CN202707025U

CN202707025U - 一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置

Info

Publication number: CN202707025U
Application number: CN201220418236.3U
Authority: CN
Inventors: 马克云; 闫军
Original assignee: Lan Zhoucheng Faces Oil Drilling And Extracting Equipment Co Ltd
Current assignee: Lan Zhoucheng Faces Oil Drilling And Extracting Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-08-22

Abstract

一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置，包括防爆电机、行星减速器、传动齿轮、压帽、三通、导向套、螺旋传动轴、外套和防爆电气控制箱，外套内设有导向套；导向套内设有螺旋传动轴；螺旋传动轴顶端连接传动齿轮和手动扳手；外套与三通连接；防爆电机的动力线及检测投球数的输入输出信号线分别通过转接盒与防爆电气控制箱相连。本实用新型能广泛应用于油气井酸化压裂作业，其装球数量多，可达379个7/8"球；装球范围广5/8"～7/8"；承受压力高（可达到105MPa或以上）；主要工作面采取镀铬及其它防腐措施，大大提高设备的使用寿命，主要密封部位采用V型和O型双道密封，极大的保证了高压作业下的密封性，具备过载保护功能和防爆功能，符合油田HSE要求，安全可靠。

Description

一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置

技术领域

本实用新型是涉及油气田酸化分层压裂作业领域，具体说是一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置。

背景技术

目前，在油气田酸化压裂作业中，分层压裂一般包括：封隔器分层压裂、堵塞球选择压裂、限流阀分层压裂、蜡球选择性压裂四种形式。油气田多年的酸化分层压裂作业结果显示，传统的封隔器分层压裂、限流阀分层压裂、蜡球选择性压裂作业因工艺陈旧，作业难度大，压裂成本高，特别是在深井酸化压裂作业中，难以达到预期的分层压裂作业效果。相反，堵塞球压裂工艺因其分层压裂效果显著、投球堵塞操作便利、作业成本经济等原因，逐渐取代了其他传统分层压裂模式。

投球装置在设计上按照驱动方式一般分为：手动手轮式、手动棘轮扳手式、远控气动式、远控电控气摆动气缸式、远控电控电动式。按照排球结构分有：螺杆—键套式、螺旋套—光杆式、圆浮动杆轴式。按照装球方式有：上装式和下装式两种模式。

手动手轮式、手动棘轮扳手式驱动，需要人工现场操作，依靠人力操纵投球器动作进行投球。随着油气田井深不断增大，多分支井和水平井钻井技术的不断提升和广泛应用，作业压力不断增大，造成在高压环境下作业的危险性增大；同时因压力增大，使得投球的阻力也变大，人力操作困难甚至无法操纵高压投球器。

远控气动式、远控电控气摆动气缸式驱动模式，要求压裂机组（一般为车载）能提供平稳足够的气压，气缸及摆动气缸效率均要达到98%以上，维修配件特别困难，而且还要求气路管线不允许过长、出现弯曲及折叠现象。随着压裂井深的加深，作业压力的增大，投球器须在高压工况下作业，汽车气源无法驱动投球器投球来满足分层酸化压裂作业的要求。

远控电控电动式，由于取消了“双向棘轮”、“摆动气缸”、“碰珠装置”、“气控和气动”等部分，降低设备的采购成本10%-20%，是目前油田分层压裂作业应用较广泛的投球装置。但这种投球装置装球数量少仅为250个7/8"球,投球工作时转速低(10r/min)，且每转投球数量少（6个），投球耗时长，输出扭矩小(200Nm),不具备良好的高压投球性能。在传动上驱动电机与投球装置直连，无柔性过渡及减速装置，带压施工时无法启动。在控制上只是简单的开—关，不能控制和显示投球、装球数量，整个驱动控制系统无监测功能、无过载保护功能、无自动运算处理功能，承受压力低。在投球方式上，大多采用丝杠带动推球盘，将塑料球投（推）向井内，精确控制投球数量较难实现。

现有的远控电控电动式投球装置存在装球数量少、转速低、扭矩小、每转投球数量少、不能任意控制装球投球数量、驱动系统无监测保护功能、带压工作时无法正常启动、承受工作压力低、无自动运算处理功能等缺陷。

发明内容

综上所述，本实用新型的目的在于提供一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置，克服了现有远控电控电动式投球装置的缺陷。

本实用新型的目的是通过以下技术来实现的：

一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置，包括防爆电机、行星减速器、传动齿轮、压帽、三通、导向套、螺旋传动轴、外套和防爆电气控制箱，外套内设有导向套；导向套内设有螺旋传动轴；螺旋传动轴两端分别通过端面轴承和向心轴承固定，其顶端连接传动齿轮和手动扳手；外套与三通连接；防爆电机的动力线及检测投球数的输入输出信号线分别通过转接盒与防爆电气控制箱相连。

上述导向套6开有11个排球直槽，

上述防爆电机1带动行星减速器2；行星减速器2带动传动齿轮3转动；传动齿轮3带动螺旋传动轴7旋转。

上述行星减速器2的输出端连接检测投球数量的码盘。

本实用新型的优点及有益效果：

1、本实用新型能广泛应用于油气井酸化压裂作业，特别是非常规天然气水平井分段压裂作业，其装球数量多，可达379个7/8"球；装球范围广5/8"～7/8"；承受压力高（可达到105Mpa或以上）；实时动态监控整个控制系统的工作电压和工作电流，出现异常情况会自动切断控制系统电源；具备自动控制和手动控制两种模式，自动控制能按预设定批次投球数量进行投球作业，在投球过程中还可调整预设定投球数量，能进行精确定量投球施工。手动控制可解决自动控制万一出现故障时继续投球作业的功能；实时动态显示投球数量；保证了高压投球作业时的大扭矩，不受压裂作业压力波动的影响。

2、本实用新型的控制系统采用自动控制和手动控制两种模式：

自动控制模式参数设置有：安装球数、已投球数、分批预设投球数（可预先设定批次投球数量）；系统采用微电脑控制技术，能精确控制投球数量及投球速度，安装球数可在1～379之间任意设置，预设置投球数应等于作业时投掷的投球数目，预设置投球数应不大于安装球数；当按下自动运行按钮后，驱动装置驱动转轴将安装的球沿螺旋槽推到出球口并开始计数，该装置有自动运算功能，实时显示投球数，当投球数量达到设置的预投球数量时自动停机；克服了现有远控电控电动式投球装置在装球数量少于应装数量时，必须首先人为将球推到出球口才可计数的缺陷。

手动控制可实现自动控制万一出现故障时继续投球作业的功能，万一自动控制出现故障，无法工作时，可立即进行手动控制投球作业，不会影响其正常工作。

3、本实用新型由于采用了1:80的大扭矩行星减速机及1.1KW的单相防爆电机构成的驱动系统，保证了高压投球作业时的大扭矩，不受压裂作业压力波动的影响。

4、本实用新型的控制部分采用微电脑及A/D转换电路，终端驱动采用固态继电器，能有效隔离控制信号和驱动电路，提高了整个系统的抗干扰能力，驱动负载能力大，数据采用八段数码管进行显示，显示数据准确清晰。。

5、本实用新型具备过载保护功能和防爆功能，符合油田HSE要求，安全可靠。

6、本实用新型的三通作为多控模式大容量高压多层分注投球装置的基座，同时也是压裂施工时的连接端口，在施工作业中允许任何一端为输入端，则另一端为输出端，这就极大地适应了现场的安置工况。

7、本实用新型的主要工作面采取镀铬及其它防腐措施，大大提高设备的使用寿命，主要密封部位采用V型和O型双道密封，极大的保证了高压作业下的密封性。

8、本实用新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置控制系统，采用微处理器，通过编制程序对投球器的装球数、预投球数和已投球数的数据进行实时采集并显示，其中已投球数由另一块微处理器进行采集，并将采集的数据传输给控制微处理器，组成高精度实时采集处理系统，控制系统的电压、电流显示采用A/D模数集成电路，实时采集电压信号及电流信号，将模拟量转换为数字量传输给微处理器进行实时显示。

表1为本实用新型与现有技术的比较

附图说明

图1：是本实用新型的结构示意图。

图中：1-防爆电机 2-行星减速器 3-传动齿轮 4-压帽 5-三通 6-导向套 7-螺旋传动轴 8-外套 9-手动扳手

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置，包括防爆电机1、行星减速器2、传动齿轮3、压帽4、三通5、导向套6、螺旋传动轴7、外套8和防爆电气控制箱，外套8内设有导向套6；导向套6内设有螺旋传动轴7；螺旋传动轴7两端分别通过端面轴承和向心轴承固定，其顶端连接传动齿轮3和手动扳手9；外套8与三通5连接；防爆电机1的动力线及检测投球数的输入输出信号线分别通过转接盒与防爆电气控制箱相连。

导向套6开有11个排球直槽，排球直槽直径为φ24mm。

螺旋传动轴7的直径为φ92mm，螺距为25.4mm。

防爆电机1带动行星减速器2；行星减速器2带动传动齿轮3转动；传动齿轮3带动螺旋传动轴7旋转。

行星减速器2的输出端连接检测投球数量的码盘。

三通5为多控模式大容量高压多层分注投球装置的基座，同时也是压裂施工时的连接端口，在施工作业中允许任何一端为输入端，则另一端为输出端，这就极大地适应了现场的安置工况。三通5的进出口通径：2 1/2"，连接螺纹：5 3/8-3 1/2-ACME-2G（内外螺纹）。

外套8固定安装在三通5上，外套8里面装有导向套6，导向套6开有11个φ24mm的排球直槽；外套8的外径尺寸为φ200mm。

导向套6中间装有直径为φ92mm、螺距为25.4mm的螺旋传动轴7作为推球机构。

打开压帽4后，将所需球装入，通过推球机构将球推入三通5，由三通的一端抛出。

螺旋传动轴7的底部有轴承座，轴承座安装带金属保持架的轴承，轴承的密封采用密封圈，螺旋传动轴7的上端装有推力圆柱滚子轴承带金属保持架，采用双道密封，螺旋传动轴7的顶端装有动力传输的齿轮及人力操纵的手动扳手9，齿轮的模数m=2，齿数z=110。螺旋传动轴7最大启动扭矩10kg.m。

防爆电气控制箱属于多控模式大容量高压多层分注投球装置的控制系统，采用微处理器，通过编制程序对投球器的装球数、预投球数和已投球数的数据进行实时采集并显示，其中已投球数由另一块微处理器进行采集，并将采集的数据传输给控制微处理器，组成高精度实时采集处理系统，控制系统的电压、电流显示采用A/D模数集成电路，实时采集电压信号及电流信号，将模拟量转换为数字量传输给微处理器进行实时显示。

Claims

1.一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置，包括防爆电机（1）、行星减速器（2）、传动齿轮（3）、压帽（4）、三通（5）、导向套（6）、螺旋传动轴（7）、外套（8）和防爆电气控制箱，其特征是：外套（8）内设有导向套（6）；导向套（6）内设有螺旋传动轴（7）；螺旋传动轴（7）两端分别通过端面轴承和向心轴承固定，其顶端连接传动齿轮（3）和手动扳手（9）；外套（8）与三通（5）连接；防爆电机（1）的动力线及检测投球数的输入输出信号线分别通过转接盒与防爆电气控制箱相连。

2.如权利要求1所述的一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置，其特征在于：所述导向套（6）开有11个排球直槽。

3.如权利要求1所述的一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置，其特征在于：所述防爆电机（1）带动行星减速器（2）；行星减速器（2）带动传动齿轮（3）转动；传动齿轮（3）带动螺旋传动轴（7）旋转。

4.如权利要求1所述的一种新型的多控模式大容量高压多层分注投球装置，其特征在于：所述行星减速器（2）的输出端连接检测投球数量的码盘。