CN110284848A - 一种页岩气分段压裂用井口捕球器及捕球方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种页岩气分段压裂用井口捕球器，包括第一管道、第二管道和垂向管道，第二管道在与垂向管道的连接处设有弹性过滤板，弹性过滤板上设有若干渗流网孔，第二管道的下表面还设有液体回收机构，垂向管道的内部设有自动储球机构，液体回收机构包括设置第二管道上的过滤漏网，过滤漏网连接有回收管道，回收管道的末端与弹性过滤板后侧的第二管道连接；捕球方法的实施步骤具体为在压裂气管内形成负压气流；压裂球和压裂浆沿着压裂气管上移到井口捕球器；压裂球和压裂浆在井口捕球器内分离收集；压裂球自动转移到储球空间内；本方案在井口捕球器上增加可自动翻转的叶片，可翻转将压裂球排出，保证井口捕球器的密封性。

Description

一种页岩气分段压裂用井口捕球器及捕球方法

技术领域

本发明实施例涉及页岩气开发技术领域，具体涉及一种页岩气分段压裂用井口捕球器及捕球方法。

背景技术

页岩气作为一种全新出现的清洁性能源，正逐渐成为全球能源开发的热点。与普通常规天然气相比，页岩气资源开发的潜力很有可能大于常规天然气，但是页岩气藏具有低饱和度、低渗透率等特征，气体阻力与常规天然气相比要大一些，所以一般情况下页岩气不能进行自产或者产量很低，其采收率很低，无法实现大规模地经济性开采。页岩气的气流阻力大，如果采用传统的开采方式，增加了页岩气储层的开发难度，因此页岩气储层都需要经过压裂改造才能实现经济性开采。

页岩气的开采方式主要是以水平井和分段压裂结合的技术，这种压裂开采方式能将地层中既存的裂缝与压裂施工过程中形成的裂缝联通起来进而形成庞大的裂缝网络，在很大程度上提高了页岩气的采收率和开发效率。

水平井分层压裂有很多种工艺技术，井口捕球器作为基本的压裂工具，为了提高井口工作的安全性，对井口捕球器的研究显得尤为重要。但是现在的井口捕球器还存在以下缺陷：

现有的井口捕球器在捕捉球体后，其捕球空间和储球空间需要人工调换，因此工作人员必须时刻观察压裂球的捕获情况，及时手动转换阀门开关机构，如果没有及时的转换阀门开关，压裂球受压将堵塞井口捕球器，引起巨大的安全隐患。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种页岩气分段压裂用井口捕球器及捕球方法，采用在井口捕球器上增加可自动翻转的叶片，可翻转将压裂球排出，保证井口捕球器的密封性，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式一方面提供如下技术方案：一种页岩气分段压裂用井口捕球器，包括与压裂气管固定连接的水平管道，以及设置在水平管道下端的垂向管道，所述垂向管道将水平管道划分为第一管道和第二管道，所述第一管道与压裂气管连接，所述第二管道在与垂向管道的连接处设有弹性过滤板，所述弹性过滤板上设有若干均匀分布的渗流网孔，所述第二管道的下表面在弹性过滤板与垂向管道管口之间还设有液体回收机构，所述液体回收机构用于二次收集压缩液，所述垂向管道的内部设有用于将垂向管道分为捕球空间和储球空间的自动储球机构；

所述自动储球机构包括设置在垂向管道内部的密封叶片，穿过所述密封叶片的中心轴设有转动连杆，所述转动连杆的两端安装在垂向管道的内壁上，所述密封叶片的一侧上方设有收放复位机构，所述密封叶片的另一侧下方设有挡位底板。

作为本发明的一种优选方案，所述液体回收机构包括设置在弹性过滤板与垂向管道的上管口之间的过滤漏网，所述过滤漏网连接有回收管道，所述回收管道的末端与弹性过滤板后侧的第二管道连接。

作为本发明的一种优选方案，所述弹性过滤板的安装位置设有弧形抛面，所述过滤漏网的高度略低于弹性过滤板下端的高度。

作为本发明的一种优选方案，所述收放复位机构包括固定安装在垂向管道内壁上的空腔板盒，以及安装在空腔板盒内部的转动杆轴，所述转动杆轴的两端设有线圈卷轴，所述转动杆轴的中间位置设有齿轮，所述转动杆轴的垂直方向上设有与齿轮相互啮合的移动齿条，所述移动齿条的末端连接有安装在空腔板盒内壁上的压缩弹簧。

作为本发明的一种优选方案，所述空腔板盒的下端设有出线孔，所述线圈卷轴的拉伸线穿过出线孔与密封叶片固定连接。

作为本发明的一种优选方案，所述挡位底板的上表面和密封叶片的下表面设有相互吸引的磁片。

作为本发明的一种优选方案，所述密封叶片上表面的形状为弧形面。

本发明的实施方式另一方面提供如下技术方案：一种页岩气分段压裂用井口捕球方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、打开井口捕球器的手控增压阀门，井口捕球器连接的动力泵工作，在压裂气管内形成负压气流；

步骤200、渐次增加动力泵的工作强度，直至压裂球和压裂浆沿着压裂气管上移到井口捕球器；

步骤300、压裂球和压裂浆在井口捕球器内分离收集；

步骤400、分割井口捕球器的储球空间与捕球空间，压裂球自动转移到储球空间内。

作为本发明的一种优选方案，在步骤400中，当压裂球自动转移到储球空间后，储球空间与捕球空间自动分隔独立，储球空间和捕球空间分别形成密闭环境。

本发明的实施方式具有如下优点：

(1)本发明在井口捕球器上增加可自动翻转的叶片，可翻转将压裂球排出，保证井口捕球器的密封性，降低负压产生动力泵组的工作强度，并且及时将分裂球从井口捕球器排出收集，同时也可自动复位密封，不需要人工排出分裂球，操作方便，实现简单。

(2)本发明在取出水平井中的压裂球时，将分裂液和分裂球进行分离，并且对分裂液增加二次回收机构，防止分裂液的冗余，并且分裂球在斜坡引导和自身的重力下降集中收集，从而可靠地阻止了金属球堵塞捕球器，易于实现金属球的捕获。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1的收放复位机构侧剖结构示意图；

图3为本发明实施例2的捕球方法流程示意图。

图中：

1-垂向管道；2-第二管道；3-第二管道；4-弹性过滤板；5-渗流网孔；6-液体回收机构；7-自动储球机构；8-弧形抛面；9-磁片；

601-过滤漏网；602-回收管道；

701-密封叶片；702-转动连杆；703-收放复位机构；704-挡位底板；

7031-空腔板盒；7032-转动杆轴；7033-线圈卷轴；7034-齿轮； 7035-移动齿条；7036-压缩弹簧；7037-出线孔。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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1

如图1和图2所示，本发明提供了一种页岩气分段压裂用井口捕球器，本发明的主要特征在于两个方面：其一、由于井口捕球器主要依靠动力泵组，将水平井中的压裂球和压裂液同步吸出，本井口捕球器在取出水平井中的压裂球时，将分裂液和分裂球进行分离，分裂球由于自身的重力下降集中收集，从而可靠地阻止了金属球向井内的回落，易于实现金属球的捕获。

其二、为了保证井口捕球器的密封性，降低动力泵组的工作强度，并且及时将分裂球从井口捕球器排出收集，本实施方式在井口捕球器上增加可自动翻转的叶片，可翻转将压裂球排出，同时也可自动复位密封，不需要人工排出分裂球，操作方便，实现简单。

具体包括与压裂气管固定连接的水平管道，以及设置在水平管道下端的垂向管道1，所述垂向管道1将水平管道划分为第一管道2和第二管道 3，所述第一管道与压裂气管连接，所述第二管道3在与垂向管道1的连接处设有弹性过滤板4，所述弹性过滤板4上设有若干均匀分布的渗流网孔 5。

渗流网孔5的直径小于压裂球的直径，抽出的压裂球和压裂液经过第一管道2和第二管道3时，压裂液通过弹性过滤板4的渗流网孔5，沿着第二管道3继续传输，压裂球的密度比压裂球大，因此受到负压时，压裂球一直沿着第一管道2和第二管道3的下管壁移动，由于压裂球受到弹性过滤板4的反向弹力，将降低压裂球的移动速度，压裂球受到自身重力落入垂向管道1内收集。

由于压裂液在输送过程中，也会受到弹性过滤板4的阻挡力，因此在第二管道3的下管壁上会存在压裂液的冗余，为了解决这个问题，本发明在第二管道3的下表面在弹性过滤板4与垂向管道1管口之间还设有液体回收机构6，液体回收机构6用于二次收集压缩液。

液体回收机构6包括设置在弹性过滤板4与垂向管道1的上管口之间的过滤漏网601，所述过滤漏网601连接有回收管道602，所述回收管道602 的末端与弹性过滤板4后侧的第二管道3连接。

当压裂液穿过弹性过滤板4的渗流网孔5时，由于弹性过滤板4自身会对压裂液起到一定的阻碍作用，因此在压裂液穿过弹性过滤板4时，会在第二管道3的下管壁上残留压裂液，本实施方式为了确保防止压裂球残留，对捕球器本身造成污染，因此增设液体回收机构6，将残留的压裂液继续收集。

具体的收集方式为：由于弹性过滤板4的安装位置设有弧形抛面8，所述过滤漏网601的高度略低于弹性过滤板4下端的高度，残留的压裂液沿着弧形抛面8下移到过滤漏网601，从回收管道602重新传输到第二管道 3内，实现对压裂液的完全抽离。

本实施方式的弹性过滤板4与过滤漏网601通过弧形抛面8连接，因此当压裂液未能及时穿过弹性过滤板4，残余的压裂液将沿着弧形抛面8下移至过滤漏网601内，因此通过弧形抛面8的设置，可实现导流的作用，同时也能对压裂球进行滚动引导，方便对残余的压裂液和压裂球进行收集。

垂向管道1的内部设有用于将垂向管道1分为捕球空间和储球空间的自动储球机构7。自动储球机构7包括设置在垂向管道1内部的密封叶片 701，穿过所述密封叶片701的中心轴设有转动连杆702，所述转动连杆702 的两端安装在垂向管道1的内壁上，所述密封叶片701的一侧上方设有收放复位机构703，所述密封叶片701的另一侧下方设有挡位底板704。

自动储球机构7在本实施方式中，相当于在井口捕球器上增加捕球空间和储球空间的分离装置，现有的井口捕球器在捕捉球体后，其捕球空间和储球空间需要人工调换，因此工作人员必须时刻观察压裂球的捕获情况，及时手动转换阀门开关机构，防止压裂球倒流，影响正常的捕球操作。

基于上述，本实施方式特设置一种可自动转换捕球空间和储球空间的机构，当压裂球下落到垂向管道1的密封叶片701时，密封叶片701受到压裂球的重力作用，收放复位机构703控制密封叶片701打开，将压裂球释放到垂向管道1底部，然后密封叶片701在收放复位机构703的调节下，以及第一管道2和第二管道3的负压条件下自动复位，重新将垂向管道1密封隔离，进行下一步的捕球操作，将垂向管道1密封隔离，可减少动力泵组直接将压裂球再次从垂向管道1吸出，提高捕球器工作的稳定性和准确性。

综上，自动储球机构7实现自动转换捕球空间和储球空间的主要结构在于收放复位机构703。

收放复位机构703包括固定安装在垂向管道1内壁上的空腔板盒 7031，以及安装在空腔板盒7031内部的转动杆轴7032，所述转动杆轴7032 的两端设有线圈卷轴7033，所述转动杆轴7032的中间位置设有齿轮7034，所述转动杆轴7032的垂直方向上设有与齿轮7034相互啮合的移动齿条 7035，所述移动齿条7035的末端连接有安装在空腔板盒7031内壁上的压缩弹簧7036。

空腔板盒7031的下端设有出线孔7037，所述线圈卷轴7033的拉伸线穿过出线孔7037与密封叶片701固定连接。

收放复位机构703的具体工作原理如下：当压裂球下移到密封叶片 701上表面时，由于密封叶片701的上表面从挡位底板704接触点到空腔板盒7031接触点的形状为弧形面，所以压裂球在密封叶片6的上表面从挡位底板704安装侧向空腔板盒7031安装侧滚动，密封叶片701受力绕转动连杆702旋转，拉动线圈卷轴7033的拉伸线下移，线圈卷轴7033同样受力旋转并释放线圈，从而转动杆轴7032也同步旋转，同时转动杆轴7032带动齿轮7034与移动齿条7035相互啮合，移动齿条7035将直线移动，压缩或者拉伸压缩弹簧7036，压缩弹簧7036变形产生反向弹力。

当密封叶片701旋转至一定角度，压裂球从密封叶片701的开口释放后，则压缩弹簧7036由于自身的反向弹力，将拉动移动齿条7035移位，因此本实施方式只要经过大量的实验，测试出符合要求的压缩弹簧7036，移动齿条7035通过与齿轮7034之间的啮合，再次反向带动转动杆轴7032 旋转，线圈卷轴7033拉动密封叶片701自动复位，密封叶片701重新将垂向管道1分为捕球空间和储球空间，因此无需人工调换捕球空间和储球空间，确保压裂球的稳定收集，防止压裂球倒流堵塞捕球器。

同时，由于密封叶片701将垂向管道1分为捕球空间和储球空间，因此捕球器产生负压条件时，可减少负压作用空间，降低捕球难度。

另外挡位底板704的上表面和密封叶片701的下表面设有相互吸引的磁片9，磁片9的磁性比较弱，不妨碍密封叶片701的受力转动，只是为了增加密封叶片701在合闭密封时的稳定性。

实施例2

如图3所示，为了进一步的说明同种类型的捕球器的工作方式，本发明另外提供一种页岩气分段压裂用井口捕球方法，包括如下步骤：

步骤100、打开井口捕球器的手控增压阀门，井口捕球器连接的动力泵工作，在压裂气管内形成负压气流；

步骤200、渐次增加动力泵的工作强度，直至压裂球和压裂浆沿着压裂气管上移到井口捕球器；

步骤300、压裂球和压裂浆在井口捕球器内分离收集；

步骤400、分割井口捕球器的储球空间与捕球空间，压裂球自动转移到储球空间内。

在步骤400中，当压裂球自动转移到储球空间后，储球空间与捕球空间自动分隔独立，储球空间和捕球空间分别形成密闭环境。

也就是说分裂球从井口捕球器排出收集时，通过可自动翻转的密封叶片，正向翻转将压裂球排出，同时也可反向翻转自动复位将捕球器密封，不需要人工排出分裂球，操作方便，实现简单。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种页岩气分段压裂用井口捕球器，其特征在于，包括与压裂气管固定连接的水平管道，以及设置在水平管道下端的垂向管道(1)，所述垂向管道(1)将水平管道划分为第一管道(2)和第二管道(3)，所述第一管道与压裂气管连接，所述第二管道(3)在与垂向管道(1)的连接处设有弹性过滤板(4)，所述弹性过滤板(4)上设有若干均匀分布的渗流网孔(5)，所述第二管道(3)的下表面在弹性过滤板(4)与垂向管道(1)管口之间还设有液体回收机构(6)，所述液体回收机构(6)用于二次收集压缩液，所述垂向管道(1)的内部设有用于将垂向管道(1)分为捕球空间和储球空间的自动储球机构(7)；

所述自动储球机构(7)包括设置在垂向管道(1)内部的密封叶片(701)，穿过所述密封叶片(701)的中心轴设有转动连杆(702)，所述转动连杆(702)的两端安装在垂向管道(1)的内壁上，所述密封叶片(701)的一侧上方设有收放复位机构(703)，所述密封叶片(701)的另一侧下方设有挡位底板(704)。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气分段压裂用井口捕球器，其特征在于：所述液体回收机构(6)包括设置在弹性过滤板(4)与垂向管道(1)的上管口之间的过滤漏网(601)，所述过滤漏网(601)连接有回收管道(602)，所述回收管道(602)的末端与弹性过滤板(4)后侧的第二管道(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种页岩气分段压裂用井口捕球器，其特征在于：所述弹性过滤板(4)的安装位置设有弧形抛面(8)，所述过滤漏网(601)的高度略低于弹性过滤板(4)下端的高度。

4.根据权利要求1所述的一种页岩气分段压裂用井口捕球器，其特征在于：所述收放复位机构(703)包括固定安装在垂向管道(1)内壁上的空腔板盒(7031)，以及安装在空腔板盒(7031)内部的转动杆轴(7032)，所述转动杆轴(7032)的两端设有线圈卷轴(7033)，所述转动杆轴(7032)的中间位置设有齿轮(7034)，所述转动杆轴(7032)的垂直方向上设有与齿轮(7034)相互啮合的移动齿条(7035)，所述移动齿条(7035)的末端连接有安装在空腔板盒(7031)内壁上的压缩弹簧(7036)。

5.根据权利要求4所述的一种页岩气分段压裂用井口捕球器，其特征在于：所述空腔板盒(7031)的下端设有出线孔(7037)，所述线圈卷轴(7033)的拉伸线穿过出线孔(7037)与密封叶片(701)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种页岩气分段压裂用井口捕球器，其特征在于：所述挡位底板(704)的上表面和密封叶片(701)的下表面设有相互吸引的磁片(9)。

7.根据权利要求1所述的一种页岩气分段压裂用井口捕球器，其特征在于：所述密封叶片(701)上表面的形状为弧形面。

8.一种页岩气分段压裂用井口捕球方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、打开井口捕球器的手控增压阀门，井口捕球器连接的动力泵工作，在压裂气管内形成负压气流；

步骤200、渐次增加动力泵的工作强度，直至压裂球和压裂浆沿着压裂气管上移到井口捕球器；

步骤300、压裂球和压裂浆在井口捕球器内分离收集；

步骤400、分割井口捕球器的储球空间与捕球空间，压裂球自动转移到储球空间内。

9.根据权利要求8所述的一种页岩气分段压裂用井口捕球方法，其特征在于，在步骤400中，当压裂球自动转移到储球空间后，储球空间与捕球空间自动分隔独立，储球空间和捕球空间分别形成密闭环境。