CN112324417A - 一种弹夹式连续投球器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弹夹式连续投球器，包括下盖、具有水平容置空间的主体、侧门、两个柱塞、活塞和两个容球管；主体的下端设有与水平容置空间连通的竖向通道，竖向通道的出口设有下盖；主体的侧面设有与竖向通道连通的侧孔；压裂球存储于两个容球管内；两个容球管下端与水平容置空间连通，两个柱塞分别连接于活塞的两端，两个柱塞在液控系统驱动下作进行直线运动，推动活塞左右移动，压裂球在重力作用下进入活塞的通孔中，再进入竖向通道并从侧孔投掷出去。本发明投球器结构简单、体积小巧，不占用井口压力控制装置主管柱接口，解决了安装问题；并通过外接液控系统，可实现连续投球、远程操作的功能。

Description

一种弹夹式连续投球器

技术领域

本发明涉及页岩气排采领域的井下压裂装备，具体地，涉及一种弹夹式连续投球器。

背景技术

页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，伴随着美国页岩气产量的大幅增长，使其实现了能源独立，甚至实现了能源外销，使页岩气在全球得到广泛关注。勘探和开采页岩气技术的革新大大推动了美国页岩气产量的提升，美国丰富的储量及其经济可行度也加快了页岩气的商业化步伐。同时，出于应对气候变化和降低碳排放的考虑，大力开发页岩气可以降低对于高碳排放的煤和石油的高度依赖。因此页岩气的开发，对于我国的经济发展、环境保护具有深远的意义。

我国作为页岩气储量大国，已建成涪陵页岩气田、威远页岩气田、威荣页岩气田、长宁页岩气田、泸州页岩气田、川南页岩气田等多个高产页岩气田。

页岩气赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态，为增加产能，美国85％以上的页岩气田的开发需要使用水平井和分段压裂技术，这一项技术在我国也得到了了长足的发展，目前我国的分段压力技术和设备国产化已取的优异的成绩。但部分设备的性能和操作方式还有待改进。

分段压裂作业时使用的全通径桥塞需要和压裂球配合才能实现分段封堵井筒的目的，简单理解全通径桥塞就像是单向阀的阀座，压裂球就像单向阀的球。

分段压裂作业时，通常采用电缆作业或连续油管作业两种方式之一或交叉作业，早期的投球作业，都是需要将井口的压力控制设备的某个连接端口拆开，人工投球，然后再重新连接该端口。这种作业方式存在如下问题：

1、每次投球都需要拆、装一次高压连接单元，如法兰、由壬等；

2、人工投球需要人员攀登到井口的操作平台，操作人员处于高空作业危险环境；无法实现远程操作。

经检索发现，申请号为201620172761X的中国专利，其公开了一种水平井分层压裂自动投球器，解决了远程操作，连续投球的目的。但必须将井口的其他设备拆除，将投球器安装到井口，才可以实现如上功能，而且存在设备体积大、结构复杂、压裂球容纳数量有限。

申请号为2013206951001的中国专利，公开了一种平衡式机械投球器，但该专利没有解决远程操作，仅解决了连续投球。而且也必须将井口的其他设备拆除，将投球器安装到井口，才可以实现连续投球的目的，压裂球容纳数量有限。

申请号为2013104736170的中国专利，公开了一种全系列大容量自动装球数字控制分段压裂投球器，实现了类似加工中心自动换刀刀架的作业，实现了大容量、连续投球、远程操作、自动选球(可投放任意尺寸压裂球)的目的。但这种集成“自动选球系统”的高压承压设备，除了承压设备外，还集成了交流数字伺服电动机、编程控制器及位置传感器、链条传动系统等。如果将该系统中使用的电子设备用于四川、重庆、云南等地区的野外施工现场，空气潮湿，不利于高精度电子设备的稳定运行设备稳定运行，为追求良好的防爆和防护要求，避免会极大的增加生产成本。而如上所追求的任意选球功能是没有必要的，因为投球作业的顺序绝大多数都是由小到大的顺序依次投球。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种弹夹式连续投球器，实现了成本低廉、连续投球、远程作业同时不占用主井口。

为解决上述难题，本发明提供一种弹夹式连续投球器，包括：

主体，所述主体具有两端为敞口式的水平容置空间，所述水平容置空间两端分别设有第一侧门、第二侧门，使所述水平容置空间的敞口端封闭；所述主体的上端设有与所述水平容置空间连通的第一进口、第二进口；所述主体的下端设有与所述水平容置空间连通的竖向通道，所述竖向通道的出口设有下盖；所述主体的侧面设有与所述竖向通道连通的侧孔；

分别与所述第一进口、所述第二进口连接的第一容球管、第二容球管，所述第一容球管、所述第二容球管设有用于容置压裂球的柱状空间；所述柱状空间竖向设置于所述水平容置空间的上方，并与所述水平容置空间呈直角布置，所述压裂球在重力作用下能进入所述水平容置空间内；

设置于所述水平容置空间内的第一柱塞、第二柱塞，所述第一柱塞、所述第二柱塞沿所述水平容置空间的轴向布置，所述第一柱塞、所述第二柱塞的一端分别与所述第一侧门、所述第二侧门连接；所述第一柱塞、所述第二柱塞与外部的液控系统连接；

设置于所述水平容置空间内的活塞，所述活塞的一端设有用于插入所述第一柱塞的第一承插槽，所述活塞的另一端设有用于插入所述第二柱塞的第二承插槽；所述活塞在所述液控系统驱动下实现左右移动；所述活塞设有能容纳所述压裂球的通孔；通过所述活塞左右移动，使所述通孔移动至所述第一进口或所述第二进口的下方，所述压裂球从所述第一进口或所述第二进口进入所述通孔，通过所述活塞移动使所述通孔移动至所述竖向通道的上方，所述压裂球在重力作用下进入所述竖向通道并从所述侧孔投掷出去。

优选地，所述侧孔与水平方向呈锐角布置，且所述侧孔的出口位于进口的下方。

优选地，所述下盖的上端设有一斜面，所述斜面与所述侧孔的圆滑连接。

优选地，所述下盖与所述主体通过第一内六角螺钉连接。

优选地，所述活塞的上端面设有用于容纳待投掷的压裂球的凹槽。

优选地，所述第一容球管、所述第二容球管的柱状空间的两端为敞口式，其中一端设有用于连接所述第一进口、所述第二进口的螺纹，另一端设有由壬和封堵，所述由壬套于所述柱状空间的外壁上，所述封堵插接于所述柱状空间的端部使该端封闭。

优选地，所述第一侧门、所述第二侧门分别与所述第一柱塞、所述第二柱塞为一体成型；所述第一侧门、所述第二侧门为带有插接端的圆盘形构件，所述插接端与所述主体的水平容置空间插接；所述第一柱塞、所述第二柱塞设有腔体；所述圆盘形构件设有与所述腔体连通的液控接口，通过所述液控接口连接外部的液控系统，从而驱动所述活塞进行直线运动。

优选地，所述第一柱塞、所述第二柱塞的末端沿轴向设有用于安装第一密封圈的第一环向沟槽和用于安装第二密封圈的第二环向沟槽，其中，所述第一密封圈位于所述第二密封圈的外侧，所述第一密封圈用于密封液控压力，所述第二密封圈用于密封井口压力。

优选地，所述第一柱塞、所述第二柱塞沿轴向设有轴向孔；

所述第一柱塞、所述第二柱塞末端沿径向设有与所述轴向孔连通的径向孔，且所述径向孔位于所述第一密封圈、所述第二密封圈之间。

优选地，所述圆盘形构件设有用于与所述主体通过第二内六角螺钉连接的螺栓孔。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：

本发明上述投球器，采用双容球管的设计，在保持尺寸小巧的基础上，增大了压裂球容量，而且容球管可以根据具体要求，适当调整，而不影响其他零部件，使其具备很高的适应能力；以及通过液控操作的引入，可以实现连续投球、远程操作的功能，而且由于液控系统广泛的用于作业现场，便于使用井场通用的集成式液压站。

本发明上述投球器，投球器具有结构简单、体积小巧的特点，使其具备不占用井口压力控制装置主管柱接口成为一种可能，极大地解决了安装的问题，制造成本低廉。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一优选实施例的弹夹式连续投球器的剖视图；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是本发明一优选实施例的弹夹式连续投球器的侧视图；

图4是本发明一优选实施例的弹夹式连续投球器的另一角度的侧视图；

图5是本发明一优选实施例的弹夹式连续投球器的柱塞与侧门连接剖视图；

图6是本发明一优选实施例的弹夹式连续投球器的柱塞与侧门连接结构示意图；

图7是本发明一优选实施例的弹夹式连续投球器与防喷器连接示意图；

图中标记分别表示为：下盖1、主体2、第一侧门3、活塞4、第一容球管5a、第二容球管5b、压裂球6、由壬7、封堵8、斜面11、第一内六角螺钉12、第一密封部件13、侧孔22、第二内六角螺钉23、液控接口31、第四密封部件32、第三内六角螺钉33、轴向孔34、第二密封圈35、径向孔36、第一密封圈37、第一柱塞38、螺栓孔39、凹槽41、第一承插槽42a、第二承插槽42b、第三密封部件51、第二密封部件52、弹夹式连续投球器100、防喷器200。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。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和改进。这些都属于本发明的保护范围。以下实施例中未详细说明的部分均可以采用现有部件实现。

参照图1所示，为本发明一优选实施例的弹夹式连续投球器的剖视图，图中包括：主体2、第一容球管5a、第二容球管5b、第一柱塞38、第二柱塞和活塞4；

其中，主体2具有两端为敞口式的水平容置空间，水平容置空间两端分别设有第一侧门3、第二侧门，使水平容置空间的敞口端封闭；主体2的上端设有与水平容置空间连通的第一进口、第二进口；主体2的下端设有与水平容置空间连通的竖向通道，竖向通道的出口设有下盖1；主体2的侧面设有与竖向通道连通的侧孔22，侧孔22为投掷压裂球6的出口。

第一容球管5a具有用于容置压裂球6的柱状空间，第一容球管5a的一端与第一进口连接，第一容球管5a的柱状空间与主体2的水平容置空间连通。第二容球管5b具有用于容置压裂球6的柱状空间，第二容球管5b与第二进口连接，第二容球管5b的柱状空间与主体2的水平容置空间接通。第一容球管5a、第二容球管5b连接于主体2的上方，并位于水平容置空间的上方，与水平容置空间呈直角布置。第一容球管5a、第二容球管5b的柱状空间的直径与压裂球6的直径尺寸相匹配，使多个压裂球6沿竖向放置于第一容球管5a、第二容球管5b内。压裂球6在重力作用下能向下移动进入水平容置空间内。第一容球管5a、第二容球管5b可以根据容球量要求适当调整长度，而不影响零部件。通过合理的尺寸设计，上述投球器可不更换任何零件的情况下，适用于38mm至60mm不同尺寸规格的压裂球6。采用双容球管的设计，在保持尺寸小巧的基础上，增大了压裂球6容量，而且容球管可以根据具体要求，适当调整，而不影响其他零部件，使其具备很高的适应能力。

第一柱塞38、第二柱塞设置于水平容置空间内，第一柱塞38、第二柱塞沿水平容置空间的轴向布置，第一柱塞38、第二柱塞的一端分别与第一侧门3、第二侧门连接；第一柱塞38、第二柱塞与外部液控系统连接。

活塞4设置于水平容置空间内。活塞4的一端设有用于插接第一柱塞38的第一承插槽42a，活塞4的另一端设有用于插接第二柱塞的第二承插槽42b；活塞4在两侧液控系统的驱动下实现左右移动；活塞4设有能容纳压裂球6的通孔，该通孔沿竖向贯穿活塞4。通过活塞4左右移动，使通孔移动至第一进口或第二进口的下方，压裂球6从第一进口或第二进口进入通孔，通过活塞4移动使通孔移动至竖向通道的上方，压裂球6在重力作用下进入竖向通道并从侧孔22投掷出去。第一柱塞38、第二柱塞在外部的液控系统驱动下配合使用，可以实现活塞4左右移动，分别将左右两侧第一容球管5a、第二容球管5b内的压裂球6投掷到井内。

上述弹夹式连续投球器通过外接液控系统，可以实现连续投球、远程操作的功能，而且由于液控系统广泛的用于作业现场，便于使用井场通用的集成式液压站。

在其他部分优选实施例中，参照图2、图3所示，侧孔22与水平方向呈锐角布置，且侧孔22的出口位于进口的下方。参照图4所示，侧孔22可以通过第二内六角螺钉23与任意位置的井口装置的侧向连接，而不占用主井口通道，避免后期的拆装作业。

在其他部分优选实施例中，参照图2所示，下盖1的上端设有起导向作用的斜面11，斜面11与侧孔22的圆滑连接。压裂球6可以依靠自身的重力，在下盖1导向斜面11的作用下，进入侧孔22。作为一优选方式，下盖1为一截面呈倒T形部件，该倒T形部件的竖边插接入竖向通道的出口。在竖边与竖向通道的连接处设有第一密封部件13，使竖边的外壁与竖向通道的内壁紧密配合。下盖1与主体2通过第一内六角螺钉12连接。

在其他部分优选实施例中，参照图1所示，活塞4的上端面设有用于容纳待投掷的压裂球6的凹槽41。参照图1所示，当位于最下方的压裂球6进入到活塞4的通孔内，与该压裂球6相邻的压裂球6部分进入活塞4的凹槽41内。

在其他部分优选实施例中，参照图1所示，第一容球管5a、第二容球管5b的柱状空间的两端为敞口式，其中一端设有用于连接第一进口、第二进口的外螺纹。在柱状空间与第一进口、第二进口的连接处设有第二密封部件52，使柱状空间的外壁与第一进口、第二进口的内壁紧密配合。在第一进口、第二进口的内壁上设有与外螺纹相匹配的内螺纹。柱状空间的另一端设有由壬7和封堵8，由壬7套于柱状空间的外壁上，封堵8插接于柱状空间的端部使该端封闭。且在封堵8与柱状空间连接处设有第三密封部件51，使封堵8与柱状空间紧密配合。

在其他部分优选实施例中，第一侧门3与第一柱塞38为一体成型。第二侧门与第二柱塞为一体成型。第一侧门3、第二侧门为带有插接端的圆盘形构件，该插接端与第一柱塞38、第二柱塞的一端连接。插接端插入主体2的水平容置空间。在插接端与水平容置空间的连接位置设有第四密封部件32，使插接端的外壁与主体2的水平容置空间内壁紧密配合。第一柱塞38、第二柱塞设有腔体；圆盘形构件设有与腔体连通的液控接口31，通过液控接口31连接外部的液控系统，推动活塞4进行往复直线运动。

在其他部分优选实施例中，第一柱塞38与第二柱塞的结构相同。参照图5所示，以第一柱塞38为例，第一柱塞38的末端沿轴向设有用于安装第一密封圈37的第一环向沟槽和用于安装第二密封圈35的第二环向沟槽，其中，第一密封圈37位于第二密封圈35的外侧(即靠近第一柱塞38、第二柱塞的末端)，第一密封圈37用于密封液控压力，第二密封圈35用于密封井口压力。

在其他部分优选实施例中，第一柱塞38与第二柱塞的结构相同。参照图5所示，以第一柱塞38为例，第一柱塞38沿轴向设有轴向孔34；第一柱塞38末端沿径向设有与轴向孔34连通的径向孔36，且径向孔36位于第一密封圈37、第二密封圈35之间。当第一密封圈37或第二密封圈35发生泄漏，可以通过轴向孔34在外侧直接目视观察到。

在其他部分优选实施例中，参照图6所示，在圆盘形构件上沿周向均匀分布有多个用于穿过第三内六角螺钉33的螺栓孔39。第一侧门3、第二侧门与主体2通过第三内六角螺钉33固定。

参照图7所示，在一应用例中，将上述弹夹式连续投球器100安装到井口电缆防喷器200的侧面。在绝大多数情况下，井口在完成压裂作业前，不会将防喷器200拆除，所以将弹夹式连续投球器100也可以作为防喷器200的一个重要组件，可以在出厂状态下，就安装在防喷器200侧面，防喷器200的上下两端串联到井口压力控制设备的主管柱中。

申请文件中使用到各类部件如没有详细说，均可以采用标准件或常用技术，可以从市场上购买，各个零件的具体连接方式可以采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉和焊接等常规手段，机械、零件和电器设备均采用现有技术中的常规型号，电路连接采用现有技术中常规的连接方式，对于所属领域的技术人员都是很容易实现的，在此不再作出具体叙述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种弹夹式连续投球器，其特征在于，包括：

主体，所述主体具有两端为敞口式的水平容置空间，所述水平容置空间两端分别设有第一侧门、第二侧门，使所述水平容置空间的敞口端封闭；所述主体的上端设有与所述水平容置空间连通的第一进口、第二进口；所述主体的下端设有与所述水平容置空间连通的竖向通道，所述竖向通道的出口设有下盖；所述主体的侧面设有与所述竖向通道连通的侧孔；

分别与所述第一进口、所述第二进口连接的第一容球管、第二容球管，所述第一容球管、所述第二容球管设有用于容置压裂球的柱状空间；所述柱状空间竖向设置于所述水平容置空间的上方，并与所述水平容置空间呈直角布置，所述压裂球在重力作用下能进入所述水平容置空间内；

设置于所述水平容置空间内的第一柱塞、第二柱塞，所述第一柱塞、所述第二柱塞沿所述水平容置空间的轴向布置，所述第一柱塞、所述第二柱塞的一端分别与所述第一侧门、所述第二侧门连接；所述第一柱塞、所述第二柱塞与外部的液控系统连接；

设置于所述水平容置空间内的活塞，所述活塞的一端设有用于插入所述第一柱塞的第一承插槽，所述活塞的另一端设有用于插入所述第二柱塞的第二承插槽；所述活塞在所述液控系统驱动下实现左右移动；所述活塞设有能容纳所述压裂球的通孔；通过所述活塞左右移动，使所述通孔移动至所述第一进口或所述第二进口的下方，所述压裂球从所述第一进口或所述第二进口进入所述通孔，通过所述活塞移动使所述通孔移动至所述竖向通道的上方，所述压裂球在重力作用下进入所述竖向通道并从所述侧孔投掷出去。

2.根据权利要求1所述的弹夹式连续投球器，其特征在于，所述侧孔与水平方向呈锐角布置，且所述侧孔的出口位于进口的下方。

3.根据权利要求2所述的弹夹式连续投球器，其特征在于，所述下盖的上端设有一斜面，所述斜面与所述侧孔的圆滑连接。

4.根据权利要求3所述的弹夹式连续投球器，其特征在于，所述下盖与所述主体通过第一内六角螺钉连接。

5.根据权利要求1所述的弹夹式连续投球器，其特征在于，所述活塞的上端面设有用于容纳待投掷的压裂球的凹槽。

6.根据权利要求1所述的弹夹式连续投球器，其特征在于，所述第一容球管、所述第二容球管的柱状空间的两端为敞口式，其中一端设有用于连接所述第一进口、所述第二进口的螺纹，另一端设有由壬和封堵，所述由壬套于所述柱状空间的外壁上，所述封堵插接于所述柱状空间的端部使该端封闭。

7.根据权利要求1所述的弹夹式连续投球器，其特征在于，所述第一侧门、所述第二侧门分别与所述第一柱塞、所述第二柱塞为一体成型；所述第一侧门、所述第二侧门为带有插接端的圆盘形构件，所述插接端与所述主体的水平容置空间插接；所述第一柱塞、所述第二柱塞设有腔体；所述圆盘形构件设有与所述腔体连通的液控接口，通过所述液控接口连接外部的液控系统，从而驱动所述活塞进行直线运动。

8.根据权利要求7所述的弹夹式连续投球器，其特征在于，所述第一柱塞、所述第二柱塞的末端沿轴向设有用于安装第一密封圈的第一环向沟槽和用于安装第二密封圈的第二环向沟槽，其中，所述第一密封圈位于所述第二密封圈的外侧，所述第一密封圈用于密封液控压力，所述第二密封圈用于密封井口压力。

9.根据权利要求8所述的弹夹式连续投球器，其特征在于，所述第一柱塞、所述第二柱塞沿轴向设有轴向孔；

所述第一柱塞、所述第二柱塞末端沿径向设有与所述轴向孔连通的径向孔，且所述径向孔位于所述第一密封圈、所述第二密封圈之间。

10.根据权利要求7所述的弹夹式连续投球器，其特征在于，所述圆盘形构件设有用于与所述主体通过第二内六角螺钉连接的螺栓孔。

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