一种钟摆截流式脉冲装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于水力脉冲设备技术领域，涉及一种钟摆截流式脉冲装置及其方法，包括入口、射流泵、射流附壁偏转腔、低压流道、V型分流道、旋转轴、钟摆杆、壳体、节流流道、出口；壳体前部的入口前宽后窄，入口的后端与射流泵的输入端连通，射流泵的输出端与射流附壁偏转腔的输入端连通，射流附壁偏转腔的输出端与V型分流道的输入端连通，V型分流道后端设置钟摆杆，钟摆杆的后端上下侧的腔体分别连接截流流道，截流流道后端与出口连通，出口位于壳体的后部；该装置通过射流泵增加了射流转向的侧向吸力，进而增加了射流转向流量和射流冲击力，通过钟摆杆在摆动中的流道面积变化和钟摆杆的惯性能量，显著增加了脉冲波动幅值。显著增加了脉冲波动幅值。显著增加了脉冲波动幅值。

【技术实现步骤摘要】
一种钟摆截流式脉冲装置及其方法

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[0001]本专利技术属于水力脉冲设备
，涉及一种通过射流附壁和钟摆截流效应来产生水力脉冲的装置及其进行井下压裂、增渗作业的方法，特别涉及一种钟摆截流式脉冲装置及其方法。

技术介绍
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[0002]水力脉冲可通过疲劳破坏、空化破坏、波动反射叠加、降低孔渗阻力等有效提高水力压裂和增渗效果，是一种广泛应用于煤层压裂、增渗和增透以及油气田压裂、解堵的有效技术。由于地面脉冲泵的脉冲能量传递到钻孔底部时能量损失大，井底脉冲工具是水力脉冲发展的主要方向。
[0003]在现有专利技术中，公开号为CN103185042B的中国专利，公开了一种活动劈尖射流施肥泵，由一种具有活动劈尖的射流元件、活塞和缸体构成；活塞安装在缸体中并且形成推进腔、复位腔和肥液腔，射流元件的两个输出口分别与推进腔、复位腔相连接，活动劈尖将输出流道划分为两个隔离的区域，一侧区域用于射流的输出，另一侧区域用于排空活塞内的回水，两区域互不干扰，保证射流的稳定性与排水的可靠性。公开号为CN204827220U的中国专利，公开了一种附壁式双稳射流扭力冲击器，主要由壳体、射流单元、分流单元和液压系统总成组成，壳体包括上接头、下接头和外筒，射流单元包括分流劈、劈尖、硬质合金压板和左右两个外压板，分流单元包括设置在射流单元上端的分流压盖、连接在射流单元下端的导流板和分流体，液压系统总成包括液缸端盖、液压缸、液缸套、活塞和活塞叶片，上接头与分流压盖之间设置铜垫和调整垫。
[0004]井底典型的脉冲工具以叶轮截流脉冲工具、自激震荡脉冲工具和射流附壁脉冲工具为代表，但以上工具都存在脉冲幅值偏小的问题，因此现有井底脉冲工具在压裂增渗中的应用效果受限。此外，现有射流附壁脉冲工具通过附壁效应和劈尖来产生射流流道转向和脉冲压力，目前存在劈尖的尖角容易冲蚀损坏，进而导致射流过程不能进行流道转向的问题。

技术实现思路
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[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对现有水力脉冲工具脉冲幅值偏小、作用效果不佳的等问题，以及克服劈尖式脉冲工具的劈尖尖角容易冲蚀损坏等不足；设计一种钟摆截流式脉冲装置及其方法，利用射流泵增强附壁效应对射流的偏转能力，通过钟摆杆的摆动，控制射流流道之间的切换转化，并达到增强脉冲幅度的效果。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种钟摆截流式脉冲装置，其主体结构包括入口、射流泵、射流附壁偏转腔、低压流道、V型分流道、旋转轴、钟摆杆、壳体、节流流道、出口；壳体的前部设置漏斗状的入口，入口前宽后窄，入口用来产生流速30m/s
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50m/s的流体；入口的后端与射流泵的输入端连通，射流泵的输出端与射流附壁偏转腔的输入端连通，射流附壁偏转腔的输出端与V型分流道的输入端连通，V型分流道后端设置钟摆杆，钟摆杆的中
前部通过旋转轴固定在壳体内，钟摆杆的后端上下侧的腔体分别连接截流流道，截流流道后端与出口连通，出口位于壳体的后部。
[0007]本专利技术所述的射流泵由射流入口、射流腔、射流出口及两侧的低压腔组成；其中射流入口与入口连通，射流入口后端与圆台状射流腔的前端连通，射流腔前宽后窄，射流腔的后端与射流出口的前端连通，射流出口的后端与射流附壁偏转腔的前端连通；射流腔的前端上下侧分别与低压腔连通，两个低压腔的后端分别通过低压流道与射流附壁偏转腔的上下侧端口连通；射流出口、射流附壁偏转腔的外端设置前内壳，前内壳将射流出口与低压流道分隔开，前内壳两侧固定安装在壳体内；射流出口宽度是射流入口宽度的1.1
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1.2倍，两侧的低压腔在射流卷吸作用下产生比射流出口的压力小0.5MPa的压力；射流附壁偏转腔的宽度是射流出口的出口宽度1.3
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1.5倍，射流出口输出的高速流体与射流附壁偏转腔会发生附壁效应，附壁效应会对高速流体产生不对称的侧向吸力，高速流体会在侧向吸力下随机偏转流向V型分流道中一侧流道；低压流道通过与射流泵的两侧低压腔连通，低压流道能够传导低压、对射流出口输出的高速流体产生吸力，从而增强射流附壁效应，有利于射流泵输出高速流体的偏转。
[0008]本专利技术所述的V型分流道由分流道口、上分流支道和下分流支道构成，分流道口前端与射流附壁偏转腔的后端连通，分流道口后端分支成上分流支道和下分流支道，上分流支道和下分流支道的夹角为30
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60度，上分流支道、下分流支道的流道宽度为射流出口宽度的1
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1.1倍；上分流支道与下分流支道夹角间设置钟摆杆。
[0009]本专利技术所述的钟摆杆包括前部三角状的钟摆头和后部的长摆杆，钟摆杆通过旋转轴固定在壳体中，钟摆头前端与旋转轴间的距离是长摆杆的后端与旋转轴间距离的1/8
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1/4；钟摆杆将中部腔分隔成上支腔和下支腔；钟摆杆当射流泵出口高速流体流向V型分流道一侧流道时，该侧流道压力增大，钟摆杆前端在杠杆力下往相反侧偏转，从而引发射流泵出口高速流体转向相反侧流道。
[0010]本专利技术所述的节流流道呈对称分布，后内壁将节流流道分隔成两个节流支流道，后内壁两侧与壳体固定连接；钟摆杆保持水平时，节流支流道宽度是上分流支道宽度的2/3
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3/4，节流流道能够增加其前部流体压力，有利于钟摆杆后部压力的升高和转向。
[0011]本专利技术所述的钟摆截流式脉冲装置实现水力脉冲的方法，包括设备安装、高压流体随机偏向、脉冲压力波形成、脉冲流道切换、持续脉冲输出；具体步骤为：
[0012](1)设备安装：将钟摆截流式脉冲装置的入口接入钻杆和增压泵，出口接井底压裂、增渗工具；
[0013](2)高压流体随机偏向：入口把增压泵高压流体转化为高速流体，高速流体在射流泵和射流附壁偏转腔的侧向抽吸力下随机偏向V型分流道一侧的分流支道；
[0014](3)脉冲压力波形成：当射流泵出口高速流体随机流向V型分流道上侧的上分流支道，则上分流支道流量增加、压力增大，基于杠杆原理，钟摆杆前端部在杠杆力作用下往上侧偏转，此时钟摆杆上下两侧流体通道允许流体通过的截面积同时减小，钟摆杆前后产生节流压差，形成初始脉冲压力波；
[0015](4)脉冲流道切换：当钟摆杆前端部偏向上侧时，射流泵出口高速流体在钟摆杆前端部阻挡的反作用力下转向V型分流道下侧的下分流支道，下分流支道压力升高，钟摆杆的前端部在杠杆力作用下首先回位，然后钟摆杆的前端部在杠杆力作用下继续往下侧偏转；
此时，射流泵出口的高速流体在钟摆杆前端部阻挡的反作用力下转向V型分流道上侧的上分流支道，钟摆杆前后产生节流压差和脉冲压力波；
[0016](5)持续脉冲输出：钟摆杆上下反复摆动，产生持续脉冲压力波；脉冲波通过井底压裂、增渗工具传导到煤层、油层中，通过应力波、水楔作用、疲劳损坏进行沟通裂缝、增渗和解堵。
[0017]本专利技术与现有技术相比，所设计的钟摆截流式脉冲装置及方法主体结构合理，相比于传统附壁脉冲射流发生器，本专利技术通过射流泵增加了射流转向的侧向吸力，进而增加了射流转向流量和射流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钟摆截流式脉冲装置，其特征在于：包括入口、射流泵、射流附壁偏转腔、低压流道、V型分流道、旋转轴、钟摆杆、壳体、节流流道、出口；壳体的前部设置漏斗状的入口，入口前宽后窄，入口用来产生流速30m/s
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50m/s的流体；入口的后端与射流泵的输入端连通，射流泵的输出端与射流附壁偏转腔的输入端连通，射流附壁偏转腔的输出端与V型分流道的输入端连通，V型分流道后端设置钟摆杆，钟摆杆的中前部通过旋转轴固定在壳体内，钟摆杆的后端上下侧的腔体分别连接截流流道，截流流道后端与出口连通，出口位于壳体的后部。2.根据权利要求1所述的钟摆截流式脉冲装置，其特征在于：所述射流泵由射流入口、射流腔、射流出口及两侧的低压腔组成；其中射流入口与入口连通，射流入口后端与圆台状射流腔的前端连通，射流腔前宽后窄，射流腔的后端与射流出口的前端连通，射流出口的后端与射流附壁偏转腔的前端连通；射流腔的前端上下侧分别与低压腔连通，两个低压腔的后端分别通过低压流道与射流附壁偏转腔的上下侧端口连通；射流出口、射流附壁偏转腔的外端设置前内壳，前内壳将射流出口与低压流道分隔开，前内壳两侧固定安装在壳体内；射流出口宽度是射流入口宽度的1.1
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1.2倍，两侧的低压腔在射流卷吸作用下产生比射流出口的压力小0.5MPa的压力；射流附壁偏转腔的宽度是射流出口的出口宽度1.3
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1.5倍，射流出口输出的高速流体与射流附壁偏转腔会发生附壁效应，附壁效应会对高速流体产生不对称的侧向吸力，高速流体会在侧向吸力下随机偏转流向V型分流道中一侧流道；低压流道通过与射流泵的两侧低压腔连通，低压流道能够传导低压、对射流出口输出的高速流体产生吸力，从而增强射流附壁效应，有利于射流泵输出高速流体的偏转。3.根据权利要求2所述的钟摆截流式脉冲装置，其特征在于：所述V型分流道由分流道口、上分流支道和下分流支道构成，分流道口前端与射流附壁偏转腔的后端连通，分流道口后端分支成上分流支道和下分流支道，上分流支道和下分流支道的夹角为30
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60度，上分流支道、下分流支道的流道宽度为射流出口宽度的1
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1.1倍；上分流支道与下分流支道夹角间设置钟摆杆。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李木坤，王刚，倪冠华，于岩斌，王振洋，刘义鑫，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：