[發明專利]一種水平井分段壓裂井口自動投球器

有效

• 申請號: 201610148007.7
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN105672975B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王旱祥;張硯雯;車家琪;劉延鑫;蘭文劍;楊紅德
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司11570
• 代理人: 劉杰

技術領域

本發明專利屬于石油機械技術領域，尤其是一種實現在井口自動投壓裂球而進行水平井分段壓裂的一種水平井分段壓裂井口自動投球器。

背景技術

作為一種全新的清潔性能源，頁巖氣正逐漸成為全球的能源開發的熱點。頁巖氣的開采方式主要是以水平井和分段壓裂結合的技術，投球壓裂技術是水平井分段壓裂常見的壓裂技術，投球壓裂技術依靠在井口投壓裂球來完成壓裂，因此井口投球器在水平井分段壓裂中起到了很大的作用。

但是，目前我國投球器還存在很多不足的地方，具體體現在以下這幾個方面：投球裝置的結構過于復雜、體積比較大、操作費時費力；裝球時需要一個一個裝入，效率很低；所投壓裂球的數目有限，不能實現多段壓裂；不能進行連續投球，使得壓裂施工的工作效率很低；部分投球器投球時需要泄壓，打開投球器重新裝球，不僅操作費時，泄壓時存在很大的安全隱患。

發明內容

本發明旨在克服現有技術和裝備存在的上述缺陷，提出一種水平井分段壓裂井口自動投球器，可以代替現階段的專利所屬的同類產品。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案。

一種水平井分段壓裂井口自動投球器，包括六角螺母、法蘭蓋、雙頭螺栓、上接頭、緊固螺釘、底座、投球機構、下接頭、密封圈、壓裂球和緊固螺孔，其中，上接頭上端法蘭結構用來裝載壓裂球，壓裂球裝載完畢后用法蘭蓋進行封蓋，上接頭上端法蘭結構和法蘭蓋通過雙頭螺栓和六角螺母進行連接和固定；上接頭上端法蘭結構和法蘭蓋連接處的密封圈起密封作用，防止投球器內部的高壓壓裂液溢出；上接頭內部是空心管道，按照尺寸由小到大依次裝有多個壓裂球；上接頭下端與底座上邊緣通過緊固螺釘進行固定，投球機構主要安裝在底座內部，實現自動單個投球的功能；底座下端與下接頭上端通過焊接固定在一起，下接頭下端的法蘭結構與壓裂井口樹的液控旋塞閥連接，固定整個壓裂投球器；投球機構包括交流伺服防爆電機、電機架、曲柄、轉板、轉盤、小齒輪、轉盤內部柱、限位軌道、限位柱、轉盤邊緣柱、轉板柱、泄壓孔和電機轉軸；投球機構主要安裝在底座內部，電機架通過緊固螺釘固定在底座底板的小圓弧端，交流伺服防爆電機固定在電機架內部，交流伺服防爆電機的電機轉軸穿過底座底板進入底座內部，通過鍵聯接與小齒輪進行同軸配合。轉盤邊緣是不完全輪齒，轉盤與小齒輪進行齒輪配合。轉盤邊緣均勻分布六個弧形限位軌道，限位柱在限位軌道內運動，限制轉盤的轉動軌跡，限位柱固定在底座底板上。轉盤邊緣均勻分布六個轉盤邊緣柱，曲柄一端圓柱孔與轉盤邊緣柱同心配合，另一端與固定在轉板上的轉板柱同心配合，轉板另一端的圓柱孔與固定在底座底板上的轉盤內部柱同心配合。轉板由五分之一圓柱體分割而成，中心具有凹球面，方便定位壓裂球，五塊轉板同時繞著轉盤內部柱轉動，可以形成不同大小的孔徑，從而投放不同尺寸的壓裂球。這樣便可以通過控制交流伺服防爆電機轉動，帶動與電機轉軸進行鍵聯接的小齒輪轉動，進而帶動與小齒輪進行齒輪配合的轉盤轉動，轉盤轉動通過曲柄帶動轉板繞著轉盤內部柱轉動，五塊轉板形成的中心孔徑逐漸從小變大，從而實現按照尺寸由小到大依次投放壓裂球。在轉盤內部開有泄壓孔，用來保證上接頭和下接頭內部空間壓力平衡，防止投球機構工作受到壓差的影響。

本發明是在高壓環境下工作，通過控制交流伺服防爆電機轉動，按照尺寸由小到大的順序依次投放多個壓裂球，完成水平井分段壓裂工作。

裝球時，關閉與下接頭下端連接的液控旋塞閥，此時本發明裝置內部的壓力為常壓，打開與上接頭上端連接的法蘭蓋，然后按照尺寸從小到大的規律依次裝入所有的壓裂球，裝球完畢后用法蘭蓋進行封蓋。

投球時，打開與下接頭下端連接液控旋塞閥，本發明與井口壓裂樹接通，本發明內部的壓力與井口壓力相同。初始狀態下，投球機構處于關閉狀態，五塊轉板中心未形成孔徑。工作狀態下，控制交流伺服防爆電機開始轉動，帶動與電機轉軸進行鍵聯接的小齒輪轉動，進而帶動與小齒輪進行齒輪配合的轉盤轉動，轉盤轉動通過曲柄帶動轉板繞著轉盤內部柱轉動，五塊轉板形成的中心孔徑逐漸從無到有、從小變大，當五塊轉板形成的中心孔徑與最小的壓裂球尺寸相同時，交流伺服防爆電機停止工作，此時尺寸最小的壓裂球依靠重力落到壓裂井口中，然后隨壓裂液進入井中，到達要壓裂的地層位置，打開投球壓裂滑套，完成壓裂。之后交流伺服防爆電機繼續工作，五塊轉板形成的中心孔徑繼續變大，當五塊轉板形成的中心孔徑與次小的壓裂球尺寸相同時，交流伺服防爆電機停止工作，此時尺寸次小的壓裂球依靠重力落到壓裂井口中，完成尺寸次小的壓裂球的投球工作。采用相同的方法，按照尺寸從小到大的規律依次投入所有的壓裂球，完成壓裂工作。