油页岩钻孔水力开采用射流装置

摘要

本发明公开了一种油页岩钻孔水力开采用射流装置，属于油页岩开采技术领域，包括保护组件、增压组件、射流组件，所述保护组件位于本装置的最外侧，所述保护组件一端设置有增压组件，所述增压组件一端设置有射流组件，本发明科学合理，使用安全方便，本装置通过切换普通射流与持续高压射流，提高了油页岩开采过程中的适应性，可利用持续高压射流对油页岩进行高压冲击开采，利用普通射流对开采过程中产生的碎屑进行有效清理，且本装置的高压射流相比现有技术有射流压力稳定的特征，可有效提高油页岩开采效率，且本装置可进行普通高压力水流切换，可根据油页岩开采状况对射流方式进行调整，提高了本装置环境的适应性与灵活性。

说明书

技术领域

本发明涉及油页岩开采技术领域，具体是一种油页岩钻孔水力开采用射流装置。

背景技术

油页岩属于非常规油气资源，以资源丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替能源，它与石油、天然气、煤一样都是不可再生的化石能源，在近200年的开发利用中，其资源状况、主要性质、开采技术以及应用研究方面都积累了不少经验，油页岩(又称油母页岩)是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，它和煤的主要区别是灰分超过40%，与碳质页岩的主要区别是含油率大于3.5%。油页岩经低温干馏可以得到页岩油，页岩油类似原油，可以制成汽油、柴油或作为燃料油，除单独成藏外，油页岩还经常与煤形成伴生矿藏，一起被开采出来，现有技术中油页岩进行开采时需要射流装置辅助开采，但现有的射流装置功能单一，只能维持单一射流模式，且现有射流装置内部的单一增压组件使射出的水流压力具有间断性，影响开采效率，且在特定情况下需要对开采碎屑进行低水压清理时，现有技术的持续高压射流难以辅助完成碎屑清理，所以人们需要一种油页岩钻孔水力开采用射流装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油页岩钻孔水力开采用射流装置，以解决现有技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种油页岩钻孔水力开采用射流装置，包括保护组件、增压组件、射流组件、单向阀组件、调节组件，所述保护组件位于本装置的最外侧，起到保护其他部件的作用，所述保护组件一端设置有增压组件，所述增压组件起到初步增强水压的作用，所述增压组件一端设置有射流组件，所述射流组件起到将水压大幅增强的作用，所述射流组件内部设置有单向阀组件，所述单向阀组件起到控制水流方向的作用，所述保护组件远离增压组件一端设置有调节组件，所述调节组件起到切换普通射流与持续高压射流的作用。

所述保护组件包括套筒、管件衔接头、射流调节头，所述套筒位于本装置的最外侧，所述套筒一端固定安装有管件衔接头，所述套筒远离管件衔接头一端通过螺纹旋转安装有射流调节头，利用管件将管件衔接头与外界高压泵连通，利用高压泵抽水，为本装置提供基本的水动力。

所述增压组件包括转轴、涡轮叶片、轴承、轴承通孔，所述套筒中部固定安装有轴承，所述轴承内圈固定安装有转轴，所述转轴靠近管件衔接头一端固定安装有涡轮叶片，所述轴承内圈上开设有轴承通孔，本装置在初始状态下，调节顶圈插入受力板内部，调节顶圈对套筒起到向推力板方向的顶动作用，使受力板不会被旋转状态下的弧面推力块向套筒轴心方向顶动，能够保证本装置维持持续高压射流状态，水流经过管件衔接头进入涡轮叶片区域，涡轮叶片在水流的冲击下带动转轴旋转。

所述射流组件包括推力板、受力板、弧面推力块、弧面受力块、水流通孔、伸缩压水柱、压水块、压水槽、滚珠，所述轴承靠近射流调节头一端设置有推力板，所述推力板中心与转轴连接固定，所述推力板远离轴承一侧设置有受力板，所述推力板靠近受力板一端固定安装有弧面推力块，所述受力板靠近推力板一端固定安装有弧面受力块，所述弧面推力块与弧面受力块相互交错贴合，所述推力板上开设有水流通孔，所述受力板上开设有水流通孔，所述受力板远离推力板一端为斜面，所述受力板远离推力板一侧设置有压水块，所述压水块内部开设有压水槽，所述压水槽内部滑动安装有伸缩压水柱，所述伸缩压水柱靠近受力板一端滚动安装有滚珠，所述滚珠嵌入压水块内部，所述伸缩压水柱顶端固定安装有卡圈，所述压水槽靠近弧形出水圈一端固定安装有弹簧挡圈，所述弹簧挡圈靠近伸缩压水柱一端固定安装有弹簧，所述弹簧远离弹簧挡圈一端与伸缩压水柱固定连接，转轴旋转带动推力板旋转，因为受力板被调节顶圈顶住无法轴向移动，所以此时弧面推力块会对弧面受力块产生横向的推动力，使弧面受力块带动受力板旋转，轴承起到支撑转轴的作用，使转轴轴心一直保持与套筒轴心重合，水流通过轴承通孔与水流通孔进入伸缩压水柱区域，因为受力板靠近伸缩压水柱一端为斜面，在受力板旋转的过程中，滚珠会在受力板内部沿斜面外围滚动，以达到伸缩压水柱不会跟随受力板旋转的效果，受力板会带动卡圈进行轴向往复运动，卡圈会带动伸缩压水柱进行轴向往复运动。

所述单向阀组件包括进水挡球圈、进水挡球、进水挡块、出水挡球圈、出水挡球、出水挡块，所述伸缩压水柱中部固定内装有进水挡球圈，所述进水挡球圈远离滚珠一侧设置有进水挡球，所述进水挡球远离进水挡球圈一端固定安装有进水挡块，所述伸缩压水柱远离滚珠一端固定安装有出水挡球圈，所述出水挡球圈靠近滚珠一侧设置有出水挡球，所述出水挡球远离出水挡球圈一侧固定安装有出水挡块，当伸缩压水柱向靠近受力板一侧运动时，水压会将进水挡球向进水挡块方向推动，水流会从进水挡球圈中部进入伸缩压水柱内部，进水挡块起到对进水挡球的限位作用，使进水挡球一直保持在进水挡球圈附近区域内，随着受力板的继续旋转，斜面会将伸缩压水柱向压水块方向推动，此时出水挡球会受到外界水流向伸缩压水柱内部的推动力，并在出水挡球与伸缩压水柱的相对运动方向的同时作用下，出水挡球会向出水挡块方向移动，前面通过进水挡球圈挤压进入伸缩压水柱内部的水流会通过出水挡球圈射出伸缩压水柱，这个过程中达到了对水流的二次增压效果，因为伸缩压水柱不止设计了一个，在受力板旋转过程中，会依次对相邻的伸缩压水柱产生推拉作用，也就使得每一个伸缩压水柱会依次射出水流，如果只有一个伸缩压水柱会造成水流射出强度高低压交替产生的效果，对油页岩开采效率有很大的影响。

所述调节组件包括弧形出水圈、安装圈、调节顶圈、顶圈槽，所述弧形出水圈位于射流调节头顶端，所述弧形出水圈靠近管件衔接头一端固定安装有安装圈，所述安装圈内部固定安装有调节顶圈，所述弧形出水圈、安装圈、调节顶圈共同组成射流调节头，所述受力板靠近伸缩压水柱一端开设有顶圈槽，所述调节顶圈靠近受力板一端嵌入顶圈槽内部，在一些特殊情况下，不需要这么高压强的水流，例如清理开采碎屑以便于继续开采时，采用高压冲击只会造成更多碎屑产生，此时旋转弧形出水圈，使安装圈沿螺纹向靠近弧形出水圈方向移动，同时会带动调节顶圈向远离受力板方向移动，直至调节顶圈脱离顶圈槽区域，此时受力板失去调节顶圈的轴向限位作用，推力板旋转时，弧面推力块会在斜面作用下，将弧面受力块向远离推力板方向推动，然后在压水槽内部的弹簧作用下，会将受力板向推力板方向推回，推力板不停旋转会使受力板做往复运动，进而带动所有伸缩压水柱一起做往复运动，此时所有伸缩压水柱同时作为水流通道，水流横截面增大，水压比伸缩压水柱依次压水状态下的水压小，此时射流调节头会射出高流量低压水流，以适应开采环境所需，本装置通过切换普通射流与持续高压射流，提高了油页岩开采过程中的适应性，利用持续高压射流对油页岩进行高压冲击开采，本装置的高压射流有射流稳定的特点，可有效提高油页岩开采效率，现有技术中的单一增压组件，射出的水流有高低压间断性，影响开采效率，本装置内呈环状设计的水流增压通道，使水流可保证高压的基础上实现持续不间断的效果，且本装置可进行普通高压力水流切换，可根据油页岩开采状况对射流方式进行调整，提高了本装置环境适应性与灵活性。

所述调节顶圈贯穿压水块，所述压水块通过滑轨滑槽与套筒滑动连接，滑轨滑槽安装方向与套筒轴心方向平行，所述套筒位于调节顶圈与安装圈之间，所述安装圈内侧壁与套筒外侧壁螺纹连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本装置通过切换普通射流与持续高压射流，提高了油页岩开采过程中的适应性，可利用持续高压射流对油页岩进行高压冲击开采，利用普通射流对开采过程中产生的碎屑进行有效清理，且本装置的高压射流相比现有技术有射流压力稳定的特征，可有效提高油页岩开采效率，现有技术中的单一增压组件，射出的水流有高低压间断性，影响开采效率，本装置内呈环状设计的水流增压通道，使水流可保证高压的基础上实现持续不间断的效果，且本装置可进行普通高压力水流切换，可根据油页岩开采状况对射流方式进行调整，提高了本装置环境的适应性与灵活性。

附图说明

图1为本发明一种油页岩钻孔水力开采用射流装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种油页岩钻孔水力开采用射流装置的内部详细结构示意图；

图3为本发明一种油页岩钻孔水力开采用射流装置的轴向剖面结构示意图；

图4为本发明一种油页岩钻孔水力开采用射流装置的图3中B区域放大结构示意图；

图5为本发明一种油页岩钻孔水力开采用射流装置的图2中A区域放大结构示意图；

图6为本发明一种油页岩钻孔水力开采用射流装置的伸缩压水柱内部结构示意图；

图7为本发明一种油页岩钻孔水力开采用射流装置的图3中C区域放大结构示意图；

图8为本发明一种油页岩钻孔水力开采用射流装置的滚珠区域结构示意图。

图中标号：101、套筒；102、管件衔接头；103、射流调节头；200、转轴；201、涡轮叶片；202、轴承；203、轴承通孔；301、推力板；302、受力板；303、弧面推力块；304、弧面受力块；305、水流通孔；306、伸缩压水柱；307、压水块；308、压水槽；309、滚珠；310、卡圈；311、进水挡球圈；312、进水挡球；313、进水挡块；314、出水挡球圈；315、出水挡球；316、出水挡块；401、弧形出水圈；402、安装圈；403、调节顶圈；404、顶圈槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1～8所示，一种油页岩钻孔水力开采用射流装置，包括保护组件、增压组件、射流组件、单向阀组件、调节组件，保护组件位于本装置的最外侧，起到保护其他部件的作用，保护组件一端设置有增压组件，增压组件起到初步增强水压的作用，增压组件一端设置有射流组件，射流组件起到将水压大幅增强的作用，射流组件内部设置有单向阀组件，单向阀组件起到控制水流方向的作用，保护组件远离增压组件一端设置有调节组件，调节组件起到切换普通射流与持续高压射流的作用。

保护组件包括套筒101、管件衔接头102、射流调节头103，套筒101位于本装置的最外侧，套筒101一端固定安装有管件衔接头102，套筒101远离管件衔接头102一端通过螺纹旋转安装有射流调节头103，利用管件将管件衔接头102与外界高压泵连通，利用高压泵抽水，为本装置提供基本的水动力。

增压组件包括转轴200、涡轮叶片201、轴承202、轴承通孔203，套筒101中部固定安装有轴承202，轴承202内圈固定安装有转轴200，转轴200靠近管件衔接头102一端固定安装有涡轮叶片201，轴承202内圈上开设有轴承通孔203，本装置在初始状态下，调节顶圈403插入受力板302内部，调节顶圈403对套筒101起到向推力板301方向的顶动作用，使受力板302不会被旋转状态下的弧面推力块303向套筒101轴心方向顶动，能够保证本装置维持持续高压射流状态，水流经过管件衔接头102进入涡轮叶片201区域，涡轮叶片201在水流的冲击下带动转轴200旋转。

射流组件包括推力板301、受力板302、弧面推力块303、弧面受力块304、水流通孔305、伸缩压水柱306、压水块307、压水槽308、滚珠309，轴承202靠近射流调节头103一端设置有推力板301，推力板301中心与转轴200连接固定，推力板301远离轴承202一侧设置有受力板302，推力板301靠近受力板302一端固定安装有弧面推力块303，受力板302靠近推力板301一端固定安装有弧面受力块304，弧面推力块303与弧面受力块304相互交错贴合，推力板301上开设有水流通孔305，受力板302上开设有水流通孔305，受力板302远离推力板301一端为斜面，受力板302远离推力板301一侧设置有压水块307，压水块307内部开设有压水槽308，压水槽308内部滑动安装有伸缩压水柱306，伸缩压水柱306靠近受力板302一端滚动安装有滚珠309，滚珠309嵌入压水块307内部，伸缩压水柱306顶端固定安装有卡圈310，压水槽308靠近弧形出水圈401一端固定安装有弹簧挡圈，弹簧挡圈靠近伸缩压水柱306一端固定安装有弹簧，弹簧远离弹簧挡圈一端与伸缩压水柱306固定连接，转轴200旋转带动推力板301旋转，因为受力板302被调节顶圈403顶住无法轴向移动，所以此时弧面推力块303会对弧面受力块304产生横向的推动力，使弧面受力块304带动受力板302旋转，轴承202起到支撑转轴200的作用，使转轴200轴心一直保持与套筒101轴心重合，水流通过轴承通孔203与水流通孔305进入伸缩压水柱306区域，因为受力板302靠近伸缩压水柱306一端为斜面，在受力板302旋转的过程中，滚珠309会在受力板302内部沿斜面外围滚动，以达到伸缩压水柱306不会跟随受力板302旋转的效果，受力板302会带动卡圈310进行轴向往复运动，卡圈310会带动伸缩压水柱306进行轴向往复运动。

单向阀组件包括进水挡球圈311、进水挡球312、进水挡块313、出水挡球圈314、出水挡球315、出水挡块316，伸缩压水柱306中部固定内装有进水挡球圈311，进水挡球圈311远离滚珠309一侧设置有进水挡球312，进水挡球312远离进水挡球圈311一端固定安装有进水挡块313，伸缩压水柱306远离滚珠309一端固定安装有出水挡球圈314，出水挡球圈314靠近滚珠309一侧设置有出水挡球315，出水挡球315远离出水挡球圈314一侧固定安装有出水挡块316，当伸缩压水柱306向靠近受力板302一侧运动时，水压会将进水挡球312向进水挡块313方向推动，水流会从进水挡球圈311中部进入伸缩压水柱306内部，进水挡块313起到对进水挡球312的限位作用，使进水挡球312一直保持在进水挡球圈311附近区域内，随着受力板302的继续旋转，斜面会将伸缩压水柱306向压水块307方向推动，此时出水挡球315会受到外界水流向伸缩压水柱306内部的推动力，并在出水挡球315与伸缩压水柱306的相对运动方向的同时作用下，出水挡球315会向出水挡块316方向移动，前面通过进水挡球圈311挤压进入伸缩压水柱306内部的水流会通过出水挡球圈314射出伸缩压水柱306，这个过程中达到了对水流的二次增压效果，因为伸缩压水柱306不止设计了一个，在受力板302旋转过程中，会依次对相邻的伸缩压水柱306产生推拉作用，也就使得每一个伸缩压水柱306会依次射出水流，如果只有一个伸缩压水柱306会造成水流射出强度高低压交替产生的效果，对油页岩开采效率有很大的影响。

调节组件包括弧形出水圈401、安装圈402、调节顶圈403、顶圈槽404，弧形出水圈401位于射流调节头103顶端，弧形出水圈401靠近管件衔接头102一端固定安装有安装圈402，安装圈402内部固定安装有调节顶圈403，弧形出水圈401、安装圈402、调节顶圈403共同组成射流调节头103，受力板302靠近伸缩压水柱306一端开设有顶圈槽404，调节顶圈403靠近受力板302一端嵌入顶圈槽404内部，在一些特殊情况下，不需要这么高压强的水流，例如清理开采碎屑以便于继续开采时，采用高压冲击只会造成更多碎屑产生，此时旋转弧形出水圈401，使安装圈402沿螺纹向靠近弧形出水圈401方向移动，同时会带动调节顶圈403向远离受力板302方向移动，直至调节顶圈403脱离顶圈槽404区域，此时受力板302失去调节顶圈403的轴向限位作用，推力板301旋转时，弧面推力块303会在斜面作用下，将弧面受力块304向远离推力板301方向推动，然后在压水槽308内部的弹簧作用下，会将受力板302向推力板301方向推回，推力板301不停旋转会使受力板302做往复运动，进而带动所有伸缩压水柱306一起做往复运动，此时所有伸缩压水柱306同时作为水流通道，水流横截面增大，水压比伸缩压水柱306依次压水状态下的水压小，此时射流调节头103会射出高流量低压水流，以适应开采环境所需，本装置通过切换普通射流与持续高压射流，提高了油页岩开采过程中的适应性，利用持续高压射流对油页岩进行高压冲击开采，本装置的高压射流有射流稳定的特点，可有效提高油页岩开采效率，现有技术中的单一增压组件，射出的水流有高低压间断性，影响开采效率，本装置内呈环状设计的水流增压通道，使水流可保证高压的基础上实现持续不间断的效果，且本装置可进行普通高压力水流切换，可根据油页岩开采状况对射流方式进行调整，提高了本装置环境适应性与灵活性。

调节顶圈403贯穿压水块307，压水块307通过滑轨滑槽与套筒101滑动连接，滑轨滑槽安装方向与套筒101轴心方向平行，套筒101位于调节顶圈403与安装圈402之间，安装圈402内侧壁与套筒101外侧壁螺纹连接。

工作原理：

利用管件将管件衔接头102与外界高压泵连通，利用高压泵抽水，为本装置提供基本的水动力，本装置在初始状态下，调节顶圈403插入受力板302内部，调节顶圈403对套筒101起到向推力板301方向的顶动作用，使受力板302不会被旋转状态下的弧面推力块303向套筒101轴心方向顶动，能够保证本装置维持持续高压射流状态，水流经过管件衔接头102进入涡轮叶片201区域，涡轮叶片201在水流的冲击下带动转轴200旋转，转轴200旋转带动推力板301旋转，因为受力板302被调节顶圈403顶住无法轴向移动，所以此时弧面推力块303会对弧面受力块304产生横向的推动力，使弧面受力块304带动受力板302旋转，轴承202起到支撑转轴200的作用，使转轴200轴心一直保持与套筒101轴心重合，水流通过轴承通孔203与水流通孔305进入伸缩压水柱306区域，因为受力板302靠近伸缩压水柱306一端为斜面，在受力板302旋转的过程中，滚珠309会在受力板302内部沿斜面外围滚动，以达到伸缩压水柱306不会跟随受力板302旋转的效果，受力板302会带动卡圈310进行轴向往复运动，卡圈310会带动伸缩压水柱306进行轴向往复运动，当向靠近受力板302一侧运动时，水压会将进水挡球312向进水挡块313方向推动，水流会从进水挡球圈311中部进入伸缩压水柱306内部，进水挡块313起到对进水挡球312的限位作用，使进水挡球312一直保持在进水挡球圈311附近区域内，随着受力板302的继续旋转，斜面会将伸缩压水柱306向压水块307方向推动，此时出水挡球315会受到外界水流向伸缩压水柱306内部的推动力，并在出水挡球315与伸缩压水柱306的相对运动方向的同时作用下，出水挡球315会向出水挡块316方向移动，前面通过进水挡球圈311挤压进入伸缩压水柱306内部的水流会通过出水挡球圈314射出伸缩压水柱306，这个过程中达到了对水流的二次增压效果，因为伸缩压水柱306不止设计了一个，在受力板302旋转过程中，会依次对相邻的伸缩压水柱306产生推拉作用，也就使得每一个伸缩压水柱306会依次射出水流，如果只有一个伸缩压水柱306会造成水流射出强度高低压交替产生的效果，对油页岩开采效率有很大的影响，在一些特殊情况下，不需要这么高压强的水流，例如清理开采碎屑以便于继续开采时，采用高压冲击只会造成更多碎屑产生，此时旋转弧形出水圈401，使安装圈402沿螺纹向靠近弧形出水圈401方向移动，同时会带动调节顶圈403向远离受力板302方向移动，直至调节顶圈403脱离顶圈槽404区域，此时受力板302失去调节顶圈403的轴向限位作用，推力板301旋转时，弧面推力块303会在斜面作用下，将弧面受力块304向远离推力板301方向推动，然后在压水槽308内部的弹簧作用下，会将受力板302向推力板301方向推回，推力板301不停旋转会使受力板302做往复运动，进而带动所有伸缩压水柱306一起做往复运动，此时所有伸缩压水柱306同时作为水流通道，水流横截面增大，水压比伸缩压水柱306依次压水状态下的水压小，此时射流调节头103会射出高流量低压水流，以适应开采环境所需，本装置通过切换普通射流与持续高压射流，提高了油页岩开采过程中的适应性，利用持续高压射流对油页岩进行高压冲击开采，本装置的高压射流有射流稳定的特点，可有效提高油页岩开采效率，现有技术中的单一增压组件，射出的水流有高低压间断性，影响开采效率，本装置内呈环状设计的水流增压通道，使水流可保证高压的基础上实现持续不间断的效果，且本装置可进行普通高压力水流切换，可根据油页岩开采状况对射流方式进行调整，提高了本装置环境适应性与灵活性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。