(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910292271.1
(22)申请日 2019.04.12
(71)申请人 西安科技大学
地址 710054 陕西省西安市雁塔路中段58
号
(72)发明人 师庆民 王双明 郭晨 鲍园
王晓康
(74)专利代理机构 西安启诚专利知识产权代理
事务所(普通合伙) 61240
代理人 李艳春
(51)Int.Cl.
E21B 43/26(2006.01)
(54)发明名称一种电脉冲强化脉动水力压裂的装置及其应用方法(57)摘要本发明公开了一种电脉冲强化脉动水力压裂的装置，包括井下水力脉动发生系统和电脉冲发生系统；井下水力脉动发生系统包括缸体，缸体上上开设有开口，缸体下部的侧壁上开设有射流口；缸体内设置有承压活塞、承压弹簧、承压 板和电磁开关组件，承压弹簧设置于承压活塞的下方，承压活塞上开设有通孔，承压板设置于通孔内；电脉冲发生系统包括电脉冲发生器。此外本发明还提供了一种应用该电脉冲强化脉动水力压裂的装置的方法。该装置可实现低频率、大排量、高强度、强冲击作用力的“水锤效应”，适用于煤储层及其他储层的体积改造工程，有利于储层形成密度大且复杂的裂隙网络结构，提高储层的
渗透性。权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 109944576 A 2019.06.28
C N 109944576
A
1.一种电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，包括井下水力脉动发生系统和电脉冲发生系统；
所述井下水力脉动发生系统包括缸体(1)，所述缸体上(1)上开设有用于连接压裂液油管(4)的开口(1-1)，所述缸体(1)下部的侧壁上开设有用于通过压裂液的射流口(1-4)；所述缸体(1)内设置有承压活塞(3)、承压弹簧(2)、承压板(5)和用于控制承压板(5)开闭的电磁开关组件，所述承压弹簧(2)设置于承压活塞(3)的下方，所述承压活塞(3)上开设有与开口(1-1)连通且正对的通孔(1-5)，所述承压板(5)设置于所述通孔(1-5)内；
所述电脉冲发生系统包括设置于缸体(1)内的电脉冲发生器(13)。
2.根据权利要求1所述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述电磁开关组件包括具有导电绕组的电磁体(7)和用于控制供应给所述导电绕组电流的触动控制装置；所述触动控制装置包括触动开关(10)、与触动开关(10)电连接的高压电容器(14)，和用于控制触动开关(10)闭合通电的开关弹簧(11)，以及用于触碰触动开关(10)使触动开关(10)开路断电的触发杆(9)；所述触动开关(10)和开关弹簧(11)设置于承压活塞(3)内，所述开关弹簧(11)的一端固定在承压活塞(3)上，所述开关弹簧(11)的另一端固定于触动开关(10)上；所述触发杆(9)的一端固定于缸体(1)内，所述触发杆(9)的另一端向承压活塞(3)延伸且用于触碰触动开关(10)；所述电磁体(7)设置于通孔(1-5)内。
3.根据权利要求2所述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述电磁体(7)为环形电磁体，所述电磁体(7)安装于通孔(1-5)壁面上；所述高压电容器(14)位于地面上。
4.根据权利要求2所述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述高压电容器(14)通过电缆(12)与电脉冲发生器(13)连接。
5.根据权利要求1所述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述井下水力脉动发生系统还包括设置于油管(4)与井壁之间用于密封预压裂工段的封隔器(17)。
6.根据权利要求1所述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述承压活塞(3)上还安装有用于混匀压裂液的超声波探头(16)。
7.根据权利要求1所述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述承压板(5)下固定连接有浮力板(6)，所述浮力板(6)上且远离电磁开关组件的一侧设置有回复弹簧(8)；所述回复弹簧(8)一端固定于浮力板(6)上，所述回复弹簧(8)的另一端固定于承压活塞(3)上。
8.根据权利要求1所述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述承压板(5)的材质为钢材质。
9.根据权利要求1所述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述缸体(1)内的下部且正对开口(1-1)处设置有用于将压裂液分流的分流器(1-3)；所述电脉冲发生器(13)包括发射极和与所述发射极正对的接收极，所述发射极且远离接收极的一端与缸体(1)的底板连接，所述接收极且远离发射极的一端固定连接于分流器(1-3)上。
10.一种应用如权利要求1所述装置进行电脉冲强化脉动水力压裂的方法，其特征在于，该方法包括：
压裂液经油管(4)和开口(1-1)进入通孔(1-5)，进入通孔(1-5)内的压裂液压载承压板(5)，承压板(5)带动承压活塞(3)运动并压缩承压弹簧(2)，电磁开关组件控制承压板(5)打
开，电脉冲发生系统产生冲击波冲击压裂液，形成电脉冲强化脉动水力压裂液，经射流口(1-4)冲入储层。
一种电脉冲强化脉动水力压裂的装置及其应用方法
技术领域
[0001]本发明属于水力压裂装置技术领域，具体涉及一种电脉冲强化脉动水力压裂的装置及其应用方法。
背景技术
[0002]我国煤层气资源潜力大，具有广阔的开发前景。但煤储层具有低孔隙度、低渗透的特点，制约了煤层气大规模商业化开采。传统的储层改造技术为水力压裂，可在煤层中形成较宽大的裂缝。单一的裂缝结构使水力压裂技术在部分煤层气井中改造效果不明显，不能大幅提高煤层气产能。传统的储层改造技术与煤层特殊的地质条件间的不匹配成为制约煤层气行业发展的技术瓶颈。结构完整的煤层相比于围岩，力学强度低，脆性较大。实验中发现动态冲击载荷可在煤层中形成密集的裂隙网络结构，裂隙结构复杂，能有效沟通原生孔裂隙。
[0003]脉动水力压裂技术是目前储层改造的新方法，通过向储层间歇式注入压裂液，实现类似水锤的冲击作用，利用冲击载荷作用在储层，进而改善储层的裂隙网络结构和渗透性，提高煤层气采收率。目前的脉动水力压裂技术受设备容积限制，无法实现单次大排量压裂液注入，因而射流强度低，冲击力较小，对远距离的储层裂隙改造有限。
发明内容
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种电脉冲强化脉动水力压裂的装置及其应用方法。该装置可大幅提高高压流体可容空间和单次压裂液排放量，同时辅以电脉冲技术提高水射流冲量，实现低频率、大排量、高强度、强冲击作用力的“水锤效应”，适用于煤储层及其他储层的体积改造工程，有利于储层形成密度大且复杂的裂隙网络结构，提高储层的渗透性。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，包括井下水力脉动发生系统和电脉冲发生系统；
[0006]所述井下水力脉动发生系统包括缸体，所述缸体上上开设有用于连接压裂液油管的开口，所述缸体下部的侧壁上开设有用于通过压裂液的射流口；所述缸体内设置有承压活塞、承压弹簧、承压板和用于控制承压板开闭的电磁开关组件，所述承压弹簧设置于承压活塞的下方，所述承压活塞上开设有与开口连通且正对的通孔，所述承压板设置于所述通孔内；
[0007]所述电脉冲发生系统包括设置于缸体内的电脉冲发生器。
[0008]上述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述电磁开关组件包括具有导电绕组的电磁体和用于控制供应给所述导电绕组电流的触动控制装置；所述触动控制装置包括触动开关、与触动开
关电连接的高压电容器，和用于控制触动开关闭合通电的开关弹簧，以及用于触碰触动开关使触动开关开路断电的触发杆；所述触动开关和开关弹簧设置于承压活塞内，所述开关弹簧的一端固定在承压活塞上，所述开关弹簧的另一端固定
于触动开关上；所述触发杆的一端固定于缸体内，所述触发杆的另一端向承压活塞延伸且用于触碰触动开关；所述电磁体设置于通孔内。
[0009]上述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述电磁体为环形电磁体，所述电磁体安装于通孔壁面上；所述高压电容器位于地面上。
[0010]上述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述高压电容器通过电缆与电脉冲发生器连接。
[0011]上述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述井下水力脉动发生系统还包括设置于油管与井壁之间用于密封预压裂工段的封隔器。
[0012]上述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述承压活塞上还安装有用于混匀压裂液的超声波探头。
[0013]上述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述承压板下固定连接有浮力板，所述浮
力板上且远离电磁开关组件的一侧设置有回复弹簧；所述回复弹簧一端固定于浮力板上，所述回复弹簧的另一端固定于承压活塞上。
[0014]上述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述承压板的材质为钢材质。
[0015]上述的电脉冲强化脉动水力压裂的装置，其特征在于，所述缸体内的下部且正对开口处设置有用于将压裂液分流的分流器；所述电脉冲发生器包括发射极和与所述发射极正对的接收极，所述发射极且远离接收极的一端与缸体的底板连接，所述接收极且远离发射极的一端固定连接于分流器上。
[0016]此外，本发明还提供一种应用上述装置进行电脉冲强化脉动水力压裂的方法，其特征在于，该方法包括：
[0017]压裂液经油管和开口进入通孔，进入通孔内的压裂液压载承压板，承压板带动承压活塞运动并压缩承压弹簧，电磁开关组件控制承压板打开，电脉冲发生系统产生冲击波冲击压裂液，形成电脉冲强化脉动水力压裂液，经射流口冲入储层。
[0018]本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0019]1、本发明的电脉冲强化脉动水力压裂的装置将井下水力脉动发生系统和电脉冲发生系统有机结合，大幅提高了高压流体可容空间和单次压裂液排放量，提高水射流冲量，在合理的脉冲压裂方法下实
现了低频率、大排量、高强度和强冲击作用力的“水锤效应”，适用于煤储层及其他储层的体积改造工程，有利于储层形成密度大且复杂的裂隙网络结构，提高储层的渗透性。
[0020]2、本发明的电脉冲强化脉动水力压裂的装置将承压弹簧与承压活塞结合用于形成压差，通孔内的承压板既可封隔油管内压裂液与井底流体，同时又作为压裂冲击的启动装置，以电磁开关组件作为承压板开闭的控制装置，通过电磁体强磁性的存在和消失来控制承压板的开闭，更容易控制，更利于形成水力冲击。
[0021]3、本发明的电脉冲强化脉动水力压裂的装置内包括超声波探头，通过与超声波发生器连接并持续产生超声波，使压裂液处于悬浊状态，有利于压裂液混合均匀。
[0022]4、本发明的电脉冲强化脉动水力压裂的装置结构简单，易于操作，具有潜在的应用前景。
[0023]下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
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