固定筒；65、第一轴承；66、第一螺栓；67、第一固定盖；68、螺杆；
41.7、上固定结构；
42.71、第二固定盖；72、第二轴承；73、螺母；74、第三固定盖；75、尾固定架；76、垫片；77、第二螺栓；78、助流顶盖；79、扣环。
具体实施方式
43.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
44.在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
45.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
46.如图1至图8所示，本发明提供一种轴向滑套式井下水力脉冲激发工具100，包括，
47.外筒体1，外筒体1呈顶部开口且底部封闭设置，外筒体的下部侧壁上贯通设置第一过孔13；
48.动力结构6，设置于外筒体1内，包括轴向固定且能在注入的压力液的作用下周向转动的螺杆68，螺杆68的底部连接偏心齿轮63，偏心齿轮63啮合于中空且固定的中心齿轮62内，中心齿轮62与螺杆68呈同轴设置，中心齿轮62的底部连接传动轴61，传动轴61的侧壁底部设置过流槽；中心齿轮62的内腔能与过流槽连通构成第一过流通道；
49.储能及脉冲结构4，设置于外筒体1内，包括套接于传动轴61的底部的锤体套结构，锤体套结构内设置贯通的锤体过孔，锤体套结构的下方设置能轴向滑动且周向固定的滑套41，滑套41的侧壁上贯通设置第二过孔411，滑套41能周期性地改变第二过孔411与第一过孔13的连通面积；滑套41内设置顶部开口的滑套槽412，锤体过孔能与滑套槽连通构成第二过流通道，压力液能经第一过流通道、第二过流通道、第二过孔411和第一过孔13形成水力脉冲。
50.本发明提供的轴向滑套式井下水力脉冲激发工具中，由地面注入高压压裂液驱动螺杆高速旋转，经动力结构减速后，高速低扭矩旋转变为低速大扭矩旋转，储能及脉冲结构的滑套上下运动，第二过孔和第一过孔通过相对轴向运动时的开度大小的变化，周期性地改变注入压裂液的过流面积，可以调控流量和压力的变化，继而产生有规律的压力脉动波。
51.进一步，如图3所示，本发明的轴向滑套式井下水力脉冲激发工具100还包括复位结构3，复位结构3包括套筒33、复位弹簧32和弹簧固定架31，弹簧固定架31固定于外筒体1上，套筒33自滑套41的底面向下延伸设置，复位弹簧32套设于套筒33上且其底部连接于弹簧固定架31上。复位结构3通过自身弹性补充储能及脉冲结构4内部压力和调整滑套41位置，防止储能及脉冲结构4无法储能造成脉冲压力不稳定，从而形成规律的脉冲波。
52.进一步，如图4所示，锤体套结构包括上锤体43和下锤体42，上锤体43与外筒体1固定连接，上锤体43内轴向贯通设置第一锤体孔，下锤体42内轴向贯通设置第二锤体孔，第一锤体孔和第二锤体孔连通构成锤体过孔；下锤体42与上锤体43之间呈周向固定设置，下锤体42的底部与滑套41的顶部固定连接，下锤体42能随滑套41沿轴向滑动。
53.地面经外筒体1的顶部开口向其内部注入高压压裂液，压裂液经螺杆68和外筒体1之间的环空、第一过流通道(中心齿轮62的内腔、过流槽)、锤体过孔进入滑套槽，在压裂液的压力作用下滑套41下滑；在动力结构减速作用后，压裂液的压力减小，在复位结构3作用下，滑套41上移复位；在滑套41的上下移动过程中，第二过孔和第一过孔通过相对轴向运动时的开度大小的变化，周期性地改变注入压裂液的过流面积，形成规律的脉冲波。
54.进一步，如图1、图7所示，传动轴61的侧壁底部设置多个沿周向间隔地叶片611，各叶片611上贯通设置各过流槽612；第一锤体孔的顶部设置孔径自上而下渐缩的锥孔部，锥孔部的内壁上设置多个固定卡槽；各叶片能卡设于各固定卡槽内。
55.进一步，如图1、图5、图6所示，第一锤体孔的下部套设止回流结构5，止回流结构5包括底部螺纹连接于第一锤体孔内的空心螺栓51，空心螺栓51的外壁上套设止回弹簧53，止回弹簧53的顶部连接止回阀门52，止回阀门52能向下移动允许压裂液向下流动且其能向上移动断开第二过流通道。止回阀门52上移堵住锥孔部的底部，从而防止压裂液上返。
56.进一步，如图1、图7所示，外筒体1的内壁上设置直径呈减小设置的第一台阶部，螺
杆68的底部套设固定筒64，固定筒64的顶部沿周向设置多个固定板，各固定板能固定连接于第一台阶部上；固定筒64的内侧底部连接中心齿轮62；螺杆68的底部连接弯轴，弯轴底部连接偏心齿轮63；螺杆68的侧壁底部与固定筒64的内壁之间套设第一轴承65。
57.进一步，如图1、图7所示，固定筒64的顶部扣设第一固定盖67，第一固定盖67和固定板通过第一螺栓66连接于第一台阶部上。
58.进一步，如图1、图8所示，螺杆68的顶端设置上固定结构7，上固定结构7包括能固定于外筒体1内的尾固定架75，尾固定架75上设置沿轴向贯通的架透槽，螺杆68的顶端穿过尾固定架后连接助流顶盖78。
59.进一步，如图1、图8所示，外筒体1内还设置有直径呈减小设置的第二台阶部，尾固定架75固定连接于第二台阶部上；尾固定架75内轴向贯通设置架中心孔，螺杆68的顶端穿过架中心孔，且螺杆68和架中心孔的侧壁之间设置第二轴承72，架中心孔的底部连接第二固定盖71；尾固定架75的顶部扣设第三固定盖74。第三固定盖74、尾固定架75和第二固定盖71通过第二螺栓77连接，第二螺栓77自上而下穿过第三固定盖74、尾固定架75和第二固定盖71后底端通过螺母73固定。为保证密封性，第三固定盖74和第二轴承72之间设置垫片76。为保证尾固定架75的稳定性，尾固定架75顶部轴向顶抵设置扣环79。
60.进一步，如图1、图2所示，外筒体1包括自上而下连接的第一外筒体段11和第二外筒体段12，第一外筒体段11的顶部和底部呈开口设置，第二外筒体段12的顶部开口且底部呈封闭设置。
61.由上所述，本发明提供的轴向滑套式井下水力脉冲激发工具具有如下有益效果：
62.本发明提供的轴向滑套式井下水力脉冲激发工具中，由地面注入高压压裂液驱动螺杆高速旋转，经动力结构减速后，高速低扭矩旋转变为低速大扭矩旋转，储能及脉冲结构的滑套上下运动，第二过孔和第一过孔通过相对轴向运动时的开度大小的变化，周期性地改变注入压裂液的过流面积，可以调控流量和压力的变化，继而产生有规律的压力脉动波；复位结构通过自身弹性补充储能及脉冲结构内部压力和调整滑套位置，防止储能及脉冲结构无法储能造成脉冲压力不稳定，从而形成规律的脉冲波。
63.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。