CN108194051A - 一种智能控制投球器及液压控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能控制投球器，包括若干用于开启或关闭可溶球投球通道的控制阀，控制阀包括阀座和阀芯，阀座具有形成投球通道的主通道；还包括控制装置，阀芯能够在控制装置的控制下动作，以封堵或开启主通道。开始投球时，控制装置控制阀芯动作，阀芯运动至第一预定位置时，开启控制阀的主通道，可溶球能够进入投球管线；投球结束时，控制装置再次控制阀芯动作，当阀芯运动至第二预定位置时，封堵主通道，可溶球不能通过，投入的可溶球进入压裂管线。上述启动或停止投球的操作均通过控制装置实现，无需工作人员现场开启或关闭控制阀，从而提高投球工艺过程的安全性和操作的便捷性，且自动控制的精确度较高。本发明还公开一种液压控制阀。

Description

一种智能控制投球器及液压控制阀

技术领域

本发明涉及井下压裂技术领域，特别涉及一种智能控制投球器及液压控制阀。

背景技术

水力压裂是一种利用地面高压泵通过井筒向油层挤注具有较高黏度的压裂液的方法，是目前油气井增产最有效的技术手段，投球滑套工艺技术是较常用的一种水力压裂工艺，其原理为：拆开井口向管柱内投入可溶球，通过可溶球打开相应的滑套，实现管柱与地层的导通。上述投球滑套工艺通过设于投球管线的投球器实现。

目前，常用的投球器包括送球泵、旋塞阀及与压裂管线连接的Y型三通，工作时，开启旋塞阀，投入可溶球，送球泵开始送球，且投球和送球的同时，压裂管线泵送压裂顶替液，送球泵工作预定时间后停泵，可溶球进入压裂管线，并通过压裂液将可溶球送入投球滑套，从而开启对应的投球滑套，实现工艺管柱与地层的导通。

但是，上述投球过程中，需要工作人员不断开启或关闭旋塞阀，而投球过程中压裂管线压力较高，工作人员现场开启或关闭旋塞阀时，危险性较高，且手动操作该旋塞阀精确度较低，操作不方便。

有鉴于此，如何提供一种智能控制投球器，能够实现自动开启或关闭，从而提高安全性和方便性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种智能控制投球器，包括若干用于开启或关闭可溶球投球通道的控制阀，所述控制阀包括阀座和阀芯，所述阀座具有形成所述投球通道的主通道，所述智能控制投球器还包括控制装置，所述阀芯能够在所述控制装置的控制下动作，以封堵或开启所述主通道。

开始投球时，控制装置控制阀芯动作，阀芯运动至第一预定位置时，开启控制阀的主通道，此时，可溶球能够进入投球管线；投球结束时，控制装置再次控制阀芯动作，当阀芯运动至第二预定位置时，封堵主通道，此时，可溶球不能通过，投入的可溶球进入压裂管线。

显然，上述启动或停止投球的操作均通过控制装置实现，无需工作人员现场开启或关闭控制阀，从而提高投球工艺过程的安全性和操作的便捷性，且自动控制的精确度较高。

可选地，所述控制阀还包括阀体，所述阀体具有阀腔，所述控制装置能够控制液压介质通入所述阀腔，以使所述阀芯在所述阀腔内液压介质的驱动下沿垂直于所述主通道轴线的方向往复运动，以封堵或开启所述主通道，所述控制阀为液压控制阀。

可选地，所述智能控制投球器的可溶球出口上游设置有过球显示系统，所述过球显示系统通过支架设置于所述投球通道，包括传感器和显示器，二者之间电连接或无线信号连接。

可选地，所述投球通道设置有两个所述液压控制阀，且二者之间设置有能够导通或封堵所述投球通道的手动控制阀。

可选地，所述智能控制投球器的可溶球入口为截面渐缩的锥形。

另外，本发明还提供一种液压控制阀，包括阀座、阀体和阀芯，所述阀座具有主通道，所述主通道的轴向为第一方向，所述阀体具有能够通入液压介质的阀腔，所述阀芯能够在所述阀腔内液压介质的驱动下沿第二方向往复运动，以封堵或开启所述主通道；

所述第一方向垂直于所述第二方向。

可选地，所述阀芯为垂直于所述第一方向的平板结构，且其一侧的表面连接有滑块，所述滑块与所述阀体内壁围成所述阀腔；

所述滑块能够在所述阀体内沿所述第二方向往复滑动，以带动所述阀芯开启或封堵所述主通道。

可选地，所述滑块将所述阀腔分割为沿所述第二方向分布的两个分腔，靠近所述主通道的所述分腔为开启阀腔，远离所述主通道的所述分腔为关闭阀腔，所述开启阀腔和所述关闭阀腔均具有进油口和出油口；

液压介质通入所述开启阀腔时，所述阀芯开启所述主通道，液压介质通入所述关闭阀腔时，所述阀芯封堵所述主通道。

可选地，所述阀芯连接有沿所述第二方向分布的第一滑块和第二滑块，所述第一滑块形成所述开启阀腔的侧壁，所述第二滑块形成所述关闭阀腔的侧壁。

可选地，所述第一滑块具有朝向所述开启阀腔内部延伸的第一凸块，所述第一凸块、所述第一滑块与所述阀体内壁围成所述开启阀腔；

所述第二滑块具有朝向所述关闭阀腔内部延伸的第二凸块，所述第二凸块、所述第二滑块与所述阀体内壁围成所述关闭阀腔。

可选地，还包括控制装置，能够控制液压介质进入所述开启阀腔或所述关闭阀腔，还能够控制液压介质排出所述开启阀腔或所述关闭阀腔。

可选地，所述阀芯包括用于封堵所述主通道的动作端和连接有所述滑块的驱动端；

所述阀体远离所述阀座的一端具有容置腔，所述阀芯沿所述第二方向运动时，所述容置腔用于容置所述驱动端。

可选地，所述阀座具有用于所述主通道泄压的泄压孔，所述泄压孔与所述主通道平行，与所述阀腔位于所述主通道的两侧；

所述液压控制阀处于关闭状态时，所述主通道与所述泄压孔均关闭，所述开启阀腔通入液压介质后，所述泄压孔与所述主通道依次开启。

附图说明

图1为本发明所提供液压控制阀的剖视图；

图2为图1中阀体的剖视图；

图3为本发明所提供智能控制投球器的剖视图；

图4为图3中过球显示系统的半剖视图。

图1-4中：

1液压控制阀、11阀座、111上阀座、112下阀座、113主通道、114泄压孔、115连接法兰、12阀体、121上阀体、122下阀体、123开启阀腔、124关闭阀腔、125第一进油口、126第二进油口、127容置腔、13阀芯、131驱动端、132动作端、133第一滑块、134第二滑块；

2手动控制阀、21旋转端；

3过球显示系统、31传感器、32数据线、33显示器、34支架；

4三通阀、5入口。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考附图1-4，其中，图1为本发明所提供液压控制阀的剖视图；图2为图1中阀体的剖视图；图3为本发明所提供智能控制投球器的剖视图；图4为图3中过球显示系统的半剖视图。

在一种具体实施例中，本发明提供一种智能控制投球器，设于井口的投球管线，如图1所示，该智能控制投球器包括若干用于开启或关闭可溶球投球通道的液压控制阀1，如图2所示，该液压控制阀1包括阀座11和阀芯13，其中，阀座11具有形成投球通道的主通道113；同时，该智能控制投球器还包括控制装置，阀芯13能够在控制装置的控制下运动，从而封堵或开启主通道113，进而封堵或开启投球通道。

开始投球时，控制装置控制阀芯13动作，阀芯13运动至第一预定位置时，开启控制阀的主通道113，此时，可溶球能够进入投球管线；投球结束时，控制装置再次控制阀芯13动作，当阀芯13运动至第二预定位置时，封堵主通道113，此时，可溶球不能通过，投入的可溶球进入压裂管线。

显然，上述启动或停止投球的操作均通过控制装置实现，无需工作人员现场开启或关闭控制阀，从而提高投球工艺过程的安全性和操作的便捷性，且自动控制的精确度较高。

具体地，如图2所示，该控制阀还包括阀体12，该阀体12具有阀腔，控制装置能够控制液压介质通入该阀腔或从阀腔中排出，以使阀芯13在阀腔内液压介质的驱动下沿垂直于主通道113的方向往复运动，以封堵或开启该主通道113，因此，该控制阀为液压控制阀1。

其中，该主通道113的轴向为第一方向，如图1中的上下方向，该第一方向为可溶球的运动方向；垂直于主通道113的方向为第二方向，如图1中的左右方向。

因此，图1-3所示的实施例中，阀芯13的运动为沿第二方向的直线往复运动，且其直线运动的驱动力为阀腔中的液压力。当然，阀芯13也可通过其它常用的结构实现驱动，例如，阀芯13与直线电机的输出轴连接，或者，阀芯13也可与液压缸的活塞杆连接，从而驱动阀芯13沿第二方向直线往复运动。另外，阀芯13的运动也可为旋转运动，例如，阀芯13为带有旋转轴的回转结构，且其开设有能够与主通道113连通的通孔，当旋转轴带动阀芯13转动至该通孔与主通道113连通时，投球通道开启，当阀芯13转动至该通孔与主通道113不连通时，投球通道关闭。

另外，本发明还提供一种液压控制阀1，如图2和图3所示，该液压控制阀1包括阀座11、阀体12和阀芯13，其中，阀座11具有主通道113，且该主通道113的轴向为第一方向，同时，阀体12具有能够通入液压介质的阀腔，阀芯13能够在阀腔内液压介质的驱动下沿第二方向直线往复运动，从而封堵或开启主通道113，其中，第一方向垂直于第二方向。

如上所述，该液压控制阀1能够用于上述智能控制投球器，当然，也可用于其它领域，作为液压开关阀。由于上述主通道113与阀芯13的运动方向垂直，因此，该液压控制阀1尤其能够用于沿主通道113方向安装空间有限的情况。

具体地，如图3所示，阀芯13为垂直于主通道113轴向(第一方向)的平板结构，该阀芯13一侧的表面连接有滑块，滑块侧壁与对应的阀体12内壁形成上述阀腔，且该滑块能够在阀体12内沿第二方向滑动，因此，当阀腔内通入液压介质时，在液压力的作用下，滑块能够带动阀芯13沿第二方向滑动，从而开启或关闭主通道113。

当然，阀芯13并非必须为平板结构，只需要朝向主通道113的一端能够封堵主通道113即可。

更具体地，如图2和图3所示，滑块将阀腔分割为沿第二方向分布的两个分腔，其中，靠近主通道113的分腔为开启阀腔123，远离主通道113的分腔为关闭阀腔124，且开启阀腔123和关闭阀腔124均具有进油口和出油口。当液压介质通入开启阀腔123时，开启阀腔123压力增大，从而推动滑块沿远离主通道113的方向滑动，进而开启主通道113；当液压介质通入关闭阀腔124时，关闭阀腔124压力增大，从而推动滑块沿靠近主通道113的方向滑动，进而关闭主通道113。

本实施例中，开启阀腔123与关闭阀腔124均可通入液压介质，当然，液压介质也可仅通入一个分腔。例如，采用如下所述的设置方式：滑块靠近主通道113一侧的分腔为阀腔，滑块远离主通道113一侧的分腔为定压腔，该定压腔的压力固定。开始投球时，阀腔内通入液压介质，当其液压力大于定压腔的压力时，滑块沿远离主通道113的方向滑动，主通道113开启；结束投球时，控制阀腔内的液压介质经出油口排出(或其它方式卸掉阀腔的压力)，当其液压力小于定压腔的压力时，滑块沿朝向主通道113的方向滑动，主通道113关闭。

采用上述设置方式时，阀体12内需要设置具有一定压力的定压腔，该定压腔的压力为液压控制阀1的启动压力，且该定压腔的压力需要满足要求才能够实现液压控制阀1正常工作，同时，还需保证该定压腔具有良好的密封性能。因此，本实施例中设置开启阀腔123和关闭阀腔124的方式结构简单，且液压控制阀1启动的灵敏度较高，同时，对阀体12密封性能的要求降低。

进一步地，如图3所示，阀芯13一侧的表面连接有沿第二方向分布的第一滑块133和第二滑块134，其中，第一滑块133与对应的阀体12内壁围成开启阀腔123，第二滑块134与对应的阀体12内壁围成上述关闭阀腔124。当开启阀腔123通入液压介质时，第一滑块133带动阀芯13滑动，开启主通道113；当关闭阀腔124通入液压介质时，第二滑块134带动阀芯13滑动，关闭主通道113。

需要说明的是，当第一滑块133带动阀芯13滑动时，也带动第二滑块134滑动，因此，开启阀腔123与关闭阀腔124的体积均改变，对于关闭阀腔124来说，其体积改变必然导致压力变化，但是，该变化与开启阀腔123内液压力相比可忽略，因此，关闭阀腔124内气压的改变不会影响阀芯13的运动。

当然，阀芯13并非必须包括连接滑块，阀芯13也可连接有一个滑块，该滑块的两侧分别为开启阀腔和关闭阀腔，但是，阀芯13连接两个滑块的方式能够减小开启阀腔123和关闭阀腔124的体积，从而降低阀芯13运动的启动压力，即通入较少的液压介质即可实现阀芯13的往复运动，进而提高该液压控制阀1启动的灵敏度。

为了进一步减小两阀腔的体积，如图3所示，第一滑块133具有朝向开启阀腔123内部延伸的第一凸块，第一凸块、第一滑块133与对应的阀体12内壁围成上述开启阀腔123；同样地，第二滑块134具有朝向关闭阀腔124内部延伸的第二凸块，该第二凸块、第二滑块134与对应的阀体12内壁围成上述关闭阀腔124。因此，本实施例中的开启阀腔123和关闭阀腔124的体积更小，从而能够进一步提高该液压控制阀1启动的灵敏度。

以上各实施例中，该液压控制阀1还可包括控制装置，用于自动控制液压介质进入开启阀腔123，或者从开启阀腔123的出油口排出，或者进入关闭阀腔124，或者从关闭阀腔124的出油口排出，从而实现该液压控制阀1的自动控制。

如2和图3所示的液压控制阀工作过程如下：该液压控制阀1的初始状态为关闭状态，需要开启时，控制装置控制液压介质经第一进油口125进入开启阀腔123，一定压力后，第一滑块133带动阀芯13沿远离主通道113的方向滑动，从而开启主通道113，完全开启后，控制装置控制开启阀腔123的液压介质经第一出油口排出，阀芯13维持于开启状态；需要关闭时，控制装置控制液压介质经第二进油口126进入关闭阀腔124，一定压力后，第二滑块134带动阀芯13沿靠近主通道113的方向滑动，从而封堵主通道113，完全封堵后，控制装置控制关闭阀腔124内的液压介质经第二出油口排出，阀芯13维持于关闭状态。

以上各实施例中，如图3所示，阀芯13包括用于封堵主通道113的动作端132和连接有滑块的驱动端131，阀体12远离阀座11的一端具有沿第二方向延伸的容置腔127，当阀芯13沿远离主通道113的方向运动时，该容置腔127用于容置驱动端131；或者，阀体12沿第二方向的尺寸较大，具有足够的空间容纳驱动端131。

如图2和图3所示，该液压控制阀1包括上阀体121、下阀体122、上阀座111和下阀座112，其中，上阀体121与上阀座111可拆卸连接，下阀体122与下阀座112可拆卸连接，上阀座111与下阀座112可拆卸连接，从而将液压控制阀1的各部件连接为一体。上阀座111和下阀座112沿轴向的端部均设置有连接法兰115，用于与投球通道上的其它部件连接。同时，滑块和阀腔均设于上阀体121，下阀体122具有第一进油口125和第二进油口126，其中，第一进油口125与开启阀腔123通过下阀体122内的第一通道连通，第二进油口126与关闭阀腔124通过下阀体122内的第二通道连通。

同时，为了方便安装阀芯12和滑块，上阀体121为分体式结构，如图3所示，上阀体121由若干安装板连接形成，且各安装板连接处均设置有密封圈。

进一步地，图1所示的智能控制投球器中，投球通道设置有两个液压控制阀1，该液压控制阀1为以上任一实施例中所述的液压控制阀，且两液压控制阀1之间设置有能够导通或封堵投球通道的手动控制阀2，该手动控制阀2可为本领域常用的旋塞阀，工作人员可通过操作旋转端21控制该手动控制阀2开启或关闭，从而导通或封闭投球通道。

本实施例中，手动控制阀2的优先级高于两液压控制阀1，当两液压控制阀1发生故障无法正常工作时，工作人员可通过控制手动控制阀2实现投球，另外，还可通过关闭手动控制阀2关闭投球通道，从而能够进行两液压控制阀1的检修。

当然，上述智能控制投球器并非必须包括两个液压控制阀1，也可根据实际需要设置任意个数。

更进一步地，如图1所示，该智能控制投球器具有用于可溶球离开的出口，可溶球经该出口进入压裂管线。图1中，出口位于智能控制投球器底部，出口的上游设置有过球显示系统3，如图4所示，该过球显示系统3通过支架34设置于投球通道，包括传感器31和显示器33，二者之间通过数据线32相连，或者二者之间通过无线信号连接，以便显示通过出口的可溶球个数。

具体地，该传感器31可为超声波传感器，当可溶球通过过球显示系统3时，超声波传感器31检测到可溶球通过，在显示器33中显示波形差异，提示有可溶球通过，并记录通过的可溶球总数。

同时，图1所示的智能控制投球器的投球通道还设置有用于通入压裂顶替液的三通阀4。

进一步地，该智能控制投球器还具有可溶球的入口5，如图1所示的实施例中，该入口5设于智能控制投球器的上端，且为截面渐缩的锥形结构。

以上各实施例中，当该液压控制阀1用于图1所示的智能投球器时，阀座11具有泄压孔114，该泄压孔114与主通道113平行，并位于主通道113远离阀座11的一侧，即泄压孔114与阀座11位于主通道113的不同侧，且该泄压孔114与主通道113连通，当阀芯13沿第二方向运动时，还能够封堵或导通泄压孔114。

由于泄压孔114位于主通道113远离阀座11的一侧，因此，当主通道113处于开启状态时，泄压孔114也处于开启状态，但是，由于此时的液压控制阀1处于工作状态，泄压孔114不起作用。当主通道113处于关闭状态，即液压控制阀1处于关闭状态时，关闭阀腔124中继续通入液压介质，阀芯13朝向泄压孔114的方向滑动，从而封闭该泄压孔114，此时，该液压控制阀1处于完全关闭状态，即液压控制阀1处于关闭状态时，不仅主通道113关闭，泄压孔114也应关闭。

图1所示的智能控制投球器工作过程如下：通过三通阀4通入压裂顶替液，未开始投球时，两液压控制阀1为关闭状态，手动控制阀2为开启状态；开始投球时，开启上液压控制阀1，并将可溶球通过入口5投入，该可溶球进入两液压控制阀1之间的空间，关闭上液压控制阀1(此时，上液压控制阀1的泄压孔114为关闭状态)，开启下液压控制阀1，可溶球经过该下液压控制阀1继续向下运动，通过过球指示系统3，显示可溶球通过，并记录通过的个数；然后关闭下液压控制阀1(此时，下液压控制阀1的泄压孔114为关闭状态)，在两液压控制阀1中任一个的开启阀腔123中通入液压介质，从而开启泄压孔114，卸掉两液压控制阀1之间投球通道的压力，一次投球完成。

以上对本发明所提供的一种智能控制投球器及液压控制阀均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种智能控制投球器，包括若干用于开启或关闭可溶球投球通道的控制阀，所述控制阀包括阀座(11)和阀芯(13)，其特征在于，所述阀座(11)具有形成所述投球通道的主通道(113)，所述智能控制投球器还包括控制装置，所述阀芯(13)能够在所述控制装置的控制下动作，以封堵或开启所述主通道(113)。

2.根据权利要求1所述的智能控制投球器，其特征在于，所述控制阀还包括阀体(12)，所述阀体(12)具有阀腔，所述控制装置能够控制液压介质通入所述阀腔，以使所述阀芯(13)在所述阀腔内液压介质的驱动下沿垂直于所述主通道(113)轴线的方向往复运动，以封堵或开启所述主通道(113)，所述控制阀为液压控制阀(1)。

3.根据权利要求2所述的智能控制投球器，其特征在于，所述智能控制投球器的可溶球出口上游设置有过球显示系统(3)，所述过球显示系统(3)通过支架(34)设置于所述投球通道，包括传感器(31)和显示器(33)，二者之间电连接或无线信号连接。

4.根据权利要求2所述的智能控制投球器，其特征在于，所述投球通道设置有两个所述液压控制阀(1)，且二者之间设置有能够导通或封堵所述投球通道的手动控制阀(2)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的智能控制投球器，其特征在于，所述智能控制投球器的可溶球入口(5)为截面渐缩的锥形。

6.一种液压控制阀，包括阀座(11)、阀体(12)和阀芯(13)，所述阀座(11)具有主通道(113)，所述主通道(113)的轴向为第一方向，其特征在于，所述阀体(12)具有能够通入液压介质的阀腔，所述阀芯(13)能够在所述阀腔内液压介质的驱动下沿第二方向往复运动，以封堵或开启所述主通道(113)；

所述第一方向垂直于所述第二方向。

7.根据权利要求6所述的液压控制阀，其特征在于，所述阀芯(13)为垂直于所述第一方向的平板结构，且其一侧的表面连接有滑块，所述滑块与所述阀体(12)内壁围成所述阀腔；

所述滑块能够在所述阀体(12)内沿所述第二方向往复滑动，以带动所述阀芯(13)开启或封堵所述主通道(113)。

8.根据权利要求7所述的液压控制阀，其特征在于，所述滑块将所述阀腔分割为沿所述第二方向分布的两个分腔，靠近所述主通道(113)的所述分腔为开启阀腔(123)，远离所述主通道(113)的所述分腔为关闭阀腔(124)，所述开启阀腔(123)和所述关闭阀腔(124)均具有进油口和出油口；

液压介质通入所述开启阀腔(123)时，所述阀芯(13)开启所述主通道(113)，液压介质通入所述关闭阀腔(124)时，所述阀芯(13)封堵所述主通道(113)。

9.根据权利要求8所述的液压控制阀，其特征在于，所述阀芯(13)连接有沿所述第二方向分布的第一滑块(133)和第二滑块(134)，所述第一滑块(133)形成所述开启阀腔(123)的侧壁，所述第二滑块(134)形成所述关闭阀腔(124)的侧壁。

10.根据权利要求9所述的液压控制阀，其特征在于，所述第一滑块(133)具有朝向所述开启阀腔(123)内部延伸的第一凸块，所述第一凸块、所述第一滑块(133)与所述阀体(12)内壁围成所述开启阀腔(123)；

所述第二滑块(134)具有朝向所述关闭阀腔(124)内部延伸的第二凸块，所述第二凸块、所述第二滑块(134)与所述阀体(12)内壁围成所述关闭阀腔(124)。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的液压控制阀，其特征在于，还包括控制装置，能够控制液压介质进入所述开启阀腔(123)或所述关闭阀腔(124)，还能够控制液压介质排出所述开启阀腔(123)或所述关闭阀腔(124)。

12.根据权利要求7-9中任一项所述的液压控制阀，其特征在于，所述阀芯(13)包括用于封堵所述主通道(113)的动作端(132)和连接有所述滑块的驱动端(131)；

所述阀体(12)远离所述阀座(11)的一端具有容置腔(127)，所述阀芯(13)沿所述第二方向运动时，所述容置腔(127)用于容置所述驱动端(131)。

13.根据权利要求8或9所述的液压控制阀，其特征在于，所述阀座(11)具有用于所述主通道(113)泄压的泄压孔(114)，所述泄压孔(114)与所述主通道(113)平行，与所述阀腔位于所述主通道(113)的两侧；

所述液压控制阀(1)处于关闭状态时，所述主通道(113)与所述泄压孔(14)均关闭，所述开启阀腔(123)通入液压介质后，所述泄压孔(14)与所述主通道(113)依次开启。