CN101929330A - 遥控旋塞式钢球投球系统 - Google Patents

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本发明属于石油天然气行业，特别是井下技术作业中不动管柱分层压裂工艺技术的配套技术，确切说是遥控旋塞式钢球投球系统，其特征是：至少包括三通，连接在压裂施工的高压管线上；三通两直通端使高压管线贯通；一个高压旋塞连接在三通的垂直端，不同直径的钢球放置在高压旋塞内；一个执行器与高压旋塞连接，用于控制高压旋塞的开口度；一个控制器用于向执行器输入一开口度的命令信号，使执行器对应控制高压旋塞的开口度与投放的钢球直径相一致。它提供了一种安全性好、节省时间、工艺性好的遥控旋塞式钢球投球系统。

Description

遥控旋塞式钢球投球系统
技术领域
本发明属于石油天然气行业，特别是井下技术作业中不动管柱分层压裂工艺技术的配套技术，确切说是遥控旋塞式钢球投球系统，用于进行安全高效地投钢球进行分层压裂。
背景技术
不动管柱分层压裂施工中，要停泵投钢球，打滑套进行分层压裂，现用投钢球的方式是在第一层压裂完成后，利用压裂井口上的阀门进行投入的。首先要在30-40MPa的高压下，将井口上的总阀门关上，再将井口上部的压力放掉，将压裂施工管线拆卸掉，再将钢球投入井口的上部，然后关上井口上部的阀门，打开总阀门，将钢球投入井内，再连接高压管线进行施工。这样做存在以下几个问题：
（1）在高压状况下，开关阀门比较危险，并且也很费力费事，开关两个阀门约需15分钟，一旦阀门出问题，就会伤及现场施工人员和设备；
（2）拆装一次井口的压裂高压管线，也是很费时费力的事情，工作量大，也很费力费事，约需15分钟；
（3）当钢球置于井口两个阀门中间时，因井内压力高，两个阀门之间已进行放空，把井口阀门打开时，井内液体向两个阀门空间冲入时，会将钢球冲到井口的旁通阀门处，当井口压力恢复后，往往会出现钢球投不下去的情况，造成分层压裂失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全性好、节省时间、工艺性好的遥控旋塞式钢球投球系统。
本发明的目的是这样实现的，遥控旋塞式钢球投球系统，其特征是：至少包括三通，连接在压裂施工的高压管线上；三通两直通端使高压管线贯通；一个高压旋塞连接在三通的垂直端，不同直径的钢球放置在高压旋塞内；一个执行器与高压旋塞连接，用于控制高压旋塞的开口度；一个控制器用于向执行器输入一开口度的命令信号，使执行器对应控制高压旋塞的开口度与投放的钢球直径相一致。
所述的钢球是从小到大排列，钢球数在1-3个。
所述的控制器包括一个键盘、一个显示器、一个控制单元和远程控制接口，通过键盘输入需要投放的钢球直径，显示在显示器上，经确认无误后，启动确认键，控制单元通过远程控制接口向执行器发送信号，由执行器控制高压旋塞打开选定钢球直径的开口度，投放钢球。
所述的高压旋塞是2″-3″的高压旋塞。
所述的执行器是液动执行器或电动执行器，所述的执行器最大扭矩可以达到500Nm。
所述的钢球的最大直径为70mm。
本发明的工作过程及优点是：由于将钢球置于这个旋塞内，当不动管柱分层压裂施工，当第一层压完后，需投钢球进行第二层压裂时，只要将旋塞打开一定的角度，使钢球自由落入高压管线中，高压管线中高速流动的液体就能将钢球带入井内，达到分层压裂的要求；可以根据旋塞的开度与钢球所对应的直径，分别投入不同直径的钢球（一次可以装入2-3个钢球），达到分压打滑套的要求；投球过程中可以停泵投钢球也可以不停泵投钢球，达到精确遥控控制和安全高效施工的要求。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明工作过程说明图；
图3是控制箱电源旋钮示意图。
图中：1、三通；2、高压旋塞；3、堵头；4、执行器；5、控制器；6、高压管线；7、钢球。
具体实施方式
如图1和图2所示，在压裂施工的高压管线6上，安装一个三通1，在三通1上再安装一个2″或3″的高压旋塞2，将不同直径的钢球7置于这个高压旋塞2内，高压旋塞2上端固定堵头3，一个执行器与高压旋塞2连接，用于控制高压旋塞2的开口度；一控制器5与执行器4电连接，用于向执行器4输入一开口度的命令信号，使执行器4对应控制高压旋塞2的开口度与投放的钢球7的直径相一致。钢球7是以小到大排列，钢球数在1-3个。最大的钢球7的直径为70mm。
当不动管柱分层压裂施工时，第一层压完后，需投钢球进行第二层压裂时，只要通过控制器输入参数，执行器根据参数将旋塞打开到选择参数的角度，使钢球自由落入高压管线中，高压管线中高速流动的液体就能将钢球带入井内，达到分层压裂的要求；一次可以装入2-3个钢球，可以根据旋塞的开度与钢球所对应的直径，分别投入不同直径的钢球7，达到分压打滑套的要求；投球过程中可以停泵投钢球也可以不停泵投钢球。
如图1和图2所示，高压旋塞2是2″-3″的高压旋塞，高压旋塞2的阀芯可进行遥控，钢球7在高压旋塞内，钢球7在高压旋塞2内是以小到大排列2-3个。利用阀芯的开启度与钢球直径相对应，达到每次可以投入2-3不同直径钢球。下表是旋塞内的工作压力与执行器工作扭矩的关系表：
阀腔内压力（Mpa） 0 15 28 40 60 70
开闭力矩  （Nm） 15 40 55 90 110 120
执行器4采用液动执行器或电动执行器，其最大扭矩可以达到500Nm。控制执行器4的控制器5包括一个键盘、一个显示器、一个控制单元和远程控制接口，通过键盘输入需要的投放的钢球直径，显示在显示器上，经确认无误后，启动确认键，控制单元通过远程控制接口向执行器4发送信号，由执行器控制高压旋塞打开选定钢球直径的开口度投放钢球。
本发明中最少可以投1-3个钢球，是为了保证不动管柱压裂工艺可以连续压裂2-4个层。
本发明中的高压旋塞是压裂高压管汇中的高压流体控制器，其主要作用是在高压流体的状态下，关闭或打开高压管线6的流体通道，是钢球投球器的主体部件，也是成熟的高压流体控制元器件之一。执行器4可以精确控制旋塞阀的开启度，按钢球直径的大小，来控制旋塞的开启度。高压三通1是压裂高压管汇的主要流体控制件之一，在主要作用是将其窜连接在压裂高压管线上，将旋塞式钢球投球器与高压主管线连通，能够将钢球投到高压管线6中。旋塞2的一端与高压三通1相连，另一端为一个堵头3将其封堵，与压裂管线形成一个高压连通器。
本发明中控制器5有两种工作模式，通过电源开关的位置决定：
1.    试验模式
如图1和图3所示，试验旋塞阀开度的方法：先将电源开关旋钮旋到工作位置（顺时针方向旋转），试验开关旋钮旋到回位位置→按控制器5键盘中的▲键或▼键让参数值指令值达到初步想设定的值，→将试验开关旋钮旋到工作状态位置（顺时针方旋转），→旋塞阀便在执行器的驱动下，逐渐开启到设定的位置。若钢球提前通过旋塞阀，说明预先设置的指令值（参数）过大，因此要及时记下钢球通过旋塞阀时显示的指令值；若钢球未通过旋塞阀，说明旋塞阀的开度不够，此时可按住控制器5键盘中的▲键，直到钢球7通过旋塞阀，记下此时显示的参数值。为了施工安全，上面操作步骤须重复作一两次，以保证指令值（参数）准确无误。用上面方法得到的参数值，就成为在工作状时设定                                                
Figure DEST_PATH_IMAGE001
键（旋钮）的值令值。用同样的方法确认
Figure 509186DEST_PATH_IMAGE002
键、键的指令值。
值得特别强调的是：为了保证旋塞阀在高压工况下也能顺利开启，平衡旋塞阀的上下压差是必要的选择。
Figure 180339DEST_PATH_IMAGE001
就是为平衡旋塞阀的上下压力而予留的开度。其开度应小于最小球通过旋塞阀的开度。
当四个位点的指令值确定后。将试验旋钮旋到回位位置，下一步便可以进行各位点的指令设置了。
2.    工作模式
（1）四个位点开关的指令设置系数
控制箱可设置和储存四个指令。当指令发出后，执行器便开始动作并准确停在予先设置的位置。四个指令分别由 
Figure 884990DEST_PATH_IMAGE001
 、
Figure 426830DEST_PATH_IMAGE004
 、
Figure 925944DEST_PATH_IMAGE002
 、 四个旋钮开关控制。四个指令与四个旋钮分别一一对应。修改指令前必须先写入该旋钮的设置系数。
       F2.30
Figure 192343DEST_PATH_IMAGE004
       F2.31
Figure 862359DEST_PATH_IMAGE002
       F2.32
Figure 976945DEST_PATH_IMAGE003
       F2.33
（2）修改指令
先将
Figure 288978DEST_PATH_IMAGE005
旋钮搬到工作位置，
Figure 805410DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 646327DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 248210DEST_PATH_IMAGE002
、旋钮搬到回位位置，然后开始下面的操作步骤：
Figure 203713DEST_PATH_IMAGE006
 
Figure 746690DEST_PATH_IMAGE007
（显示的数值是上次设定的指令数值）→ 按▲键或▼键来加大或减小指令数值，直到达到需要的数值（指令数值也就是执行器动作全程的百分比数，例如：想让执行器动作到全行程的15%，指令值便设定为
Figure 570290DEST_PATH_IMAGE008
）。最后再按一次
Figure 958546DEST_PATH_IMAGE009
键。修改（或者确认）
Figure 183991DEST_PATH_IMAGE001
 旋钮指令的工作便告完成。此时的显示为
Figure 366710DEST_PATH_IMAGE010
。
再按
Figure 943185DEST_PATH_IMAGE011
 键两次，便可进行
Figure 869553DEST_PATH_IMAGE004
 旋钮指令数值的修改。用同样的方法，用
Figure 949504DEST_PATH_IMAGE012
 、
Figure 568704DEST_PATH_IMAGE013
 设置系数修改 
Figure 366896DEST_PATH_IMAGE002
 、
Figure 628113DEST_PATH_IMAGE003
 旋钮的指令值。
（3）发出指令
当各位点的指令修改工作完成后，便可以根据需要逐一搬动、、
Figure 169319DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 437489DEST_PATH_IMAGE003
旋钮到工作位置发出指令，让执行器动作到设定的位置。要注意的是：每当某个旋钮的指令执行完后，须将该旋钮搬回到回位位置，下一个旋钮才能发出指令。

Claims (7)

1.遥控旋塞式钢球投球系统，其特征是：至少包括三通，连接在压裂施工的高压管线上；三通两直通端使高压管线贯通；一个高压旋塞连接在三通的垂直端，不同直径的钢球放置在高压旋塞内；一个执行器与高压旋塞连接，用于控制高压旋塞的开口度；一控制器用于向执行器输入一开口度的命令信号，使执行器对应控制高压旋塞的开口度与投放的钢球直径相一致。
2.根据权利要求1所述的遥控旋塞式钢球投球系统，其特征是：所述的钢球是以小到大排列，钢球数在1-3个。
3.根据权利要求1所述的遥控旋塞式钢球投球系统，其特征是：所述的控制器包括一个键盘、一个显示器、一个控制单元和远程控制接口，通过键盘输入需要的投放的钢球直径，显示在显示器上，经确认无误后，启动确认键，控制单元通过远程控制接口向执行器发送信号，由执行器控制高压旋塞打开选定钢球直径的开口度，投放钢球。
4.根据权利要求1所述的遥控旋塞式钢球投球系统，其特征是：所述的高压旋塞是2″-3″的高压旋塞。
5.根据权利要求1所述的遥控旋塞式钢球投球系统，其特征是：所述的执行器是液动执行器或电动执行器，所述的执行器最大扭矩达到500Nm。
6.根据权利要求1所述的遥控旋塞式钢球投球系统，其特征是：所述的钢球的最大直径为70mm。
7.根据权利要求1所述的遥控旋塞式钢球投球系统，其特征是：所述控制器有两种工作模式，通过电源开关的位置决定，两种工作模式是试验模式和工作模式，通过试验模式获取钢球直径参数，存贮在控制器中，工作模式是通过获取钢球直径参数进行直接控制。
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