CN110656916B - 一种多级压裂自动投球器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级压裂自动投球器，包括压裂液通道及入球轨道；所述压裂液通道内具有携球组件及压裂球夹持件；所述入球轨道，用于盛装若干压裂球；所述压裂球夹持件，在所述入球轨道的末端，用于盛装一个所述压裂球；所述携球组件，在所述压裂液通道内往复滑动，用于感应所述压裂液通道内压力持续增大后将所述压裂球夹持件中的所述压裂球取出，感应所述压裂液通道内压力持续减小后将所述压裂球投入所压开地层并复位；解决了现有投球装置连续投球需要泄压等问题。
Description
技术领域
本发明涉及油田压裂用投球装置。
背景技术
目前，现有技术中对于碳酸盐岩的压裂施工，我国现有的投球装置存在如下缺陷：第一，投球装置所投压裂球数目有限，在进行大规模压裂时有局限；第二，在每次投球完毕之后都需要人工进行泄压，不但增加了压裂时间，而且在泄压时还存在一定的安全隐患；第三：碳酸盐岩大型缝洞储层的压裂，地层条件复杂，常规的压裂用投球器都是提前设计好压裂规模、加砂量、加压裂液和酸液的量然后逐级投球压裂的，而以上压裂方案对于碳酸盐岩储层的压裂都是基于测井技术实现对缝洞结构和位置的探测，然而目前的探测精度还达不到那种程度，实际油藏结构相当复杂，溶洞和裂缝位置无法精确判断，因此对于这种难以准确判断缝洞位置的油藏不能合理的设计其泵注程序。因此，如何改善投球装置的结构，从而改善碳酸盐岩储层水平井多级压裂施工效果，已经成为压裂作业中一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种本发明提出了一种多级压裂自动投球器，该自动投球装置投球数目多，在连续投球的间隙，不需泄压，减少了压裂时间，增加了压裂的安全性，同时，针对碳酸盐岩大型缝洞储层的压裂无需设计相应的泵注程序，只需要知道溶洞和裂缝的大概位置就可以实现多级压裂。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种多级压裂自动投球器，其特征在于，包括：
压裂液通道及入球轨道；
所述压裂液通道内具有携球组件及压裂球夹持件；
所述入球轨道，用于盛装若干压裂球；
所述压裂球夹持件，在所述入球轨道的末端，用于盛装一个所述压裂球；
所述携球组件，在所述压裂液通道内往复滑动，用于感应所述压裂液通道内压力持续增大后将所述压裂球夹持件中的所述压裂球取出，感应所述压裂液通道内压力持续减小后将所述压裂球投入所压开地层并复位；
所述入球轨道中的所述压裂球，依靠重力顺次进入所述压裂球夹持件中。
优选地，所述携球组件，包括：
活塞体；
所述活塞体上具有穿过其径向的通孔；
所述活塞体上通过弹性件连接伸缩块；
所述活塞体与所述伸缩块的组合体与所述压裂液通道滑动配合；
所述伸缩块，用于将所述压裂球夹持件中的所述压裂球取出；取出的所述压裂球，落入所述通孔中。
优选地，所述压裂球夹持件，其上端具有所述压裂球入口，下端具有所述压裂球承托结构，并具有所述伸缩块的进出通道；
所述伸缩块途经所述进出通道，将所述压裂球从所述压裂球夹持件中推出。
优选地，所述压裂球夹持件的所述压裂球入口为方形，方形的所述压裂球入口的四角分别设置夹持爪，这四个夹持爪的下端向内弯曲，共同形成所述压裂球承托结构；相邻两个所述夹持爪之间的缝隙构成所述伸缩块的进出通道。
优选地，所述压裂球承托结构，具有中心凹陷；
所述中心凹陷，用于避免所述压裂球从所述压裂球夹持件中自动滚出。
优选地，所述压裂液通道，由管体围成；
所述管体上设置安全阀，所述安全阀用于开关所述压裂液通道；
所述管体上具有进球口和落球口；
所述进球口与所述压裂球入口连通；
所述管体上还具有弹出腔；
所述弹出腔，用作所述伸缩块弹出后的运行轨道，其内固定所述压裂球夹持件；
所述伸缩块弹出后沿所述运行轨道移动，穿过所述压裂球夹持件，将所述压裂球夹持件内的所述压裂球推出后落入所述通孔中；
所述通孔与所述落球口对应，所述压裂球从所述落球口投入所压开地层。
优选地，所述入球轨道，由固定在所述管体上的柱体提供；
所述柱体，内部设置入球轨道，所述入球轨道的末端连通所述管体上的所述进球口。
优选地，所述入球轨道为倒人字形。
优选地，所述柱体外部罩有上盖；
所述上盖下部配合连接底座；
所述上盖设置装球口，所述装球口与所述入球轨道相通。
优选地，所述压裂液通道的出口端连接远程液压控制泵；
所述远程液压控制泵，在常规压裂时，用于提供携球组件往复运动动力。
本发明具有如下有益效果：
1、本申请投球器无需工人操作，仅在施工前安置在井口，安装在压裂管柱之中，接入压裂液即可。施工过程是连续的，不需要泄压重新装球，降低了操作的复杂程度，减少了泄压操作过程中带来的风险。
2、该投球器应用在碳酸盐岩储层，无需设计相应的泵注程序，只是需要知道溶洞和裂缝的大概位置，然后通过观察其泵注压力的变化，具体则是如果泵注压力急剧下降说明已经连通了溶洞或者裂缝结构，此时装置投球筋行下一步的压裂，如此实现多级压裂。
3、同目前对于碳酸盐岩储层的常规压裂所用的投球装置相比，该装置整体尺寸较小，安装简单，可与原压裂管柱直接相连，不会对普通的压裂管柱系统结构产生太大影响，而且对所安置的空间与负荷要求较小，仅利用压裂液本身的压力与弹簧弹力的关系来控制携球装置的往复运动，可控性好。
4、装置可解决钻井施工打入大溶洞而无法施工的问题，降低了钻井打入靶点的难度。可钻井至大型溶洞的上方，进行多段压裂沟通大型溶洞，进而提高油井产量，提高采收率。
5、自动控制与手动控制的切换增加了装置的可选择性与可靠性。经过前期资料的整理与判断，想要对指定的水平井段进行压裂施工时，可经过远端控制手动进行连续的投球或装球时装入与指定段相匹配尺寸的压裂球以完成对指定水平井段的压裂。当携球组件发生故障时可利用远端控制进行投球。
附图说明
通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的多级压裂自动投球器的主视图。
图2是图1的A-A剖面图。
图3是活塞体3与其所连接的伸缩块13的俯视图。
图4是图3的B-B剖面图。
图5是活塞体3与其所连接的伸缩块13的主视图。
图6是活塞体3与其所连接的伸缩块13的左视图。
图7是压裂球夹持件14的结构示意图。
图8是压裂球夹持件14的俯视图。
图9是压裂球夹持件14的主视图。
图10是压裂球夹持件14的左视图。
图11是管体16的结构示意图。
图12是管体16的等轴斜测图。
图13是管体16的主视图。
图14是管体16的左视图。
图15是管体16的俯视图。
图16是底座17的等轴斜测图。
图17是上盖18的等轴斜测图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
图1是本发明实施例的多级压裂自动投球器的主视图。图2是图1的A-A剖面图。由图1结合图2所示：多级压裂自动投球器，包括投球器主体8和远程液压控制泵6。
为了实现装置的多功能化，既可作碳酸盐岩溶洞的自动投球压裂，也可以做常规压裂。在做碳酸盐岩溶洞的自动投球时，右侧的远程液压控制泵6处于关闭状态。在做常规压裂时，远程液压控制泵6为开启状态，整个装置的主动力为右端的远程液压控制泵6提供，负责携球组件的往复运动的控制。该装置用在常规压裂中，加压时，远程液压控制泵6会向右移动，带动携球组件向右移动，让压裂球进入中间孔洞等待投球，当到达预定的投球位置时，远程液压控制泵会向左移动，推动携球组件向左移动，使压裂球从落球口进入地层，对目的井段进行封堵。
远程液压控制泵6既可以人工手动操作，也可以利用电脑远程控制，这样就可以在其中一种操作发生故障时进行模式的切换，以保证压裂的正常进行，自动控制与手动控制的切换增加了装置的可选择性与可靠性。
投球器主体8，由上盖18、底座17、管体16组成，管体16的左侧安装有安全阀1。安全阀1下部的球形部分开有前后贯通的孔洞。当孔洞的中心轴线与管体16左侧内腔的中心轴线相重合时，安全阀1处于关闭状态，此时压裂液可以通过孔洞。当孔洞的中心轴线与管体16的中心轴线相垂直时，安全阀1处于开启状态，压裂液不能通过孔洞。
管体16内具有携球组件，携球组件在管体16内依靠外力作用往复滑动。该携球组件包括活塞体3和伸缩块13。
图3是活塞体3与其所连接的伸缩块13的俯视图。图4是图3的B-B剖面图。5是活塞体3与其所连接的伸缩块13的主视图。图6是活塞体3与其所连接的伸缩块13的左视图。
由图3-图6可以看出，活塞体3是一个圆柱体，在圆柱体上打开一个上下贯穿孔洞，即为中间孔洞10。中间孔洞的中心轴线与活塞体3的中心轴线相垂直。中间孔洞10将活塞体3分为左滑块9、右滑块4。左滑块9上用弹簧连接有可伸缩块13，右滑块4与管体16用弹簧5相连接。
在图2中，管体16内还具有压裂球夹持件14。
图7是压裂球夹持件的结构示意图。图8是压裂球夹持件的俯视图。图9是压裂球夹持件的主视图。图10是压裂球夹持件的左视图。
由图7-图10可以看出，压裂球夹持件14具有一个压裂球入口2，该压裂球入口2为方形，沿着该方形压裂球入口2周围具有四个夹持爪13，这四个夹持爪13的下端向内弯曲，共同形成一个凹陷部，压裂球7存储在该凹陷部位内，防止压裂球7在压裂球夹持件14内发生滚动。相邻两个夹持爪13之间的缝隙满足伸缩块13穿过。
图11是管体16的结构示意图。图12是管体16的等轴斜测图。图13是管体16的主视图。图14是管体16的左视图。图15是管体16的俯视图。
由图11-图15所示：管体16上设置一个小凸台20、一个大凸台21。压裂球夹持件14整体固定在大凸台21下面的腔室内，在大凸台21的外面罩上一个柱体19，柱体19内加工入球轨道，入球轨道的出口直通压裂球入口2。入球轨道内最多放入球数为20，可进行大规模的分段压裂。
图16是底座17的等轴斜测图。图17是上盖18的等轴斜测图。
由图2结合图16、图17所示：在管体16右侧的外部有上盖18和底座17。在上盖18上开有装球口11，管体16的凹槽与外箱体底座17相连，并在其上开有落球口12。柱体19内的入球轨道的入口与装球口11相通。
所述投球器主体8的右侧用螺纹连接有远程液压控制泵6，所述远程液压控制泵6与携球组件的中心轴线相重合。
具体地，下面具体说明本发明多级压裂自动投球器的工作过程：
在开始压裂施工前，根据地层数据计算投球数量，之后将自动投球器的落球口15与井口装置进行螺纹相连，管体16的左侧利用螺纹连接接入压裂管柱，右端与远程液压控制泵6连接。
开始压裂施工时，泵车将混和好的压裂液泵入管柱中，从装球口11装入一定数量的压裂球7，装球完成后将装球口11关闭。第一个压裂球会依靠重力掉入压裂球夹持件14中被储存起来，其他压裂球则会储存在入球轨道中。打开安全阀1，即可以有压裂液通过携球组件。当不断向地层中注入压裂液的过程中，压裂液会在地层中憋压，井口的施工压力随之上升，在压力不断上升的过程中，携球组件左侧在持续增大的压裂液的液体推力作用下不断向右移动。当携球组件向右移动到管体16的小凸台处时，原本在管体16左侧处于压缩状态的伸缩块13会弹出，占据小凸台下方的空间。伸缩块与携球组件共同向右移动，伸缩块13移动到压裂球夹持件14处时，伸缩块13会从压裂球夹持件14的相邻两夹持爪15的缝隙中穿入并将压裂球夹持件14内储存的压裂球7推入到携球组件的中间孔洞10内，然后压裂球7就会随携球组件一起向右移动。随着压力继续升高，携球组件会持续右移直到到达最右端的极限位置。
当人工裂缝与天然裂缝或大溶洞连通时，井口压力会迅速下降到预测值，压裂液作用在携球组件左侧的推力也会迅速下降，此时右侧弹簧5弹力起到主导作用，推动携球组件向左移动，当中间孔洞10移动到落球口12位置时，压裂球7会从落球口12掉入地层，来封堵所压开层段。
封堵完压开层段后，随着压裂液的继续注入，下一个压裂球7会依靠重力从入球轨道掉入到压裂球夹持件14中，重复上述操作，即实现碳酸盐岩地层的多段压裂的自动投球。安全阀1主要在当压裂完成后，准备停止泵入压裂液时，先将安全阀置于开启状态时，新注入的压裂液不能再进入管体的内腔中，以防止下面的压裂液返排回地面。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种多级压裂自动投球器，其特征在于，包括：
压裂液通道及入球轨道；
所述压裂液通道内具有携球组件及压裂球夹持件；
所述入球轨道，用于盛装若干压裂球；
所述压裂球夹持件，在所述入球轨道的末端，用于盛装一个所述压裂球；
所述携球组件，在所述压裂液通道内往复滑动，用于感应所述压裂液通道内压力持续增大后将所述压裂球夹持件中的所述压裂球取出，感应所述压裂液通道内压力持续减小后将所述压裂球投入所压开地层并复位；
所述入球轨道中的所述压裂球，依靠重力顺次进入所述压裂球夹持件中。
2.根据权利要求1所述的一种多级压裂自动投球器，其特征在于，所述携球组件，包括：
活塞体；
所述活塞体上具有穿过其径向的通孔；
所述活塞体上通过弹性件连接伸缩块；
所述活塞体与所述伸缩块的组合体与所述压裂液通道滑动配合；
所述伸缩块，用于将所述压裂球夹持件中的所述压裂球取出；
取出的所述压裂球，落入所述通孔中。
3.根据权利要求2所述的一种多级压裂自动投球器，其特征在于：
所述压裂球夹持件，其上端具有压裂球入口，下端具有压裂球承托结构，并具有所述伸缩块的进出通道；
所述伸缩块途经所述进出通道，将所述压裂球从所述压裂球夹持件中推出。
4.根据权利要求3所述的一种多级压裂自动投球器，其特征在于：
所述压裂球夹持件的所述压裂球入口为方形，方形的所述压裂球入口的四角分别设置夹持爪，这四个夹持爪的下端向内弯曲，共同形成所述压裂球承托结构；相邻两个所述夹持爪之间的缝隙构成所述伸缩块的进出通道。
5.根据权利要求3所述的一种多级压裂自动投球器，其特征在于：
所述压裂球承托结构，具有中心凹陷；
所述中心凹陷，用于避免所述压裂球从所述压裂球夹持件中自动滚出。
6.根据权利要求3所述的一种多级压裂自动投球器，其特征在于：
所述压裂液通道，由管体围成；
所述管体上设置安全阀，所述安全阀用于开关所述压裂液通道；
所述管体上具有进球口和落球口；
所述进球口与所述压裂球入口连通；
所述管体上还具有弹出腔；
所述弹出腔，用作所述伸缩块弹出后的运行轨道，其内固定所述压裂球夹持件；
所述伸缩块弹出后沿所述运行轨道移动，穿过所述压裂球夹持件，将所述压裂球夹持件内的所述压裂球推出后落入所述通孔中；
所述通孔与所述落球口对应，所述压裂球从所述落球口投入所压开地层。
7.根据权利要求6所述的一种多级压裂自动投球器，其特征在于：
所述入球轨道，由固定在所述管体上的柱体提供；
所述柱体，内部设置入球轨道，所述入球轨道的末端连通所述管体上的所述进球口。
8.根据权利要求7所述的一种多级压裂自动投球器，其特征在于：
所述入球轨道为倒人字形。
9.根据权利要求8所述的一种多级压裂自动投球器，其特征在于：
所述柱体外部罩有上盖；
所述上盖下部配合连接底座；
所述上盖设置装球口，所述装球口与所述入球轨道相通。
10.根据权利要求1-9中任一所述的一种多级压裂自动投球器，其特征在于：
所述压裂液通道的一端连接远程液压控制泵；
所述远程液压控制泵，在常规压裂时，用于提供所述携球组件往复动力。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Cao Guangsheng Inventor after: Bai Yujie Inventor after: Yang Tingyuan Inventor after: Bao Chunlei Inventor after: Wang Zhe Inventor after: Zhang Haixiang Inventor before: Cao Guangsheng Inventor before: Bai Yujie Inventor before: Wang Tingyuan Inventor before: Bao Chunlei Inventor before: Wang Zhe Inventor before: Zhang Haixiang |