[發明專利]一種壓裂施工投球裝置及其投球方法

有效

• 申請號: 201510075927.6
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104712300B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 陳介驕;李朝榮;鄧華國;師軍;劉振興;李尤;譚福吉;石雙明;馮玉聲;易祖坤;任思為;楊亞峰;李偉;王鵬;陳試魏;李明;李亞超
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程技術服務有限公司;中石化西南石油工程有限公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B34/14
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 孫杰,曾曉波

技術領域

本發明涉及一種壓裂施工投球裝置及其投球方法，尤其是一種能夠連續、自動化進行壓裂施工投球裝置及其投球方法，屬于油氣鉆采壓裂施工設備及施工方法技術領域。

背景技術

在大型分段水力壓裂施工不同井段時，需按井段內預置滑套的球座規格，逐次投入相應規格的密封球體，在密封球體作用下開啟相對應井段的滑套，再對此井段進行壓裂作業施工。

常規投球作業時為保證作業安全，必須先停止泵注作業，關閉采油樹主閘，將壓裂主管道內的壓力泄盡，方可開啟旋塞閥將密封球體投入壓裂主管道內，然后關閉旋塞閥。在開啟采油樹主閘時，井內與壓裂主管道間存在的壓差會對鋼球入井造成影響，為消除這種影響，在開啟采油樹主閘前還要對壓裂主管道進行打壓作業。而整個操作過程需工作人員進入高壓施工區域內進行手動操作，存在較大安全隱患。

常規單次投球過程保守估計需耗時10分鐘以上，大型施工時主壓設備數量較多，為最大限度保證施工作業連續性，通常投球時所有主壓設備均保持怠速運轉待命狀態。按大型井分段壓裂施工啟用12臺（輛）主壓設備計算：若投球6次，單次投球作業耗時10分鐘，整個施工過程單投球作業累計耗時1小時左右，12臺（輛）主壓設備均怠速運轉1小時所需燃料成本數千元，也增加了尾氣排放量加劇大氣污染。

另外現有壓裂施工中，在目標產層壓裂施工結束前需注入足量的頂替液以便將井內的支撐劑（或酸液）完全壓入目標產層，在支撐劑（或酸液）完全壓入目標產層后才能進行下一目標產層的投球作業：球體通過常規投球作業方式進入井內，送球液攜帶球體，并用泵注將球體輸送至目標產層。該操作模式增加了施工液體使用量，也無形中增加了施工運行成本和后期污水處理成本。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種壓裂施工投球裝置及其投球方法，解決現有操作中存在的問題，有效的節約投球作業時間，降低投球操作成本，同時降低或消除投球高壓操作的風險，并具有可自動化操作的優點。

本發明采用的技術方案如下：

一種壓裂施工投球裝置，包括主缸體和活塞推桿，所述活塞推桿設置于主缸體內，且可沿主缸體內腔雙向往復運動，所述主缸體和活塞推桿間密封配合而將主缸體內腔劃分為獨立的投球腔和壓力輔助腔；所述投球腔所在主缸體端部設置有閥門Ⅰ，投球腔還設置有進球管道，所述進球管道上設置有閥門Ⅱ；所述投球腔和壓力輔助腔間通過連通管道連通，所述連通管道上設置有閥門Ⅲ；所述壓力輔助腔設置有泄壓管道Ⅰ，所述泄壓管道Ⅰ上設置有閥門Ⅳ；所述主缸體內設置有用于活塞推桿復位的彈性機構。

進一步的，所述投球腔設置有用于與壓裂主管道連接的引壓管，所述引壓管上設置有閥門Ⅴ。

進一步的，所述彈性機構為壓縮彈簧，所述壓縮彈簧設置于壓力輔助腔內。

進一步的，所述壓力輔助腔內設置有沿主缸體軸向的導桿，活塞推桿沿軸向開設有與導桿適配的導槽，活塞推桿通過其導槽裝配于主缸體內的導桿上。

進一步的，所述投球腔設置有泄壓管道Ⅱ，所述泄壓管道Ⅱ上設置有閥門Ⅵ。

本發明的壓裂施工投球裝置，進一步還包括與所述進球管道連接的球倉，所述球倉的出口設置有球體限徑通過機構。

本發明的壓裂施工投球裝置的投球方法，包括如下步驟：

a、控制閥門Ⅰ、閥門Ⅱ和閥門Ⅲ為關閉狀態，閥門Ⅳ為開啟狀態，將球體放入進球管道內；

b、開啟閥門Ⅱ，使球體進入投球腔的進球管道所在段，并關閉閥門Ⅱ；

c、將壓裂主管道內的流體引入投球腔，活塞推桿在流體壓力的作用下向壓力輔助腔側推進并使彈性機構發生彈性形變，球體進入投球腔的主缸體所在段，并完全開啟閥門Ⅰ；

d、關閉閥門Ⅳ，開啟閥門Ⅲ，流體通過連通管道進入壓力輔助腔使投球腔和壓力輔助腔間壓力平衡，在彈性機構的作用下使活塞推桿向投球腔側推進，而將球體推入壓裂主管道內；

e、關閉閥門Ⅲ，開啟閥門Ⅳ將壓力輔助腔內的壓力瀉出，活塞推桿在投球腔內流體壓力的作用下向壓力輔助腔側推進并使彈性機構發生彈性形變；

f、活塞推桿推進到位后，關閉閥門Ⅰ將投球腔與壓裂主管道隔斷；

g、將投球腔內的壓力瀉出，活塞推桿在彈性機構的作用下使活塞推桿向投球腔側推進、復位，完成一次投球過程。

進一步的，所述投球腔設置有用于與壓裂主管道連接的引壓管，所述引壓管上設置有閥門Ⅴ，所述步驟c中將壓裂主管道內的流體引入投球腔操作為：開啟閥門Ⅴ將壓裂主管道內的流體引入投球腔。