一种脉动发生器、脉动压力发生方法、系统及应用与流程

1.本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种脉动发生器、脉动压力发生方法、系统及应用。


背景技术：

2.随着油气勘探与开发进程的不断发展，低渗透油气藏、页岩及致密油气藏等难开采油气资源在石油勘探开发中所占的比重超过了70％。为了提高这些难开的采油气资源的采收率，通常会采用水力压裂的方式对储层进行改造，即利用水力作用在油气层中形成人工裂缝，以提高油气层中流体流动能力。传统水力压裂一般是通过向井筒中注入大量液体，在井底憋起高压，当压力超过地层承受能力时即可在地层中形成裂缝，传统水力压裂是油气藏储层改造、试完井井下作业的一项重要措施，被广泛应用于低渗透油气藏及页岩气储层改造中，且已取得良好的增产效果。


技术实现要素：

3.本技术发明人发现由于页岩储层具有明显的分层特征，即在页岩层理内具有强度低、渗透率和孔隙度大的特点，而不同层理之间则具有强度高、渗透率和孔隙度小的特点。而传统水力压裂采用静态憋压，所形成的水力压裂裂缝多发生于强度较低的页岩层理中，并沿着层理方向括展，而在强度较高的不同层理处，水力压裂裂缝对页岩层理的沟通效果不佳，在层理之间的穿透效果比较差，不能穿过多层页岩，形成沿不同层理方向扩展的优质裂缝，导致储层的改造效果也不佳。
4.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种脉动发生器、脉动压力发生方法、系统及应用。
5.本发明实施例提供一种脉动发生器，包括：
6.壳体、轴承密封组件、定子涡轮组件、转子涡轮组件和开关组件；
7.所述脉动发生器的组装状态下：所述轴承密封组件安装在所述壳体两端，所述定子涡轮组件安装于所述壳体内，所述转子涡轮组件通过所述密封轴承组件固定，开关组件包括安装在所述壳体内的定子开关和与所述转子涡轮组件连接的转子开关；
8.所述脉动发生器的工作状态下：所述定子涡轮组件使从轴承密封组件进入壳体的流体形成螺旋流，所述转子涡轮组件在所述螺旋流的作用下转动，带动所述转子开关转动，通过所述转子开关上的过流槽和所述定子开关上的过流孔交错重合，使所述流体产生脉动压力。
9.在一些可选的实施例中，所述壳体，包括：上端盖、连接筒和下端盖；
10.所述连接筒与所述上端盖、下端盖连接，形成壳体内腔，所述上端盖和下端盖具有台阶孔，用于安装轴承密封组件，所述上端盖具有上端盖液流孔和所述下端盖具有下端盖液流孔。
11.在一些可选的实施例中，两个所述轴承密封组件分别安装在所述上端盖和下端盖
的台阶孔中，所述轴承密封组件包括：轴承组件、位于轴承组件至少一侧的密封件、和位于轴承组件外侧的密封盖组件；
12.所述轴承组件安装在所述台阶孔中，用于固定转子涡轮组件中的传动轴；
13.所述密封盖组件安装在所述台阶孔中，位于所述轴承组件的外侧。
14.在一些可选的实施例中，所述轴承组件包括安装在所述台阶孔中的深沟球轴承和推力球轴承、两个轴承之间的轴承垫；
15.所述密封件包括位于轴承组件内侧的第一o型圈和毛毡圈、位于轴承组件外侧的第二o型圈，
16.所述密封盖组件包括固定于所述台阶孔中的第一法兰盘、橡胶板、第二法兰盘和法兰盖。
17.在一些可选的实施例中，所述定子涡轮组件，包括：至少一个定子涡轮和至少一个定子套筒；
18.所述定子涡轮固定于所述连接筒上，具有至少两个定子涡轮叶片，通过所述定子涡轮叶片使进入的流体形成螺旋流；
19.所述定子套筒设置在相邻的两个定子涡轮之间或设置在两端的定子涡轮外侧，用于压紧所述定子涡轮。
20.在一些可选的实施例中，所述转子涡轮组件，包括：传动轴、至少一个转子涡轮和至少一个转子套筒；
21.所述传动轴两端通过轴承密封组件固定；
22.所述转子涡轮固定于所述传动轴上，具有至少两个转子涡轮叶片，所述螺旋流作用于所述转子涡轮叶片，使所述转子涡轮转动并带动所述传动轴转动；
23.所述转子套筒设置在相邻的两个转子涡轮之间或设置在两端的转子涡轮外侧，用于压紧所述转子涡轮。
24.在一些可选的实施例中，所述转子涡轮组件中转子涡轮与所述定子涡轮组件中的定子涡轮交替排列。
25.在一些可选的实施例中，所述定子涡轮叶片和转子涡轮叶片具有螺旋形弧面。
26.在一些可选的实施例中，所述转子涡轮组件，还包括：
27.锁紧螺母和止动垫圈，安装在所述传动轴上，位于所述传动轴靠近上端盖的一端。
28.在一些可选的实施例中，所述定子开关上设有多个过流孔；所述转子开关设有多个过流槽；所述转子开关在所述转子涡轮组件中的传送轴带动下转动的过程中，所述过流槽和所述过流孔交替重合。
29.本发明实施例还提供一种脉动压力发生系统，包括：脉动检测装置和上述的脉动发生器；
30.所述脉动发生器，用于使流入的流体产生脉动压力；
31.所述脉动检测装置，用于监测所述脉动压力，输出检测信号。
32.本发明实施例还提供一种脉动压力发生方法，其特征在于，使用上述的脉动发生器实现。
33.在一些可选的实施例中，上述方法包括：
34.向脉动发生器中通入流体，流体从轴承密封组件进入壳体内，经所述定子涡轮组
件形成螺旋流；
35.所述螺旋流带动所述转子涡轮组件和转子开关转动，通过所述转子开关上的过流槽和所述定子开关上的过流孔交错重合，使所述流体产生脉动压力。
36.本发明实施例还提供一种上述的脉动发生器在油气开采储层改造的水力压裂过程中的应用。
37.本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
38.本发明实施例提供的脉动发生器，通过壳体和轴承密封组件将定子涡轮组件、转子涡轮组件和开关组件固定于壳体内，避免轴向移动；轴承密封组件避免内部轴承受到外界流体浸泡侵蚀，起到保护作用；通过定子涡轮组件改变从轴承密封组件进入壳体的流体的方向，使其形成螺旋流，通过螺旋流带动转子涡轮组件转动进一步改变流体方向，流体经过多组定子涡轮组件和转子涡轮组件后经开关组件中的转子开关和定子开关流出；通过转子开关上的过流槽和定子开关上的过流孔交错重合，使流体产生脉动压力，该脉动发生器用于水力压裂时，在脉动压力的作用下可以使储层发生疲劳破坏，实现裂缝在不同储层之间的扩张，增加裂缝的复杂性，有效的提高油气开采的效率。该脉动发生器脉动频率可调节，结构紧凑，尺寸和重量小，在油气开采中能够灵活的使用，适应性强。
39.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
40.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
41.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
42.图1为本发明实施例中脉动发生器的结构示意图；
43.图2为图1中a-a的剖面图；
44.图3为图1中b-b的剖面图；
45.图4为图1中c-c的剖面图；
46.图5为图1中d-d的剖面图；
47.图6为图1中e-e的剖面图；
48.图7为本发明实施例中壳体的结构示意图；
49.图8为本发明实施例中上端盖的结构示意图；
50.图9为图8中f-f的剖面图；
51.图10为本发明实施例中轴承密封组件的结构示意图；
52.图11为本发明实施例中定子涡轮的结构示意图；
53.图12为图11的左视图；
54.图13为本发明实施例中转子涡轮的结构示意图；
55.图14为图13的左视图。
56.附图标记说明：
57.1-壳体，2-轴承密封组件，3-定子涡轮组件，4-转子涡轮组件，5-开关组件；
58.11-上端盖，12-连接筒，13-下端盖，14-壳体调整垫片；
59.111-上端盖液流孔，112-台阶孔第一段，113-台阶孔第二段，114-台阶孔第三段；
60.131-下端盖液流孔；
61.21-轴承组件，22-密封件，23-密封盖组件；
62.211-深沟球轴承，212-推力球轴承，213-轴承垫；
63.221-第一o型圈，222-毛毡圈，223-第二o型圈；
64.231-第一法兰盘，232-橡胶板，233-第二法兰盘，234-法兰盖，235-法兰垫片；
65.31-定子涡轮，32-定子套筒；
66.311-定子涡轮叶片；
67.41-传动轴、42-转子涡轮，43-转子套筒，44-止动垫圈，45-锁紧螺母；
68.421-转子涡轮叶片；
69.51-定子开关，52-转子开关，53-开关调整垫片，54-定子开关套筒；
70.511-过流孔，521-过流槽。
具体实施方式
71.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
72.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
73.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
74.为了解决现有技术中水力压裂储层层理之间的穿透效果差，导致不能在不同层理间形成优质裂缝的问题，本发明实施例提供一种脉动发生器，其结构如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，其中，图1为脉动发生器的剖面结构视图，图2为图1中a-a的剖面图，
75.图3为图1中b-b的剖面图，图4为图1中c-c的剖面图，图5为图1中d-d的剖面图，图6为图1中e-e的剖面图。该脉动发生器包括：壳体1、轴承密封组件2、定子涡轮组件3、转子涡轮组件4和开关组件5；
76.脉动发生器的组装状态下：轴承密封组件2安装在壳体1两端，定子涡轮组件3安装于壳体1内，转子涡轮组件4通过密封轴承组件2固定，开关组件5包括安装在壳体1内的定子开关51和与转子涡轮组件4连接的转子开关52；
77.脉动发生器的工作状态下：定子涡轮组件3使从轴承密封组件2进入壳体1的流体
形成螺旋流，转子涡轮组件4在螺旋流的作用下转动，带动转子开关52转动，通过转子开关52上的过流槽和定子开关51上的过流孔交错重合，使流体产生脉动压力。
78.脉动压力也称压力脉动，是指压力不均匀的作用于被作用对象上，在作用对象的某个部位有较集中的或是较大的压力，且这种压力单次持续的时间不长，有可能呈现一定的周期性。
79.本发明实施例提供的脉动发生器，通过壳体和轴承密封组件将定子涡轮组件、转子涡轮组件和开关组件密封于壳体内，避免受到外界流体浸泡侵蚀；通过定子涡轮组件改变从轴承密封组件进入壳体的流体的方向，使其形成螺旋流，通过螺旋流带动转子涡轮组件转动进一步改变流体方向，流体经过多组定子涡轮组件和转子涡轮组件后经开关组件中的转子开关和定子开关流出；通过转子开关上的过流槽和定子开关上的过流孔交错重合，使流体产生脉动压力，该脉动发生器用于水力压裂时，在脉动压力的作用下可以使储层发生疲劳破坏，实现裂缝在不同储层之间的扩张，增加裂缝的复杂性，有效的提高油气开采的效率。该脉动发生器脉动频率可调节，结构紧凑，尺寸和重量小，在油气开采中能够灵活的使用，适应性强。
80.在一些可选的实施例中，上述脉动发生器中的壳体1结构如图7所示，包括：上端盖11、连接筒12和下端盖13。连接筒12与上端盖11、下端盖13连接形成壳体内腔，上端盖11和下端盖13具有台阶孔，用于安装轴承密封组件2，上端盖11具有上端盖液流孔111和下端盖13具有下端盖液流孔131。上端盖11和下端盖13与连接筒12通过螺纹连接，为其他结构提供支撑，且方便拆装。
81.上端盖11的结构如图8和图9所示，其中图9为图8的f-f剖面图。上端盖11具有台阶孔结构，台阶孔主要包括三段，其中，第一段112和第二段113为直径不变的通孔，第一段112直径小于第二段113通孔的直径；第三段114为具有多个台阶的台阶孔，第三段114的直径小于第一段的直径以便设置流体通孔，流体可以通过流体通孔进入脉动发生器中；第三段114上包括多个台阶孔以适应轴承密封组件的安装需要，例如安装深沟球轴承和推力球轴承的孔、安装o型圈和毛毡圈的槽等等，这些孔或槽的直径基于要安装的零件设计；第三段114与第二段113之间的台阶面上具有螺纹孔，用于固定轴承密封组件。上端盖11外表面也具有台阶，类似于阶梯轴结构，其两段均具有外螺纹，其中一端与连接筒12连接，另一端螺纹用于脉动发生器的连接固定。下端盖12的结构与上端盖11类似，可以是对称设置的，上端盖11和连接筒12、连接筒12和下端盖13之间可以设置壳体调整垫片14，通过调整垫片调整其间隙，以便更好的安装固定。
82.在一些可选的实施例中，上述脉动发生器中设有两个轴承密封组件2，两个轴承密封组件2分别安装在上端盖11和下端盖13的台阶孔中，轴承密封组件2的结构如图10所示，包括：轴承组件21、位于轴承组件21至少一侧的密封件22和位于轴承组件21外侧的密封盖组件23；轴承组件21安装在台阶孔中，用于固定转子涡轮组件4中的传动轴；密封盖组件23安装在台阶孔中，位于轴承组件21的外侧。轴承密封组件2可以平衡内部压力以及产生密封效果。
83.其中，轴承组件21包括安装在台阶孔中的深沟球轴承211和推力球轴承212、两个轴承之间的轴承垫213；推力球轴承212和深沟球轴承211承接转子涡轮组件4中的传动轴，轴承垫213的侧壁位于推力球轴承212的外侧，轴承垫213的端面位于深沟球轴承211和推力
球轴承212之间，起保护和支撑作用；密封件22包括位于轴承组件内侧的第一o型圈221和毛毡圈222、位于轴承组件21外侧的第二o型圈223；第一o型圈221和毛毡圈222安放在上端盖11的相应o型圈安装槽和毛毡圈安装槽中，与传动轴紧密配合实现密封，第二o型圈223安装在第一法兰盘231的o型圈安装槽中，与上端盖11的台阶孔配合实现密封；密封盖组件23包括固定于台阶孔中的第一法兰盘231、橡胶板232、第二法兰盘233和法兰盖234；第一法兰盘231安装在端盖11的台阶孔中，第一法兰盘231和第二法兰盘233之间设有橡胶板232，第一法兰盘231和第二法兰盘233具有通孔，第二法兰盘233外边有法兰盖234，起密封作用；第一法兰盘231、橡胶板232、第二法兰盘233和法兰盖234通过螺钉固定于台阶孔中的螺纹孔上，螺钉与法兰盖234之间可以安装有法兰垫片235。第二法兰盘233表面可以设有凹槽，用以维持轴承密封组件与脉动发生器腔体内的压力平衡。深沟球轴承211和推力球轴承212安装在传动轴41上，第一法兰盘231和推力球轴承212、轴承垫213抵接压紧，并通过轴承垫213将深沟球轴承211抵接压紧在传动轴41的台阶处。
84.在一些可选的实施例中，上述脉动发生器中的定子涡轮组件3的结构如图6、图11和12所示，其中图6为图1中脉动发生器在定子涡轮e-e处的剖面图，其中显示了连接筒12、定子涡轮31、转子套筒43和传动轴41，图11为图6中转子的结构，具体为图6中转子部分的左视图，图12为图11的左视图，定子涡轮组件3包括：至少一个定子涡轮31和至少一个定子套筒32；定子涡轮31固定于连接筒12上，具有至少两个定子涡轮叶片311，通过定子涡轮叶片311使进入的流体形成螺旋流；定子套筒32设置在相邻的两个定子涡轮31之间或设置在两端的定子涡轮31外侧，用于压紧定子涡轮31。
85.在一些可选的实施例中，上述脉动发生器中转子涡轮组件4的结构如图5、图13和14所示，其中图5为图1中脉动发生器在转子涡轮d-d处的剖面图，其中显示了连接筒12、定子套筒32、转子涡轮42和传动轴41，图13为图5中定子涡轮的结构，具体为图5中转子涡轮部分的左视图，图14为图13的左视图。转子涡轮组件4包括：传动轴41、至少一个转子涡轮42和至少一个转子套筒43；传动轴41两端通过轴承密封组件2固定；转子涡轮42固定于传动轴41上，具有至少两个转子涡轮叶片421，螺旋流作用于转子涡轮叶片421，使转子涡轮42转动并带动传动轴转动；转子套筒43设置在相邻的两个转子涡轮42之间或设置在两端的转子涡轮42外侧，用于压紧转子涡轮42。上述转子涡轮组件4还包括止动垫圈44和锁紧螺母45，安装在传动轴41上，位于传动轴41靠近上端盖11的一端，以锁紧转子涡轮组件。
86.上述定子涡轮组件和转子涡轮组件将运动流体的能量转变为机械能，实现无电机驱动；定子涡轮组件3可设置多个定子涡轮31，定子涡轮31之间、定子涡轮31和上端盖11之间、定子涡轮31和定子开关51之间通过定子套筒32轴向压紧，定子套筒31的长度、内径和外径根据所处的位置进行设计，只要能实现使定子涡轮31固定安装于上端盖和定子开关51之间即可。转子涡轮组件4中设置多个转子涡轮42，转子涡轮42之间、转子涡轮和转子开关之间通过转子套筒43轴向压紧，转子套筒42的长度、内径和外径根据所处的位置进行设计，只要能实现通过上端盖侧的锁紧螺母压紧转子涡轮42、转子开关52即可。传动轴通过键连接转子开关52和多个转子涡轮42。定子开关51和多个定子涡轮31通过键连接固定于连接筒内。转子涡轮组件4中转子涡轮42与定子涡轮组件3中的定子涡轮31交替排列，具体是沿传动轴的轴线间隔交替排列。定子涡轮叶片311和转子涡轮叶片411具有螺旋形弧面。
87.在一些可选的实施例中，上述脉动发生器中定子开关51上设有多个过流孔511；转
子开关52设有多个过流槽521；转子开关52在转子涡轮组件4中的传送轴41带动下转动的过程中，过流槽521和过流孔511交替重合。通过转子开关52和定子开关51交替重合，实产生周期性的脉动流体压力。定子开关51与下端盖13之间可以设置开关调整垫片53，还可以设置定子开关套筒54，定子开关51与定子套筒32之间可以设置开关调整垫片53，通过开关调整垫片53和定子开关套筒54调整安装间隙，实现压紧固定。
88.如图1所示的，在上端盖和下端盖之间，从上到下依次是定子套筒、定子涡轮、
……
、定子套筒、定子涡轮、定子套筒、定子开关、开关调整垫片、开关套筒定子，逐一抵接实现上端盖和下端盖之间各零部件的压紧，并通过键连接与连接筒进行固定和定位。在上端盖和下端盖之间，从上到下依次是锁紧螺母、动子套筒、动子涡轮、
……
、动子套筒、动子涡轮、动子套筒、动子开关，逐一抵接，通过止动垫圈和转子开关处的传动轴台阶将各零部件压紧，锁紧螺母可以有两个，两个螺母之间设有止动垫圈。
89.本发明实施例提供的脉动发生器，用于水力压裂过程中产生人工裂缝，结构简单，将流体的能量转换为传动轴和转子开关的转动力矩，转子开关和定子开关交替旋转产生周期性的脉动压力，避免了使用外部电机驱动；通过调整转子开关和定子开关的轴向间距可实现调节脉动频率，有效降低现有脉动发生器结构的复杂性；产生的脉冲压力使得页岩储层发生疲劳破坏，使得孔压极大的降低，实现裂缝在不同页岩储层的扩展，增加了裂缝的复杂性，从而有效的提高了油气的开采效率。本发明实施例提供的脉动发生器，不仅实现了无电机驱动的情况下产生脉冲压力，还实现脉动频率可调，结构设计紧凑，尺寸及重量小，设备使用灵活、便捷，增产效果好，实现油气的有效开采和设备的灵活使用。
90.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种脉冲发生系统，包括：脉动检测装置和上述的脉动发生器；
91.脉动发生器，用于使流入的流体产生脉动压力；
92.脉动检测装置，用于监测脉动压力，输出检测信号。
93.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种产生脉动压力的方法，使用上述的脉动发生器实现，包括：向脉动发生器中通入流体，流体从轴承密封组件进入壳体内，经定子涡轮组件形成螺旋流；螺旋流带动转子涡轮组件和转子开关转动，通过转子开关上的过流槽和定子开关上的过流孔交错重合，使流体产生周期性的脉动压力。参见图1所示的，
94.本发明实施例还提供一种上述的脉动发生器在油气开采储层改造的水力压裂过程中的应用。
95.压裂液从脉动发生器的上端盖流入，经过定子涡轮时，使液体的流向发生改变，从而形成螺旋流。螺旋流通过转子涡轮时，使转子涡轮发生旋转，进而带动传动轴转动。其中，定子涡轮和转子涡轮分别交替排列五组，目的是增加传动轴的扭矩和转动平稳。传动轴的转动带动转子开关发生旋转，当转子开关的过流槽与定子开关的过流孔在轴向重合时，流出液体的压力较小，当转子开关的过流槽与定子开关的过流孔在轴向完全不重合时，流出液体的压力较大，如此完成周期性的交替行为，从而产生流体的脉动行为。其中，利用垫片调节定子开关与转子开关的轴向间距即可调节流体压力变化的幅值。
96.应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不
是要限于所述的特定顺序或层次。
97.在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
98.上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

技术特征：
1.一种脉动发生器，其特征在于，包括：壳体、轴承密封组件、定子涡轮组件、转子涡轮组件和开关组件；所述脉动发生器的组装状态下：所述轴承密封组件安装在所述壳体两端，所述定子涡轮组件安装于所述壳体内，所述转子涡轮组件通过所述密封轴承组件固定，开关组件包括安装在所述壳体内的定子开关和与所述转子涡轮组件连接的转子开关；所述脉动发生器的工作状态下：所述定子涡轮组件使从轴承密封组件进入壳体的流体形成螺旋流，所述转子涡轮组件在所述螺旋流的作用下转动，带动所述转子开关转动，通过所述转子开关上的过流槽和所述定子开关上的过流孔交错重合，使所述流体产生脉动压力。2.如权利要求1所述的脉动发生器，其特征在于，所述壳体，包括：上端盖、连接筒和下端盖；所述连接筒与所述上端盖、下端盖连接，形成壳体内腔，所述上端盖和下端盖具有台阶孔，用于安装轴承密封组件，所述上端盖具有上端盖液流孔和所述下端盖具有下端盖液流孔。3.如权利要求2所述的脉动发生器，其特征在于，两个所述轴承密封组件分别安装在所述上端盖和下端盖的台阶孔中，所述轴承密封组件包括：轴承组件、位于轴承组件至少一侧的密封件、和位于轴承组件外侧的密封盖组件；所述轴承组件安装在所述台阶孔中，用于固定转子涡轮组件中的传动轴；所述密封盖组件安装在所述台阶孔中，位于所述轴承组件的外侧。4.如权利要求3所述的脉动发生器，其特征在于，所述轴承组件包括安装在所述台阶孔中的深沟球轴承和推力球轴承、两个轴承之间的轴承垫；所述密封件包括位于轴承组件内侧的第一o型圈和毛毡圈、位于轴承组件外侧的第二o型圈，所述密封盖组件包括固定于所述台阶孔中的第一法兰盘、橡胶板、第二法兰盘和法兰盖。5.如权利要求1所述的脉动发生器，其特征在于，所述定子涡轮组件，包括：至少一个定子涡轮和至少一个定子套筒；所述定子涡轮固定于所述连接筒上，具有至少两个定子涡轮叶片，通过所述定子涡轮叶片使进入的流体形成螺旋流；所述定子套筒设置在相邻的两个定子涡轮之间或设置在两端的定子涡轮外侧，用于压紧所述定子涡轮。6.如权利要求5所述的脉动发生器，其特征在于，所述转子涡轮组件，包括：传动轴、至少一个转子涡轮和至少一个转子套筒；所述传动轴两端通过轴承密封组件固定；所述转子涡轮固定于所述传动轴上，具有至少两个转子涡轮叶片，所述螺旋流作用于所述转子涡轮叶片，使所述转子涡轮转动并带动所述传动轴转动；所述转子套筒设置在相邻的两个转子涡轮之间或设置在两端的转子涡轮外侧，用于压紧所述转子涡轮。7.如权利要求6所述的脉动发生器，其特征在于，所述转子涡轮组件中转子涡轮与所述
定子涡轮组件中的定子涡轮交替排列。8.如权利要求6所述的脉动发生器，其特征在于，所述定子涡轮叶片和转子涡轮叶片具有螺旋形弧面。9.如权利要求2所述的脉动发生器，其特征在于，所述转子涡轮组件，还包括：锁紧螺母和止动垫圈，安装在所述传动轴上，位于所述传动轴靠近上端盖的一端。10.如权利要求1-9任一所述的脉动发生器，其特征在于，所述定子开关上设有多个过流孔；所述转子开关设有多个过流槽；所述转子开关在所述转子涡轮组件中的传送轴带动下转动的过程中，所述过流槽和所述过流孔交替重合。11.一种脉动压力发生系统，其特征在于，包括：脉动检测装置和如权利要求1-10任一所述的脉动发生器；所述脉动发生器，用于使流入的流体产生脉动压力；所述脉动检测装置，用于监测所述脉动压力，输出检测信号。12.一种脉动压力发生方法，其特征在于，使用如权利要求1-10任一所述的脉动发生器实现。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，包括：向脉动发生器中通入流体，流体从轴承密封组件进入壳体内，经所述定子涡轮组件形成螺旋流；所述螺旋流带动所述转子涡轮组件和转子开关转动，通过所述转子开关上的过流槽和所述定子开关上的过流孔交错重合，使所述流体产生脉动压力。14.一种如权利要求1-10任一所述的脉动发生器在油气开采储层改造的水力压裂过程中的应用。

技术总结
本发明公开了一种脉动发生器、脉动压力发生方法、系统及应用。脉动发生器包括：脉动发生器的组装状态下：轴承密封组件安装在壳体两端，定子涡轮组件安装于壳体内，转子涡轮组件通过密封轴承组件固定，开关组件包括安装在壳体内的定子开关和与转子涡轮组件连接的转子开关；脉动发生器的工作状态下：定子涡轮组件使从轴承密封组件进入壳体的流体形成螺旋流，转子涡轮组件在螺旋流的作用下转动，带动转子开关转动，通过转子开关上的过流槽和定子开关上的过流孔交错重合，使流体产生脉动压力。该脉动发生器能够产生脉动压力，且脉动频率可调，用于水力压裂时能够使裂缝在储层的不同层理之间扩展，提高压裂效果。提高压裂效果。提高压裂效果。


技术研发人员：孟思炜 刘合 苏健 高扬 曹刚 陶嘉平 杨清海 唐琪 于川
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：2022.02.09
技术公布日：2023/8/21