CN107476795B - 一种自排序多级液控压裂投球装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级自排序液控压裂投球装置，该装置包括盖板、基座、密封盖、转盘、电机。盖板和基座内部设有导电线路，压裂小球经顶部投入，由重力传感器测试重量，经第二液压推送机构推送至送球通道，沿送球通道依次落座在设置于转盘径向的投球导向通道上部挡板处，根据压裂小球重量进行递归算法排序，按顺序控制电机转动角度使投球导向通道与投球通道轴线重合，压裂小球经第一液压推送机构推送至投球通道，在高压流体负压作用和自身重力共同作用下进入压裂流道。此发明实现了一次装入多个压裂小球并自动排序投球，高效地保障单井多段连续压裂施工，降低压裂施工安全风险，产生极大的工程和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气田开发领域的压裂增产工具，特别涉及一种多级自排序液控压裂投球装置。
背景技术
世界范围内，进入开发中后期的油气田以及新近开发的油气田越来越多地采用压裂技术进行储层增产改造，压裂技术已经成为油气田提高采收率的主要技术手段之一。压裂投球装置是压裂施工的关键设备，主要包括人工投球和液控投球两大类型，其基本原理是在投球装置中预先装好压裂小球，然后在压裂施工投球阶段通过人工或液控手段开启投球阀门实现压裂投球。
但是，目前常用的压裂投球装置仍然存在诸多不足之处。一方面，采用常规人工投球装置将使操作人员暴露在井场高压区域，人员安全风险极高。另一方面，采用常规液控投球装置，若是单级液控投球装置，一次只能装一个压裂小球，不能保障单井多段连续压裂施工；若是多级液控投球装置，一次可以装多个压裂小球，能保障单井多段连续压裂施工，但是在装球阶段需要人工排序，一旦出现人工排序失误，将导致压裂层段丢失，造成工程事故和极大的经济损失。
如果有一种自排序、多级的压裂投球装置，能够在压裂施工过程中实现一次装入多个压裂小球并自动排序投球，高效地保障单井多段连续压裂施工，必将极大地提高压裂施工效率，降低压裂施工安全风险，产生极大的工程和经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多级自排序液控压裂投球装置，可实现一次装入多个压裂小球并自动排序投球，高效地保障单井多段连续压裂施工，降低压裂施工安全风险。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多级自排序液控压裂投球装置，包括盖板、基座、转盘。所述盖板和基座上下依次呈阶梯台状通过螺纹连接，所述基座的上部开有容纳腔，所述容纳腔中放置有转盘。
所述盖板右侧开有压裂小球放置腔体，所述压裂小球放置腔体通过密封盖密封，且压裂小球放置腔体底部设置有凹型垫块，所述凹型垫块下侧设置有重力传感器，所述重力传感器有第一导线从盖板引出，所述压裂小球放置腔体右侧壁处还有与之连通的第二液压腔体，所述第二液压腔体中设置有第二液压推送结构，所述压裂小球放置腔体左侧壁上还开有竖直设置的送球通道；在所述盖板的左侧还开设有第一液压腔体，所述第一液压腔体中设置有第一液压推送结构。
所述转盘在边缘对称设有四个竖向投球导向通道，所述投球导向通道中上部设有第三弹簧、第一挡板、密封胶垫、第二挡板、第四弹簧、密封胶环组，所述第三弹簧与基座本体通过焊接连接，所述第四弹簧与基座本体通过焊接连接，所述密封胶环组镶嵌在转盘凹槽内，实现转盘与基座本体动密封接触。
所述送球通道位于转盘右侧边缘上方，在所述转盘左侧边缘下方的基座部位还开有投球通道，所述压裂小球经过送球通道和投球通道实现压裂投球；所述转盘之下基座中部开有电机腔室，所述电机腔室中设置有电机，所述电机由第一固紧螺钉组与电机腔室连接，且所述电机有第三导线从基座引出，并且所述电机与转盘通过键槽连接；
所述基座下部设置有压裂流道，所述压裂流道通过螺纹与压裂管线连接，且具有方向性。
所述第一液压推送机构设有第一液压接口、第一弹簧、第一密封环、第一推力杆、第二密封环，所述第一弹簧与盖板本体和第一推力杆通过焊接连接，第一密封环镶嵌在第一推力杆凹槽内，第二密封环镶嵌在盖板本体凹槽内，实现第一推力杆与盖板本体滑动摩擦接触。
所述第二液压推送机构设有第二液压接口、第二弹簧、第三密封环、第二推力杆、第四密封环，所述第二弹簧与盖板本体和第二推力杆通过焊接连接，第三密封环镶嵌在第二推力杆凹槽内，第四密封环镶嵌在盖板本体凹槽内，实现第二推力杆与盖板本体动密封接触。
所述投球通道中部左侧设置有激光脉冲信号发射头，所述激光脉冲信号发射头有第二导线从基座引出，在所述投球通道中部右侧对称设置有激光脉冲信号反射头，所述激光脉冲信号发射头通过第四穿孔螺钉固定于基座，激光脉冲信号反射头通过第五穿孔螺钉固定于基座。
所述第一液压接口置于第一液压推送机构上部，设有导流管、第二固紧螺钉组、垫片、橡胶垫，所述橡胶垫置于垫片下侧，实现第一液压接口与盖板密封连接。
所述第一液压接口，结构与第二液压接口相似。
所述第一固紧螺钉组和第二固紧螺钉组均设有四个对称设置的螺钉。
作为优选，转盘上投球导向通道具体数量，应在保证转盘强度要求的前提下，以保证水平井单次装球实现尽可能多的层段投球为宜。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：能够在压裂施工过程中实现一次装入多个压裂小球并自动排序投球，高效地保障单井多段连续压裂施工，极大地提高压裂施工效率，降低压裂施工安全风险，产生极大的工程和经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的第一液压推送机构示意图；
图3为本发明的第二液压推送机构示意图；
图4为本发明的转盘示意图；
图5为本发明的导向通道示意图；
图6为本发明的激光脉冲信号区域示意图；
图7为本发明的第一液压接口示意图。
附图标记说明：
1-盖板；2-基座；3-第一液压推送机构；4-密封盖；5-第二液压推送机构；6-第一穿孔螺钉；7-转盘；8-第三穿孔螺钉；9-压裂流道；10-电机；11-第二穿孔螺钉；12-第一液压接口；13-第一弹簧；14-第一密封环；15-第一推力杆；16-第二密封环；17-导流管；18-第二固紧螺钉组；19-垫片；20-橡胶垫；21-压裂小球；22-第三弹簧；23-密封胶垫；24-投球通道；25-第一挡板；26-密封胶环组；27-第二液压接口；28-凹型垫块；29-重力传感器；30-送球通道；31-第一线路导孔；32-第一导线；33-激光脉冲信号反射头；34-第五穿孔螺钉；35-第四穿孔螺钉；36-激光脉冲信号发射头；37-第二线路导孔；38-第二导线；39-电机腔室；40-第一固紧螺钉组；41-键槽；42-第三线路导孔；43-第三导线；44-第二弹簧；45-第三密封环；46-第二推力杆；47-第四密封环；48-投球导向通道；49-第二挡板；50-第四弹簧。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1、4、5所示，本发明提供的一种多级自排序液控压裂投球装置，包括盖板1、基座2、转盘7；所述盖板1和基座2上下依次呈阶梯台状通过螺纹连接，所述基座2的上部开有容纳腔，所述容纳腔中放置有转盘7。
所述盖板1右侧开有压裂小球放置腔体，所述压裂小球放置腔体通过密封盖4密封，且压裂小球放置腔体底部设置有凹型垫块28，所述凹型垫块28下侧设置有重力传感器29，所述重力传感器29有第一导线32从盖板引出，所述压裂小球放置腔体右侧壁处还有与之连通的第二液压腔体，所述第二液压腔体中设置有第二液压推送结构5，所述压裂小球放置腔体左侧壁上还开有竖直设置的送球通道30；在所述盖板1的左侧还开设有第一液压腔体，所述第一液压腔体中设置有第一液压推送结构3。
所述转盘7在边缘对称设有四个竖向投球导向通道48，所述投球导向通道48中上部设有第三弹簧22、第一挡板25、密封胶垫23、第二挡板49、第四弹簧50、密封胶环组26，所述第三弹簧与基座2本体通过焊接连接，所述第四弹簧50与基座2本体通过焊接连接，所述密封胶环组26镶嵌在转盘7凹槽内，实现转盘7与基座2本体动密封接触。
所述送球通道30位于转盘7右侧边缘上方，在所述转盘7左侧边缘下方的基座2部位还开有投球通道24，所述压裂小球21经过送球通道30和投球通道24实现压裂投球；所述转盘7之下基座2中部开有电机腔室39，所述电机腔室39中设置有电机10，所述电机10由第一固紧螺钉组与电机腔室39连接，且所述电机10有第三导线43从基座2引出，并且所述电机10与转盘7通过键槽连接。
所述基座2下部设置有压裂流道9，所述压裂流道9通过螺纹与压裂管线连接，且具有方向性。
如图2所示，所述第一液压推送机构3设有第一液压接口12、第一弹簧13、第一密封环14、第一推力杆15、第二密封环16，所述第一弹簧13与盖板1本体和第一推力杆15通过焊接连接，第一密封环14镶嵌在第一推力杆15凹槽内，第二密封环16镶嵌在盖板1本体凹槽内，实现第一推力杆15与盖板1本体滑动摩擦接触。
如图3所示，所述第二液压推送机构5设有第二液压接口27、第二弹簧44、第三密封环45、第二推力杆46、第四密封环47，所述第二弹簧44与盖板1本体和第二推力杆46通过焊接连接，第三密封环45镶嵌在第二推力杆46凹槽内，第四密封环47镶嵌在盖板1本体凹槽内，实现第二推力杆46与盖板1本体动密封接触。
如图6所示，所述投球通道中部左侧设置有激光脉冲信号发射头，所述激光脉冲信号发射头有第二导线从基座引出，在所述投球通道中部右侧对称设置有激光脉冲信号反射头，所述激光脉冲信号发射头通过第四穿孔螺钉固定于基座，激光脉冲信号反射头通过第五穿孔螺钉固定于基座。
如图7所示，所述第一液压接口12置于第一液压推送机构3上部，设有导流管17、第二固紧螺钉组18、垫片19、橡胶垫20，所述橡胶垫20置于垫片19下侧，实现第一液压接口12与盖板1密封连接。
所述第一液压接口12，结构与第二液压接口相似。
所述第一固紧螺钉组40和第二固紧螺钉组18均设有四个对称设置的螺钉。
如图1-7所示，一种自排序多级液控压裂投球装置的工作原理如下：压裂施工前，调整装置箭头方向与流体流动方向一致，通过压裂流道9两端内螺纹将该装置连接在高压管线上。打开密封盖4向放球腔体中装入压裂小球21，压裂小球21落座在凹型垫块28上并通过重力传感器29由第一导线32向计算机发送电信号实现重量计量，第二液压推送机构5在液压作用下推送压裂小球21进入送球通道30，同时由第三导线43向电机10发送电信号实现转盘7等角度转动，压裂小球21经送球通道30落座在转盘7径向投球导向通道48上部，电机10再次等角度转动等待下一个压裂小球落座，依次重复上述步骤直至四个压裂小球装球完毕并关闭密封盖4，通过对各直径压裂小球的重量进行递归算法排序，由此确定转盘7上各相位方向上压裂小球的重量及投球顺序，施工过程中由第三导线43向电机10发送电信号实现转盘7按照等分角度的倍数转动，同时实现投球导向通道48与投球通道24轴线重合，此时第一液压推送机构3在液压作用下推送压裂小球21经投球导向通道48进入投球通道24，同时第一液压推送机构3迅速恢复原位在第一挡板25、密封胶垫23、第二挡板49共同作用下实现快速密封，避免压裂液进入转盘7上部空间引起压力泄漏和设备运行故障，当压裂小球21通过投球通道24激光脉冲信号区域时，脉冲阻断信号将通过第二导线38发送给计算机实现投球动态监测，压裂小球21经压裂流道9中高压流体负压作用和自身重力共同作用下进入压裂流道9，并被高压流体送入井筒，重复以上步骤即可实现各直径压裂小球的投球。
与现有技术相比，本发明所述的一种多级自排序液控压裂投球装置，达到了如下效果：能够在压裂施工过程中实现一次装入多个压裂小球并自动排序投球，高效地保障单井多段连续压裂施工，极大地提高压裂施工效率，降低压裂施工安全风险，产生极大的工程和经济效益。
以上实施方式仅用于说明本发明，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (8)
1.一种自排序多级液控压裂投球装置，其特征在于：包括盖板（1）、基座（2）、转盘（7）；所述盖板（1）和基座（2）上下依次呈阶梯台状固定连接，所述基座（2）的上部开有容纳腔，所述容纳腔中放置有转盘（7）；
所述盖板（1）右侧开有压裂小球放置腔体，所述压裂小球放置腔体通过密封盖（4）密封，且压裂小球放置腔体底部设置有凹型垫块（28），所述凹型垫块（28）下侧设置有重力传感器（29），所述重力传感器（29）有第一导线（32）从盖板引出，所述压裂小球放置腔体右侧壁处还有与之连通的第二液压腔体，所述第二液压腔体中设置有第二液压推送结构（5），所述压裂小球放置腔体左侧壁上还开有竖直设置的送球通道（30）；在所述盖板（1）的左侧开设有第一液压腔体，所述第一液压腔体中设置有第一液压推送结构（3）；
所述转盘（7）在边缘对称设有四个竖向投球导向通道（48），所述投球导向通道（48）中上部设有第三弹簧（22）、第一挡板（25）、密封胶垫（23）、第二挡板（49）、第四弹簧（50）、密封胶环组（26），所述第三弹簧与基座（2）通过焊接连接，所述第四弹簧（50）与基座（2）通过焊接连接，所述密封胶环组（26）镶嵌在转盘（7）凹槽内，实现转盘（7）与基座（2）动密封接触；
所述送球通道（30）位于转盘（7）右侧边缘上方，在所述转盘（7）左侧边缘下方的基座（2）部位还开有投球通道（24），所述压裂小球（21）经过送球通道（30）和投球通道（24）实现压裂投球；所述转盘（7）之下基座（2）中部开有电机腔室（39），所述电机腔室（39）中设置有电机（10），所述电机（10）由固紧组件与电机腔室（39）连接，且所述电机（10）有第三导线（43）从基座（2）引出，并且所述电机（10）与转盘（7）固定连接；
所述基座（2）下部设置有压裂流道（9），所述压裂流道（9）通过螺纹与压裂管线连接，且具有方向性。
2.如权利要求1所述的一种自排序多级液控压裂投球装置，其特征在于：所述第一液压推送机构（3）设有第一液压接口（12）、第一弹簧（13）、第一密封环（14）、第一推力杆（15）、第二密封环（16），所述第一弹簧（13）与盖板（1）和第一推力杆（15）通过焊接连接，第一密封环（14）镶嵌在第一推力杆（15）凹槽内，第二密封环（16）镶嵌在盖板（1）凹槽内，实现第一推力杆（15）与盖板（1）滑动摩擦接触。
3.如权利要求1所述的一种自排序多级液控压裂投球装置，其特征在于：所述第二液压推送机构（5）设有第二液压接口（27）、第二弹簧（44）、第三密封环（45）、第二推力杆（46）、第四密封环（47），第二弹簧（44）与盖板（1）和第二推力杆（46）通过焊接连接，第三密封环（45）镶嵌在第二推力杆（46）凹槽内，第四密封环（47）镶嵌在盖板（1）凹槽内，实现第二推力杆（46）与盖板（1）动密封接触。
4.如权利要求1所述的一种自排序多级液控压裂投球装置，其特征在于：所述盖板（1）与基座（2）之间的固定连接为螺纹连接；所述电机（10）与电机腔室（39）之间的固紧组件连接为第一固紧螺钉组（40）；所述电机（10）与转盘（7）之间的固定连接为键槽连接。
5.如权利要求1所述的一种自排序多级液控压裂投球装置，其特征在于：所述投球通道（24）中部左侧设置有激光脉冲信号发射头（36），所述激光脉冲信号发射头（36）有第二导线（38）从基座（2）引出，在所述投球通道（24）中部右侧对称设置有激光脉冲信号反射头（33），所述激光脉冲信号发射头（36）通过第四穿孔螺钉（35）固定于基座（2），激光脉冲信号反射头（33）通过第五穿孔螺钉（34）固定于基座（2）。
6.如权利要求2所述的一种自排序多级液控压裂投球装置，其特征在于：所述第一液压接口（12）置于第一液压推送机构（3）上部，设有导流管（17）、第二固紧螺钉组（18）、垫片（19）、橡胶垫（20），所述橡胶垫（20）置于垫片（19）下侧，实现第一液压接口（12）与盖板（1）密封连接。
7.如权利要求4所述的一种自排序多级液控压裂投球装置，其特征在于：所述第一固紧螺钉组（40）设有四个对称设置的螺钉。
8.如权利要求6所述的一种自排序多级液控压裂投球装置，其特征在于：所述第二固紧螺钉组（18）设有四个对称设置的螺钉。
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