CN113266329A - 一种智能无限级分段水力压裂系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能无限级分段水力压裂系统，包括远程控制中心以及与远程控制中心电连接的电控压裂滑套和导向器；所述电控压裂滑套的内部设有用于控制压裂滑套本体开关的电控芯片，用于监测压裂管内水压的压力传感器，以及用于监测压裂管内流量的流量传感器；所述导向器包括柱状体和摄像组件；所述柱状体的下端设有锥形体以及柱状体的侧壁设有沿着径向的安装孔，所述摄像组件安装于安装孔中。本发明通过远程控制中心发送命令信号给电控芯片，电控芯片使电控压裂滑套打开或者关闭，实现智能可控压裂施工，无限制级别的分段压裂，提高了压裂钻孔可实现长度，并达到压裂段位置和长度的精准控制，提高压裂改造效果。

Description

一种智能无限级分段水力压裂系统
技术领域
本发明涉及一种水力压裂系统，属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种智能无限级分段水力压裂系统。
背景技术
煤矿井下定向长钻孔分段压裂技术已经成为煤层瓦斯增透抽采，坚硬顶板强矿压灾害区域治理等强有力支撑。目前井下常用的技术为定向长钻孔裸眼封隔器和不同级别的滑套组合技术，其工作原理是通过高压水促使封隔器与钻孔密封，采用向压裂管柱内投入不同级别的球促使各个直径条件下的压裂滑套打开进行分段压裂作业。
但上述技术存在一些不足之处：
1、限于井下定向长钻孔直径多为96mm或120mm，单孔分级个数受限，导致定向长钻孔治理区域受限，严重影响压裂改造效果。
2、滑套在使用过程中，经常会出现投球未完全密封导致该段压裂失败的问题。而煤矿井下水力压裂注水压力一般达十或数十兆帕，因未设置电子传感器，压力信息接收存在滞后，无法在第一时间内将压力信息反馈至控制室，存在高压喷出伤人等危险。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种智能无限级分段水力压裂系统，包括远程控制中心以及与远程控制中心电连接的电控压裂滑套和导向器；
所述电控压裂滑套的内部设有用于控制压裂滑套本体开关的电控芯片，用于监测压裂管内水压的压力传感器，以及用于监测压裂管内流量的流量传感器；
所述导向器包括柱状体和摄像组件；所述柱状体的下端设有锥形体以及柱状体的侧壁设有沿着径向的安装孔，所述安装孔的开口的两边分别往周向延伸以形成两个台阶面，且两个所述台阶面分别设有沿着轴向的滑槽；
所述安装孔的开口设有适配的弧形挡片，所述弧形挡片的两个竖直侧面分别设有与所述滑槽一一对应的凸条；所述安装孔的开口竖直往下延伸以贯穿部分锥形体，进而在锥形体的外部形成缺口；
所述摄像组件安装于所述安装孔中且摄像组件的摄像端朝外，所述弧形挡片的两个凸条从所述缺口从下往上一一对应地滑入两个滑槽中，进而使弧形挡片将安装孔密封且弧形挡片的外表面与柱状体的外表面在同一个圆周面上。
本发明的有益效果在于：
随着智能化和信息化的发展，智能化生产和生活成为科技发展的需求，本发明实现水力压裂的远程监控和操作，具体是远程控制中心通过通揽钻杆分别与电控芯片、压力传感器、流量传感器和摄像组件电连接，远程控制中心设于地面的控制室内。在地面通过远程控制中心发送命令信号给电控芯片，电控芯片使电控压裂滑套打开或者关闭，实现智能可控压裂施工，无限制级别的分段压裂，提高了压裂钻孔可实现长度，并达到压裂段位置和长度的精准控制，提高压裂改造效果。
压力传感器和流量传感器通过高压通揽压裂管柱在第一时间内将流量和压力信息反馈至地面控制室，避免了信息接收滞后的问题，实现压裂钻孔孔内真实压力及流量等参数的记录，达到压裂效果的有效评价。
成套压裂装置由裸眼智能膨胀封隔器、高压通揽压裂管柱、电控压裂滑套、导向器等组成。其中导向器前端部分设置有摄像组件，其自带电量储存和图像及视频记忆功能，可实现压裂裸眼孔壁信息的实时、精准反馈，可对压裂前钻孔压裂位置进行优选，还可以对压裂后裂缝进行扫描监测。
优选地，每个台阶面均设有多个平行的滑槽，所述弧形挡片的每个竖直侧面均设有多个相应地凸条。
优选地，每个凸条与对应的滑槽滑动密封。
多对凸条和滑槽适配，一方面是实现弧形挡片能够精确地安装在开口处，弧形挡片安装到位后，从外表面上实现弧形挡片与柱状体之间的无缝连接，避免在井下因磕碰而将应力集中与连接处，破坏连接关系。一方面，凸条和凹槽之间形成第一道密封，增大了密封面积，提高了密封效果。
优选地，所述弧形挡片的厚度与所述开口的深度相同。
弧形挡片的自身强度足够的情况下，仍需要保证弧形挡片安装在开口处的受力平衡，将弧形挡片的厚度设计成开口处的深度相同，弧形挡片安装在开口处后使得弧形挡片与柱状体结合成为一体，耐冲击，连接结构更加稳定。
优选地，包括与所述缺口适配的锁紧块；所述锁紧块的上端顶紧于所述弧形挡片的下端，且锁紧块与锥形体可拆分连接。
优选地，所述锥形体设有多个沿着周向分布的锁紧孔，所述锁紧块设有与所有锁紧孔一一对应的通孔，通过内六角螺栓穿过通孔旋紧于对应的锁紧孔中，进而使锁紧块与锥形体可拆分连接。
先将弧形挡片卡在开口处，然后通过锁紧块顶紧在缺口处，弧形挡片的所有自由度被限制，牢牢地卡在开口，弧形挡片在井下脱落的可能性低级，安全性好。
优选地，所述柱状体的内部设有用于防止弧形挡片松动的锁死组件；
所述锁死组件包括“L”型杠杆和丝杆；所述柱状体的内部设有用于安装所述“L”型杠杆的内腔，所述内腔的下端与所述开口连通，柱状体的侧壁设有与内腔的上端连通的螺纹孔；所述“L”型杠杆的下部通过销轴转动连接于内腔中，所述丝杆与所述螺纹孔适配，通过丝杆旋入螺纹孔且顶住“L”型杠杆的上端，进而使“L”型杠杆的下端卡入弧形挡片内侧面的卡槽中。
优选地，所述销轴套设扭簧；所述扭簧的两端分别与所述“L”型杠杆和销轴固定连接，通过扭簧带动“L”型杠杆复位以使“L”型杠杆的下端从所述卡槽中分离。
弧形挡片的下端通过锁紧块顶紧，而弧形挡片的上端通过“L”型杠杆勾住卡死，起到了防松动的作用，即使在工具串的上提过程中仍能保证弧形挡片不会松动，进一步保证了密封效果。
优选地，所述丝杆的末端设有与所述L”型杠杆的上端接触的半球体。
L”型杠杆围绕销轴摆动，半球体顶紧于L”型杠杆的上端，保证了推动L”型杠杆的力矩，同时又避免了限制L”型杠杆的摆动。
优选地，所述弧形挡片的内侧面与所述开口的侧面之间设有密封垫。
密封垫作为第二道密封结构，进一步保证了安装孔的密封性，保证摄像组件的正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实施例的中导向器的结构示意图；
图2为图1中隐藏弧形挡片后A-A的剖视图；
图3为图1转轴90°后的内部结构示意图；
图4为图3中B处的放大图；
图5为本实施例的中弧形挡片的结构示意图。
附图中，柱状体1、摄像组件2、安装孔3、台阶面4、滑槽5、凸条6、密封垫7、锥形体8、开口9、锁紧块10、锁紧孔11、“L”型杠杆12、丝杆13、内腔14、卡槽15、销轴16、扭簧17、半球体18、弧形挡片19。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
本实施例提供了一种智能无限级分段水力压裂系统，包括远程控制中心以及与远程控制中心电连接的电控压裂滑套和导向器。导向器安装于工具串的最下端，起到导向的作用。工具串是井下作业所用到的一些列工具的总称，根据不同的作业类型，工具串的各个部件不同，由于工具串是现有技术，但需要说明的是导向器连接于工具串的下端，起导向作用，因此出现了工具串。其中电控压裂滑套的内部设有用于控制压裂滑套本体开关的电控芯片，用于监测压裂管内水压的压力传感器，以及用于监测压裂管内流量的流量传感器。通过电控芯片编写代码，实现电控压裂滑套的开关，这里的电控压裂滑套本体采用现有的电动压裂滑套。
本实施例中导向器包括柱状体1和摄像组件2，所述柱状体1的下端设有锥形体8以及柱状体1的侧壁设有沿着径向的安装孔3，摄像组件2安装于安装孔3中。摄像组件2自带电量储存和图像及视频记忆功能，可实现压裂裸眼孔壁信息的实时、精准反馈，可对压裂前钻孔压裂位置进行优选，还可以对压裂后裂缝进行扫描监测。对于摄像组件2的密封，本实施例采用如下结构：
所述安装孔3的开口9的两边分别往周向延伸以形成两个台阶面4，且两个所述台阶面4分别设有沿着轴向的滑槽5。安装孔3的开口9设有适配的弧形挡片19，弧形挡片19的厚度与所述开口9的深度相同。弧形挡片19的自身强度足够的情况下，仍需要保证弧形挡片19安装在开口9处的受力平衡，将弧形挡片19的厚度设计成开口9处的深度相同，弧形挡片19安装在开口9处后使得弧形挡片19与柱状体1结合成为一体，耐冲击，连接结构更加稳定。所述弧形挡片19的两个竖直侧面分别设有与所述滑槽5一一对应的凸条6。
具体地，每个台阶面4均设有两个平行的滑槽5，所述弧形挡片19的每个竖直侧面均设有两个相应地凸条6。每个凸条6与对应的滑槽5滑动密封。多对凸条6和滑槽5适配，一方面是实现弧形挡片19能够精确地安装在开口9处，弧形挡片19安装到位后，从外表面上实现弧形挡片19与柱状体1之间的无缝连接，避免在井下因磕碰而将应力集中与连接处，破坏连接关系。一方面，凸条6和凹槽之间形成第一道密封，增大了密封面积，提高了密封效果。另外，所述弧形挡片19的内侧面与所述开口9的侧面之间设有密封垫7。密封垫7作为第二道密封结构，进一步保证了安装孔3的密封性，保证摄像组件2的正常工作。
所述安装孔3的开口9竖直往下延伸以贯穿部分锥形体8，进而在锥形体8的外部形成缺口。所述摄像组件2安装于所述安装孔3中且摄像组件2的摄像端朝外，所述弧形挡片19的两个凸条6从所述缺口从下往上一一对应地滑入两个滑槽5中，进而使弧形挡片19将安装孔3密封且弧形挡片19的外表面与柱状体1的外表面在同一个圆周面上。为了锁紧弧形挡片19，本实施例包括与所述缺口适配的锁紧块10；所述锁紧块10的上端顶紧于所述弧形挡片19的下端，且锁紧块10与锥形体8可拆分连接。进一步地，所述锥形体8设有三个沿着周向分布的锁紧孔11，所述锁紧块10设有与所有锁紧孔11一一对应的通孔，通过内六角螺栓穿过通孔旋紧于对应的锁紧孔11中，进而使锁紧块10与锥形体8可拆分连接。先将弧形挡片19卡在开口9处，然后通过锁紧块10顶紧在缺口处，弧形挡片19的所有自由度被限制，牢牢地卡在开口9，弧形挡片19在井下脱落的可能性低级，安全性好。
本实施例中弧形挡片19的下端通过锁紧块10顶紧，对于弧形挡片19的上部通过以下方式进行锁紧：
柱状体1的内部设有用于防止弧形挡片19松动的锁死组件，所述锁死组件包括“L”型杠杆12和丝杆13。所述柱状体1的内部设有用于安装所述“L”型杠杆12的内腔14，所述内腔14的下端与所述开口9连通，柱状体1的侧壁设有与内腔14的上端连通的螺纹孔；所述“L”型杠杆12的下部通过销轴16转动连接于内腔14中，所述丝杆13与所述螺纹孔适配，通过丝杆13旋入螺纹孔且顶住“L”型杠杆12的上端，进而使“L”型杠杆12的下端卡入弧形挡片19内侧面的卡槽15中。所述销轴16套设扭簧17；所述扭簧17的两端分别与所述“L”型杠杆12和销轴16固定连接，通过扭簧17带动“L”型杠杆12复位以使“L”型杠杆12的下端从所述卡槽15中分离。而弧形挡片19的上端通过“L”型杠杆12勾住卡死，起到了防松动的作用，即使在工具串的上提过程中仍能保证弧形挡片19不会松动，进一步保证了密封效果。进一步地，所述丝杆13的末端设有与所述“L”型杠杆12的上端接触的半球体18。“L”型杠杆12围绕销轴16摆动，半球体18顶紧于“L”型杠杆12的上端，保证了推动“L”型杠杆12的力矩，同时又避免了限制“L”型杠杆12的摆动。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种用于分段水力压裂的导向器，其特征在于，包括：
柱状体，其侧壁上有沿径向设置的安装孔，所述安装孔的开口的两侧分别设置有若干个往周向延伸的台阶面，且每个所述台阶面分别设有沿着轴向的滑槽；
弧形挡片，其通过两个竖直侧面设置的与所述滑槽相适配的凸条安装于所述滑槽内；
摄像组件，安装于所述安装孔中和所述弧形挡片之间且摄像端朝外。
2.根据权利要求1所述的一种用于分段水力压裂的导向器，其特征在于，所述弧形挡片为透明挡片。
3.根据权利要求1所述的一种用于分段水力压裂的导向器，其特征在于，所述弧形挡片将安装孔密封且弧形挡片的外表面与柱状体的外表面在同一个圆周面上。
4.根据权利要求1所述的一种用于分段水力压裂的导向器，其特征在于，每个凸条与对应的滑槽滑动密封。
5.根据权利要求1所述的一种用于分段水力压裂的导向器，其特征在于，所述弧形挡片的厚度与所述开口的深度相同。
6.根据权利要求1所述的一种用于分段水力压裂的导向器，其特征在于，还包括一锥形体，设置于所述柱状体的下端。
7.根据权利要求1所述的一种用于分段水力压裂的导向器，其特征在于，还包括：
锁紧块，其上端顶紧于所述弧形挡片的下端；
所述锥形体设有多个沿着周向分布的锁紧孔，所述锁紧块设有与所有锁紧孔一一对应的通孔，通过内六角螺栓穿过通孔旋紧于对应的锁紧孔中，进而使锁紧块与锥形体可拆分连接。
8.根据权利要求1所述的一种用于分段水力压裂的导向器，其特征在于,所述柱状体的内部设有用于防止弧形挡片松动的锁死组件；
所述锁死组件包括L型杠杆和丝杆；所述柱状体的内部设有用于安装所述L型杠杆的内腔，所述内腔的下端与所述开口连通，柱状体的侧壁设有与内腔的上端连通的螺纹孔；所述L型杠杆的下部通过销轴转动连接于内腔中，所述丝杆与所述螺纹孔适配，通过丝杆旋入螺纹孔且顶住L型杠杆的上端，进而使L型杠杆的下端卡入弧形挡片内侧面的卡槽中。
9.根据权利要求8所述的一种用于分段水力压裂的导向器，其特征在于,所述销轴套设扭簧；所述扭簧的两端分别与所述L型杠杆和销轴固定连接，通过扭簧带动L型杠杆复位以使L型杠杆的下端从所述卡槽中分离。
10.一种智能无限级分段水力压裂系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的导向器。
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