低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置的制作方法

文档序号:11587885阅读:297来源:国知局

本发明涉及一种室内物理模型试验用储层水力压裂改造装置,尤其涉及一种低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置,属于非常规天然气开采领域。



背景技术:

非常规天然气(煤层气、页岩气等)储层开采过程中,为了有效的提高低渗气藏的渗透率,保持稳产,通常采用压裂改造技术沟通原位孔隙,丰富天然裂隙网络,从而提高采气量。而非常规储层通常具有低压、低渗、低饱和度的特点,利用常规的连续流注水压裂技术压裂,虽然在一定程度上能够提高储层的渗透性,但易出现注液压力高,压裂效率较低,裂缝堵塞等问题。因此,针对常规连续流水力压裂技术存在的不足,急需开展相关研究进行改进。

脉冲水力技术作为一种新型技术,近年来已在能源钻采领域应用。脉冲水力发生装置从注液系统发生位置分类可分为泵源水力脉冲发生装置和管段水力脉冲发生装置。泵源水力脉冲发生装置,即利用往复式泵的往复动作等原理实现泵源水力脉冲,如申请号为200320115255.x的实用新型专利公开了一种用于煤矿的脉冲注水装置,利用单柱塞泵或双柱塞泵产生波动性水压实现煤层注水。管段水力脉冲发生装置,即在流体输送管段中利用周期性改变的水流断面、激振腔震荡或装置锤击等原理实现连续流变脉冲水流。如申请号为200610098598.8的发明专利公开了一种水力脉冲空化射流钻井装置,采用周期性的改变流体过流横截面面积的方式,将连续的流体转变为脉冲流动液体;申请号为201010556897.8的发明专利公开了一种自激吸气式脉冲射流喷嘴,将连续流体改变为脉冲流体;申请号为200610161401.0的发明专利公开了一种煤层高压脉动水锤注水方法及其装置,通过水泵供水压缩主弹簧蓄能,通过弹簧能量的瞬间释放,带动相关组件锤击装置高压端内部水体,形成具有一定脉动频率的水锤波。尽管以上两类水力脉冲装置已成功试应用于煤矿井下煤层注水、石油钻井辅助射流破岩等领域,但当尚难以适应低渗储层脉冲水力压裂改造及其室内物理模型试验。如现有泵源水力脉冲发生装置设备成本高,结构复杂,仅适用于煤矿井下脉动注水,不适用于远距离井管压裂;现有管段水力脉冲发生装置,多采用变化流量来控制频率,水力脉冲频率过高或过低,难以针对不同储层(煤岩、页岩等)特征进行最优水力脉冲频率的精准控制,且无法用于井管段密封压裂等。

为了获取不同低渗性储层井中脉冲水力压裂最优工艺参数(如脉冲参量),改变脉冲水力压裂基础研究滞后的局面,亟待研发满足室内物理模型试验要求的可调频脉冲水力压裂改造设备。



技术实现要素:

本发明的目的是根据已有技术存在的不足,提供一种脉冲频率范围大且精准可控、满足压裂段密封的低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置。

本发明的目的是通过如下措施来达到,提供一种低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置,包括脉冲控制箱、脉冲发生器总成、上滑阀密封器总成、射流喷嘴总成、下滑阀密封器总成、泵站和连接管路;所述脉冲发生器总成、上滑阀密封器总成、射流喷嘴总成和下滑密封器总成自上而下通过端部螺纹顺次连接组成装置井内部分;所述脉冲发生器总成上端通过连接管路连接泵站和脉冲控制箱,连接管路用于往装置井内部分输送高压液流和电信号。

所述脉冲控制箱产生可精密调频的脉冲弱电控制信号和脉冲强电工作信号,用于控制脉冲发生器总成水力脉冲动作,脉冲控制箱由变压器、稳压器、脉冲函数信号发生器、两组固态继电器、散热器、断路器、控制信号导线、工作信号导线、开关箱电源接线端子、开关箱输出端两个负极接线端子、开关箱输出端两个正极接线端子、线路板和开关箱组成;所述开关箱电源接线端子一端与电源相连,开关箱电源接线端子另一端与变压器的输入端相接,变压器通过导线与稳压器相连,稳压器的输出端与脉冲函数信号发生器的输入端相连,脉冲函数信号发生器的输出端与两组固态继电器的信号输入端相接,用于产生脉冲弱电控制信号;所述断路器的输入端与开关箱电源接线端子连接,断路器的输出端正极与两组固态继电器的负载输入端相连,断路器的输出端负极与开关箱输出端负极接线端子相连,两组固态继电器的负载输出端分别与开关箱输出端两个正极接线端子相连用于输出脉冲强电工作信号。

所述脉冲控制箱的脉冲函数信号发生器产生频率为0.01-15hz正弦或方波电信号,频率精度0.01hz,最大信号强度9v,固态继电器启动电压阈值不超过最大信号强度;一组固态继电器信号输入端与脉冲函数信号发生器输出端正接,另一组固态继电器信号输入端与脉冲函数信号发生器输出端反接;所述脉冲函数信号发生器通过调频旋钮调整正弦信号频率,改变两组固态继电器通断频率,进而控制所述脉冲发生器总成产生0.02-30hz高精度水力脉冲;通过调幅旋钮控制正弦信号幅值,改变固态继电器通断占空比,进而控制脉冲发生器总成水力脉冲间歇时间;通过波形按钮调整脉冲函数信号发生器输出方波信号,控制两组固态继电器无间歇通断,进而控制脉冲发生器总成实现连续射流。

所述脉冲发生器总成用于将高压连续液流转变为高压脉冲水锤液流,由两个高频高压先导式电磁阀、信号导线、高压进液管路、高压出液管路、固定底座、保护套管和密封盖组成;高频高压先导式电磁阀阀体为圆柱状,阀体设有阀座和线圈,阀座侧面设有进液孔,阀座底端设有出液孔,线圈一侧设有接线座;两个电磁阀阀体通过阀座紧固螺栓固定在固定底座端面上,阀体对称式分布;固定底座为半圆柱形,固定底座外径与保护套管内径相同,固定底座圆柱形侧面设有4个螺纹孔,通过沉头螺栓固定在保护套管上;高压进液管路由进液汇总管、一级分流三通、阀体进液管和进液分流三通顺次连接组成;高压进液汇总管上端通过连接管路与高压泵站连接,阀体进液管通过进液分流三通将液流分流至高频高压电磁阀阀体进液孔;一级分流三通分流口还与密封器进液管相连,密封器进液管下端与所述上滑阀密封器总成、下滑密封器总成连接;高压出液管路由两个出液单向阀、出液汇总三通和出液汇总管组成;出液单向阀与高频高压先导式电磁阀阀体出液孔以螺纹连接,两出液单向阀关于固定底座中心对称式分布,用于防止两组脉冲流体回流,并与固定底座中心处设置的出液汇总三通连接,出液汇总三通与出液汇总管连接,出液汇总管下端连接所述的射流喷嘴总成;两个高频高压先导式电磁阀的线圈接线座通过连接管路中的信号导线与所述脉冲控制箱两组输出端连接;保护套管上端与密封盖采用螺纹连接。

所述上滑阀密封器总成和下滑阀密封器总成用于压裂井管段两端密封,由上阀盖、下阀盖、密封器阀座、滑芯、橡胶囊套、弹簧、定位螺母和沉头紧固螺栓组成;滑芯上端面设有进压孔,下端面设有卸压孔,侧面设有导滑块,下端连接限位杆,限位杆穿过下阀盖中孔,底部通过螺纹连接定位螺母;弹簧安装在滑芯下端,限位于下阀盖弹簧腔中;密封器阀座中心设有滑腔,顶部设有进液流道,侧向设有储压流道和卸压流道;橡胶囊套呈圆柱状,橡胶囊套的侧面包裹于密封器阀座周围,两端紧贴密封器阀座上下端,囊腔与密封器阀座滑腔通过侧向液流通道相连;上阀盖和下阀盖通过沉头紧固螺栓安装在密封器阀座上下端,并封压住橡胶囊套两端;所述上滑阀密封器总成的上阀盖侧向设有排液孔,经液流通路连接至下阀盖内的弹簧腔;所述下滑阀密封器总成的下阀盖侧向设有排液孔,经液流通路连接至下阀盖内的弹簧腔。

所述射流喷嘴总成其用于将高压脉冲水锤液流转变为脉冲射流,由射流喷嘴、液流通道和基座组成;基座周围分布有2或4个射流喷嘴。

本发明提供的低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置,具有如下特点:

1.脉冲调频范围大,频率精准可控;脉冲发生器总成的脉冲射流由脉冲控制箱发出的电信号进行控制,脉冲函数信号发生器产生0.01-15hz正弦弱电控制信号,经由两组固态继电器转换为0.02-30hz脉冲强电工作信号,进而实现脉冲发生器总成产生0.02-30hz水力脉冲,脉冲频率范围大,能够有效解决不同地层特性需要不同脉冲频率的问题。此外,由于采用电脉冲控制机械脉冲的解决方案,取代传统水力脉冲发生器用流量控制频率的方案,脉冲频率控制精度为0.02hz。

2.脉冲射流与连续射流两种注液方式任意切换;当脉冲函数信号发生器输出方波控制信号输入两组固态继电器时,控制脉冲发生器总成内的高频高压先导式电磁阀无间歇交替启动,脉冲液流合流为连续液流,能够应对传统水力脉冲发生器只能产生脉冲射流而无法实现脉冲射流与连续射流工艺任意切换的问题。

3.密封-压裂-解封一体化作业;本发明装置井管部分设有上、下两组滑阀密封器总成,在启动脉冲发生器总成前,可先实现压裂段密封,进而实现压裂段脉冲水力淹没射流压裂,压裂完成后,通过滑芯动作滑阀密封器总成卸压解封,实现密封-压裂-解封一体化作业,提高工作效率。

附图说明

图1为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置示意图;

图2为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置中脉冲控制箱的俯视图和轴测图;

图3为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置中脉冲发生器总成的轴测图和内部结构图示意图;

图4为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置中上滑阀密封器总成的轴测图和剖面图;

图5为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置中上滑阀密封器总成滑芯结构示意图;

图6为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置中下滑阀密封器总成的轴测图和剖面图;

图7为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置中射流喷嘴总成的轴测图和剖面图;

图8为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置中脉冲控制箱的信号输出图(a)和脉冲发生器总成的水锤脉冲射流压力图(b)、(c);

图9为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置的脉冲间歇控制信号图(a)及其对应的水力脉冲间歇实际效果(b);

图10为本发明低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置的连续流方波控制信号图(a)及其对应的连续流实际效果(b)。

图中:1脉冲控制箱,2脉冲发生器总成,3上滑阀密封器总成,4下滑阀密封器总成,5射流喷嘴总成,6泵站,7连接管路,8变压器,9稳压器,10脉冲函数信号发生器,11固态继电器,12散热器,13断路器,14控制信号导线,15工作信号导线,16线路板,17开关箱,18开关箱电源接线端子,19变压器的输入端,20稳压器的输出端,21脉冲函数信号发生器的输入端,22脉冲函数信号发生器的输出端,23固态继电器的信号输入端正极,24固态继电器的信号输入端负极,25断路器的输入端,26断路器的输出端正极,27断路器的输出端负极,28固态继电器的负载输入端,29固态继电器的负载输出端,30开关箱输出端负极接线端子,31开关箱输出端正极接线端子,32开关,33显示屏,34调幅旋钮,35调频旋钮,36波形按钮,37高频高压先导式电磁阀,38信号导线,39进液汇总管,40出液单向阀,41出液汇总管,42固定底座,43保护套管,44密封盖,45阀座,46线圈,47进液孔,48出液孔,49接线座,50紧固螺栓,51螺纹孔,52沉头螺栓,53阀体进液管,54密封器进液管,55一级分流三通,56进液分流三通,57出液汇总三通,58上阀盖,59下阀盖,60密封器阀座,61滑芯,62橡胶囊套,63弹簧,64定位螺母,65沉头紧固螺栓,66进压孔,67卸压孔,68导滑块,69限位杆,70弹簧腔,71进液流道,72储压流道,73卸压流道,74滑腔,75囊腔,76排液孔,77密封器单向阀,78上密封器进液管,79下密封器进液管,80射流喷嘴,81液流通道,82基座,83下密封器进液管孔,84喷嘴总成进液管道孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

参考图1所示,低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置,由脉冲控制箱1,脉冲发生器总成2,上滑阀密封器总成3,下滑阀密封器总成4,射流喷嘴总成5,泵站6和连接管路7组成。该装置的井内部分由下滑阀密封器总成4,射流喷嘴总成5,上滑阀密封器总成3和脉冲发生器总成2顺次螺纹连接;该装置的井外部分由泵站6和脉冲控制箱1组成,井外部分输出的压裂液和控制电信号通过连接管路7与井内部分连接。

参考图2所示,所述脉冲控制箱1由交流转直流变压器8、稳压器9、脉冲函数信号发生器10、两组固态继电器11、散热器12、断路器13、控制信号导线14、工作信号导线15、接线端子(18、30、31)、线路板16和开关箱17组成;上述变压器8、稳压器9、脉冲函数信号发生器10、散热器12、断路器13通过螺杆固定在线路板16上,固态继电器11通过螺杆固定在散热器上,接触面附有导热硅脂,接线端子(18、30、31)通过穿孔螺丝固定在开关箱17侧壁。

参考图2所示,所述变压器的输入端19通过导线连接开关箱电源接线端子18,变压器8后接稳压器9,稳压器的输出端20通过导线与脉冲函数信号发生器的输入端21相连;一组固态继电器的信号输入端正极23和负极24通过导线分别与脉冲函数信号发生器的输出端22正接,另一组固态继电器的信号输入端正极23和负极24通过导线分别与脉冲函数信号发生器的输出端22反接,以上原件及导线连接方式用于提供一种脉冲弱电控制信号。

参考图2所示,所述断路器的输入端25通过导线与开关箱电源接线端子18连接,断路器的输出端正极26通过导线与两组固态继电器的负载输入端28相连,断路器的输出端负极27通过导线与开关箱输出端两个负极接线端子30相连;两组固态继电器的负载输出端29分别通过导线与开关箱输出端两个正极接线端子31相连。脉冲控制箱两组输出端通过连接管路7中的电缆与脉冲发生器总成2的信号导线38连接。以上原件及导线连接方式用于提供一种脉冲强电工作信号。

参考图2所示,所述脉冲函数信号发生器10上包括有开关32、显示屏33、调幅旋钮34、调频旋钮35、波形按钮36,分别用于控制脉冲函数信号发生器10电路通断、信号显示、电压幅值调整、信号频率调整和信号波形选择。

参考图3所示,所述脉冲发生器总成2由两个高频高压先导式电磁阀37、信号导线38、高压进液管路(39、55、53、56)、高压出液管路(40、57、41)、固定底座42、保护套管43和密封盖44组成;所述高频高压先导式电磁阀37为常闭型用于提供一种高压液流的低高速通断方式,阀体设有圆柱状阀座45和圆柱状线圈46,阀座45侧面设有进液孔47,阀座底端设有出液孔48,线圈46一侧设有接线座49;两组高频高压先导式电磁阀37通过阀座45底部的紧固螺栓50对称式固定在固定底座42上下两端面上,固定底座42侧面为半圆柱槽,外直径与保护套管43内径一致,固定底座42通过4颗沉头螺栓52紧密贴合固定在保护套管43内壁上;所述脉冲发生器进液管路提供给两个高频高压先导式电磁阀37等量液流,由进液汇总管39、一级分流三通55、阀体进液管53、进液分流三通56组成,进液汇总管39通过一级分流三通55与阀体进液管53连接,阀体进液管53下端连接进液分流三通56,进液分流三通56通过管路至进液孔47以螺纹形式连接,此外,一级分流三通55另一端与密封器进液管54连接,密封器进液管54管径小于阀体进液管53,用于给上滑阀密封器总成3和下滑阀密封器总成4提供高压液流;所述脉冲发生器出液管路用于将两个高频高压先导式电磁阀37的输出液流提供给射流喷嘴总成5,由两组出液单向阀40、出液汇总三通57和出液汇总管41组成,出液单向阀40一端与出液孔48以螺纹连接,另一端与出液汇总三通57连接,两组出液单向阀40以出液汇总三通57为中点对称布置,出液汇总三通57液流汇总口与出液汇总管41连接;信号导线38的两组信号线分别与两个高频高压先导式电磁阀37的接线座49连接,另一端与连接管路7内电缆连接,用于将脉冲控制箱1强电工作信号输送给脉冲发生器总成2;密封盖44中心穿过信号导线38和进液汇总管39后与保护套管43上端螺纹连接。

参考图4、图5和图6所示,所述上滑阀密封器总成3和下滑阀密封器总成4皆由上阀盖58、下阀盖59、密封器阀座60、滑芯61、橡胶囊套62、弹簧63、定位螺母64和沉头紧固螺栓65组成;所述滑芯61整体为圆柱状,侧向设有导滑块68,利于滑芯61沿直线滑动,滑芯61上端面钻有进压孔66,进压孔66连通到滑芯61的侧壁,滑芯61的下端面对称式钻有卸压孔67,卸压孔67连通到滑芯61的另一侧壁,滑芯61下端面中心连接限位杆69,限位杆69外套有弹簧63;所述密封器阀座60中设置有顶部进液流道71,中心设有滑腔74,侧向及顶部周边包裹着橡胶囊套62,此外,在滑腔74侧壁对应滑芯61进压孔66和卸压孔67方位分别设置有储压流道72和卸压流道73,流道与橡胶囊套62的囊腔75相通;所述两滑阀密封器总成下阀盖59中部均设置有弹簧腔70,用于固定弹簧63位置,弹簧腔70侧壁设置有排液孔76连通至密封器外部,此外,上滑阀密封器总成3排液孔76经下阀盖59、密封器阀座60、上阀盖58连通至外部,且上滑阀密封器总成3的下阀盖59底部设置空腔,用于提供限位杆69移动空间;所述两滑阀密封器总成上阀盖58均设置有进液流道71;所述上滑阀密封器总成3上设置有下密封阀进液管孔83和喷嘴总成进液管道孔84,用于给下密封器总成4和射流喷嘴总成5供液。

此外,两滑阀密封器总成的供液管路由密封器进液管54、密封器单向阀77、上密封器进液管78和下密封器进液管79组成,密封器进液管54与密封器单向阀77连接,密封器单向阀77往下连接上密封器进液管78和下密封器进液管79,上密封器进液管78和下密封器进液管79最终连入进液流道71。

参考图4、图5和图6所示,所述上滑阀密封器总成3、下滑阀密封器总成4装配时,首先将滑芯51和弹簧63装配于滑腔4和弹簧腔70中,限位杆69穿过下阀盖59中孔,底部通过螺纹连接定位螺母64;上阀盖58和下阀盖59通过沉头紧固螺栓65安装在密封器阀座60上下端,并通过螺栓紧固密封橡胶囊套62两端口,形成密封囊腔75;上滑阀密封器总成3上阀盖58上端与脉冲发生器总成2保护套管43螺纹连接,下阀盖59下端与射流喷嘴总成5上端螺纹连接;下滑阀密封器总成4上阀盖58上端与射流喷嘴总成5下端螺纹连接。

参考图7所示,射流喷嘴总成5由射流喷嘴80、液流通道81和基座82组成;装配时射流喷嘴80设置有2或4个,通过螺纹连接旋入基座82,对称分布于基座82四周;基座82上的液流通道81与脉冲发生器总成2的出液汇总管41连接;此外,基座82贯通有下密封器进液管孔83,下密封器进液管79从其中通过。

本发明所提供的低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置井内部分装配时,首先应将下滑阀密封器总成4、射流喷嘴总成5、上滑阀密封器总成3从下往上依次螺纹连接;然后,将密封器液管进54、密封器单向阀77、上密封器进液管78和下密封器进液管79组成的滑阀密封器总成供液管路和脉冲发生器总成2的出液汇总管与以上三个总成螺纹连接;接下来,将拧下保护套管43和密封盖44的脉冲发生器总成2与已装配好的部件进行连接;最后,将保护套管43与上滑阀密封器总成3的上阀盖58以螺纹连接,拧入脉冲发生器总成2的4颗沉头螺栓52,以固定好固定底座42,最后拧入密封盖44,完成装配。

本发明的具体使用方法:

低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置的井内部分进行装配前,首先计算所需要水力脉冲压力的正常供液压力,根据供液压力设计略高于该压力的密封压力;根据所需的密封压力调整上滑阀密封器总成3、下滑阀密封器总成4中定位螺母64的位置,进而控制进压孔66与储压流道72间弹簧63的初始距离,使弹簧63在该距离提供的弹力等于密封压力产生的推阀力。

完成本发明提供的低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置井内部分的装配和线路连接工作,将井内部分送入井管中需要进行脉冲注水压裂的位置;首先将泵站6开启,设置最高泵压为密封压力,设置泵站输出较小的流量,开泵后液流经过连接管路7进入井内进液汇总管39,由一级分流三通55进入密封器进液管54,经由密封器单向阀77后分别流入上密封器进液管78和下密封器进液管79,最后分别进入两密封器的进液流道71;随着进液流道71中的液流进入滑腔74,滑芯61上端面及其进压孔66中的液体压力逐渐上升,致使弹簧63被压缩,滑芯61逐渐下移,当达到密封压力时,滑芯61的进压孔66下移至侧壁的储压流道72位置,与其接通;液流经储压流道72进入囊腔75中,在密封压力的作用下橡胶囊套62逐渐膨胀,达到密封状态,完成压裂段密封工作;此时,让泵站压力维持在密封压力一段时间,保证密封稳定后即可关泵,由于密封器单向阀77的反向截止作用,使密封器中的压力维持密封压力。

在完成压裂段密封后,将泵站6的压力和流量调整至正常供液压力,并使泵站6储能器充分蓄能,高压流体通过连接管路7进入脉冲发生器总成2的进液汇总管39,由一级分流三通55进入阀体进液管53,而不进入压力更高的密封器进液管54,流体经进液分流三通56分流后分别进入两个高频高压先导式电磁阀37的进液孔47,待脉冲控制箱1输出的脉冲强电工作信号驱动两个高频高压先导式电磁阀37交替动作产生,产生水锤脉冲射流。

为了进一步说明本发明的使用方式及水力脉冲注水特征,下面具体说明:

可调频脉冲输出:

首先将脉冲控制箱1电源接通,交流电源经变压器8转变为直流弱电,经稳压器9输入函数脉冲信号发生器10;此时,将脉冲函数信号发生器10的开关32打开,脉冲函数信号发生器10启动;根据显示屏33指示,先点击波形按钮36,选择正弦波形,然后,旋转调频旋钮35,对所需的脉冲频率进行精确调频,在脉冲函数信号发生器的输出端22将产生正弦脉冲的弱电控制信号,并利用控制信号导线14输送至固态继电器11的信号输入端;由于一组固态继电器的信号输入端正极23和负极24分别与脉冲函数信号发生器的输出端22正接,另一组固态继电器信号输入端正极23和负极24通过导线分别与脉冲函数信号发生器的输出端22反接,所以两组固态继电器11的信号输入端将接收相位完全相反的正弦波弱电控制信号(如图8(a)所示),1#和2#弱电控制信号正弦波动,当两组正弦信号达到对应固态继电器11的启动阈值时,固态继电器11的负载端即接通启动;此时,开启脉冲控制箱1的断路器13,控制箱的强电工作信号(如图8(a)所示)完全接通,并通过脉冲控制箱1的开关箱输出端接线端子30、31经由电缆输送至脉冲发生器总成2的信号导线38,并分别控制两个高频高压先导式电磁阀37的线圈46励磁;当1#强电工作信号接通,对应线圈46通电,高频高压先导式电磁阀37阀座45中的阀芯上提,相应的出液孔48输出一段高压水锤脉冲,脉冲流体经过出液单向阀40进入出液汇总三通57,流入出液汇总管41中,进而进入射流喷嘴总成5的液流通道81中,经射流喷嘴80调整,高压水锤脉冲射流喷出,完成1个脉冲完整过程;在间歇一段低于启动阈值的信号后,2#弱电控制信号所控制的工作电路接通,输出2#强电工作信号,使对应的另一个高频高压先导式电磁阀37启动,输出下一个完整的水力脉冲;两个高频高压先导式电磁阀37如上所述交替启动,从而产生持续的脉冲水锤射流,如图8(b)所示;值得注意的是,如图8(b)脉冲函数信号发生器10所显示的脉冲频率为一路信号控制信号的频率,脉冲发生器总成2的实际水锤脉冲频率为脉冲函数信号发生器10所显示频率的两倍;如图8(c),通过旋转调频旋钮35,本发明即可方便实现水锤脉冲射流频率的高精度、快速调节。

此外,脉冲控制箱1的脉冲函数信号发生器10提供了一种脉冲信号的间歇时间控制方式,如图9(a)所示,当设置水锤脉冲频率为1hz时,固态继电器11的启动阈值为4v,旋转脉冲函数信号发生器10的调幅旋钮34,当调整弱电控制信号的峰值为4.1v时,脉冲间歇时间为0.86s;弱电控制信号的峰值为4.5v时,脉冲间歇时间为0.70s;弱电控制信号的峰值为5.0v时,脉冲间歇时间为0.58s;弱电控制信号的峰值为6.0v时,脉冲间歇时间为0.46s;随着信号峰值的提高,脉冲间歇时间越短,以调幅形式实现了脉冲间歇时间的方便控制,对应的水锤脉冲压力如图9(b)所示。

脉冲流与连续流混合输出:

本发明所提供的低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置除了能够实现高压水锤脉冲射流外,还能够实现脉冲流与连续流的混合输出,满足不同井管部位对注水压裂工艺多样性的要求。在进行高压水锤脉冲射流时,将脉冲函数信号发生器10的波形按钮36调整为方波信号,此时脉冲函数信号发生器10的输出端22将输出方波信号,两组固态继电器11的信号输入端23、24将收到相位相反的方波信号,当方波信号强度超过固态继电器11的启动阈值时,其负载电路就导通。如图10(a)所示,当1#、2#方波弱电控制信号控制的工作信号作用于脉冲发生器总成2的高频高压先导式电磁阀37交替启动时,两路水锤脉冲射流在脉冲发生器出液管路的出液汇总三通57处无间歇衔接,转变为连续射流,如图10(b)所示。

在完成脉冲水力压裂后,关闭断路器13,使强电工作信号停止输出,从而导致脉冲发生器总成2停止水力脉冲输出。此时,将泵站输出压力调高,调整至密封器卸压压力,由于液流压力进一步上升,密封器单向阀77正向继续导通,液流再次分别进入两密封器总成的进液流道71;随着进液流道71中的液流进入滑腔74,滑腔74中的压力进一步上升,推动滑芯61继续压缩弹簧63下降直至卸压压力,进压孔66与储压流道72的连接被切断,卸压孔67与卸压流道73连通,囊腔75中的液压通过卸压流道73卸压,使橡胶囊套62逐渐缩回,上滑阀密封器总成3和下滑阀密封器总成4的密封解除,低渗储层可调频脉冲水力压裂改造装置的井内部分即可从井内撤出。

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