一種壓裂施工投球裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型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(xù)、自動化進(jìn)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(shè)備及施工方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在大型分段水力壓裂施工不同井段時(shí)，需按井段內(nèi)預(yù)置滑套的球座規(guī)格，逐次投入相應(yīng)規(guī)格的密封球體，在密封球體作用下開啟相對應(yīng)井段的滑套，再對此井段進(jìn)行壓裂作業(yè)施工。
[0003]常規(guī)投球作業(yè)時(shí)為保證作業(yè)安全，必須先停止泵注作業(yè)，關(guān)閉采油樹主閘，將壓裂主管道內(nèi)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(nèi)，然后關(guān)閉旋塞閥。在開啟采油樹主閘時(shí)，井內(nèi)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(jìn)行打壓作業(yè)。而整個(gè)操作過程需工作人員進(jìn)入高壓施工區(qū)域內(nèi)進(jìn)行手動操作，存在較大安全隱患。
[0004]常規(guī)單次投球過程保守估計(jì)需耗時(shí)10分鐘以上，大型施工時(shí)主壓設(shè)備數(shù)量較多，為最大限度保證施工作業(yè)連續(xù)性，通常投球時(shí)所有主壓設(shè)備均保持怠速運(yùn)轉(zhuǎn)待命狀態(tài)。按大型井分段壓裂施工啟用12臺(輛)主壓設(shè)備計(jì)算:若投球6次，單次投球作業(yè)耗時(shí)10分鐘，整個(gè)施工過程單投球作業(yè)累計(jì)耗時(shí)I小時(shí)左右，12臺(輛)主壓設(shè)備均怠速運(yùn)轉(zhuǎn)I小時(shí)所需燃料成本數(shù)千元，也增加了尾氣排放量加劇大氣污染。
[0005]另外現(xiàn)有壓裂施工中，在目標(biāo)產(chǎn)層壓裂施工結(jié)束前需注入足量的頂替液以便將井內(nèi)的支撐劑(或酸液)完全壓入目標(biāo)產(chǎn)層，在支撐劑(或酸液)完全壓入目標(biāo)產(chǎn)層后才能進(jìn)行下一目標(biāo)產(chǎn)層的投球作業(yè):球體通過常規(guī)投球作業(yè)方式進(jìn)入井內(nèi)，送球液攜帶球體，并用泵注將球體輸送至目標(biāo)產(chǎn)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(yùn)行成本和后期污水處理成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的發(fā)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(xiàn)有操作中存在的問題，有效的節(jié)約投球作業(yè)時(shí)間，降低投球操作成本，同時(shí)降低或消除投球高壓操作的風(fēng)險(xiǎn)，并具有可自動化操作的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0008]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(shè)置于主缸體內(nèi)，且可沿主缸體內(nèi)腔雙向往復(fù)運(yùn)動，所述主缸體和活塞推桿間密封配合而將主缸體內(nèi)腔劃分為獨(dú)立的投球腔和壓力輔助腔；所述投球腔所在主缸體端部設(shè)置有閥門I，投球腔還設(shè)置有進(jìn)球管道，所述進(jìn)球管道上設(shè)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(shè)置有閥門III;所述壓力輔助腔設(shè)置有泄壓管道I，所述泄壓管道I上設(shè)置有閥門IV ;所述主缸體內(nèi)設(shè)置有用于活塞推桿復(fù)位的彈性機(jī)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步的，所述投球腔設(shè)置有用于與壓裂主管道連接的引壓管，所述引壓管上設(shè)置有閥門V。
[0010]進(jìn)一步的，所述彈性機(jī)構(gòu)為壓縮彈簧，所述壓縮彈簧設(shè)置于壓力輔助腔內(nèi)。
[0011]進(jìn)一步的，所述壓力輔助腔內(nèi)設(shè)置有沿主缸體軸向的導(dǎo)桿，活塞推桿沿軸向開設(shè)有與導(dǎo)桿適配的導(dǎo)槽，活塞推桿通過其導(dǎo)槽裝配于主缸體內(nèi)的導(dǎo)桿上。
[0012]進(jìn)一步的，所述投球腔設(shè)置有泄壓管道II，所述泄壓管道II上設(shè)置有閥門VI。
[0013]本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置，進(jìn)一步還包括與所述進(jìn)球管道連接的球倉，所述球倉的出口設(shè)置有球體限徑通過機(jī)構(gòu)。
[0014]本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置的投球方法，包括如下步驟:
[0015]a、控制閥門1、閥門II和閥門III為關(guān)閉狀態(tài)，閥門IV為開啟狀態(tài)，將球體放入進(jìn)球管道內(nèi)；
[0016]b、開啟閥門II，使球體進(jìn)入投球腔的進(jìn)球管道所在段，并關(guān)閉閥門II ;
[0017]C、將壓裂主管道內(nèi)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(cè)推進(jìn)并使彈性機(jī)構(gòu)發(fā)生彈性形變，球體進(jìn)入投球腔的主缸體所在段，并完全開啟閥門
I；
[0018]d、關(guān)閉閥門IV，開啟閥門III，流體通過連通管道進(jìn)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(jī)構(gòu)的作用下使活塞推桿向投球腔側(cè)推進(jìn)，而將球體推入壓裂主管道內(nèi)；
[0019]e、關(guān)閉閥門III，開啟閥門IV將壓力輔助腔內(nèi)的壓力瀉出，活塞推桿在投球腔內(nèi)流體壓力的作用下向壓力輔助腔側(cè)推進(jìn)并使彈性機(jī)構(gòu)發(fā)生彈性形變；
[0020]f、活塞推桿推進(jìn)到位后，關(guān)閉閥門I將投球腔與壓裂主管道隔斷；
[0021]g、將投球腔內(nèi)的壓力瀉出，活塞推桿在彈性機(jī)構(gòu)的作用下使活塞推桿向投球腔側(cè)推進(jìn)、復(fù)位，完成一次投球過程。
[0022]進(jìn)一步的，所述投球腔設(shè)置有用于與壓裂主管道連接的引壓管，所述引壓管上設(shè)置有閥門V，所述步驟C中將壓裂主管道內(nèi)的流體引入投球腔操作為:開啟閥門V將壓裂主管道內(nèi)的流體引入投球腔。
[0023]進(jìn)一步的，所述投球腔設(shè)置有泄壓管道II，所述泄壓管道II上設(shè)置有閥門VI，所述步驟g中投球腔通過開啟閥門VI進(jìn)行壓力瀉出。
[0024]進(jìn)一步的，所述進(jìn)球管道連接有球倉，所述球倉的出口設(shè)置有球體限徑通過機(jī)構(gòu)，所述投球操作前還包括將球體按順序放入球倉內(nèi)，并通過球體限徑通過機(jī)構(gòu)依次將球體送入進(jìn)球管道。
[0025]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0026](I)所述壓裂施工投球裝置構(gòu)思巧妙、設(shè)計(jì)合理，通過將壓裂施工的壓力引入主缸體、缸體內(nèi)壓力平衡的過程來實(shí)現(xiàn)投球，本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置能夠在壓裂主管道壓裂施工的過程中帶壓投球，并且能夠?qū)崿F(xiàn)投球過程的連續(xù)化，相比于傳統(tǒng)的投球裝置有效的降低了投球成本，縮短了投球周期，并具有實(shí)現(xiàn)投球過程自動化的基礎(chǔ)，操作人員可遠(yuǎn)離高壓區(qū)域遠(yuǎn)程操作，保證了投球過程的安全，另外該裝置還具有小型化且運(yùn)轉(zhuǎn)低成本化的優(yōu)點(diǎn)，大大降低了施工的運(yùn)輸和安裝成本，
[0027](2)基于該壓裂施工投球裝置和投球方法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在管道帶壓、連續(xù)施工的條件下投球，這將使傳統(tǒng)投球操作得到改變:通過計(jì)算目標(biāo)產(chǎn)層與下一目標(biāo)產(chǎn)層間的管道容積，可在目標(biāo)產(chǎn)層壓裂施工結(jié)束前注入計(jì)算容積的頂替液，當(dāng)計(jì)算容積的頂替液注入完成后即可采用本發(fā)明的壓裂施工投球裝置和投球方法將球體投入井內(nèi)，再用送球液將球體送至下一目標(biāo)產(chǎn)層，進(jìn)而開始下一目標(biāo)產(chǎn)層的壓裂施工。這相比于傳統(tǒng)的投球操作，大大節(jié)省了頂替液的用量(下一目標(biāo)產(chǎn)層與地面間管道的容積量)，并節(jié)省了投球操作時(shí)間和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)成本。
【附圖說明】
[0028]本實(shí)用新型將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0029]圖1是本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置操作過程圖A ;
[0031]圖3是本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置操作過程圖B ;
[0032]圖4是本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置操作過程圖C ;
[0033]圖5是本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置操作過程圖D ;
[0034]圖6是本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置操作過程圖E。
[0035]圖中標(biāo)記:1-主缸體、101-閥門1、102-導(dǎo)槽、103-導(dǎo)桿、104-壓縮彈簧、105-閥門II1、106-閥門V、107_閥門IV、2-活塞推桿、3-投球腔、4-壓力輔助腔、5-進(jìn)球管道、501-閥門II ,502-閥門V1、6-球倉、601-球體限徑通過機(jī)構(gòu)、7-球體、8-壓裂主管道。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明。
[0037]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
實(shí)施例
[0038]本實(shí)用新型的壓裂施工投球裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括主缸體I和活塞推桿2，所述活塞推桿2設(shè)置于主缸體I內(nèi)，且可沿主缸體I內(nèi)腔雙向往復(fù)運(yùn)動，所述主缸體I和活塞推桿2間密封配合而將主缸體I內(nèi)腔劃分為獨(dú)立的投球腔3和壓力輔助腔4 ;所述投球腔3所在主缸體I端部設(shè)置有閥門I 101，投球腔3還設(shè)置有進(jìn)球管道5，所述進(jìn)球管道5上設(shè)置有閥門II 501 ;所述投球腔3和壓力輔助腔4間通過連通管道連通，所述連通管道上設(shè)置有閥門III105 ;所述壓力輔助腔4設(shè)置有泄壓管道I，所述泄壓管道I上設(shè)置有閥門IV 107 ;所述主缸體I內(nèi)設(shè)置有用于活塞推桿2復(fù)位的彈性機(jī)構(gòu)。
[0039]所述彈性機(jī)構(gòu)可安裝于投球腔3或壓力輔助腔4內(nèi)，彈性機(jī)構(gòu)可為壓縮彈性機(jī)構(gòu)或者拉伸彈性機(jī)構(gòu)等現(xiàn)有形式或者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其目的在于儲存壓裂主管道8內(nèi)流體壓力，并通過壓力釋放來實(shí)現(xiàn)投球。
[0040]所述主缸體I的投球腔3端部為管道接頭用于和壓裂主管道8連接，所述壓力輔助腔4端面封閉，壓裂施工投球裝置其主要工作原理如下:壓裂主管道內(nèi)的流體壓力引入(可通過閥門I 101或者另設(shè)引壓用管道)投球腔3，在壓力作用下活塞推桿2向壓力輔助腔4推進(jìn)并使彈性機(jī)構(gòu)發(fā)生彈性形變，閥門III 105用于投球腔3和壓力輔助腔4的壓力平衡，兩腔體壓力平衡過程