一種水平井多級(jí)壓裂用齒輪控制智能投球的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及投球裝置，特別是一種水平井多級(jí)壓裂用齒輪控制智能投球的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著油氣資源需求增多以及科技的進(jìn)步，分段壓裂技術(shù)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。投球器是分段壓裂工藝中不可缺少的設(shè)備。以智能滑套為井下智能開(kāi)關(guān)的壓裂工藝中，通過(guò)投入標(biāo)簽球，控制智能滑套的啟閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)地層的壓裂。
[0003]目前，投球工藝可以分為停泵投球和帶壓投球。傳統(tǒng)的停泵投球工藝是，停泵后卸下井口投球孔處堵頭，投入信號(hào)球后開(kāi)泵繼續(xù)作業(yè)。這種投球方式，需要停泵，耗時(shí)長(zhǎng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大且具有一定的危險(xiǎn)性。帶壓投球工藝是，將信號(hào)球預(yù)先安裝在投球器內(nèi)，施工時(shí)，通過(guò)一定的控制手段，驅(qū)動(dòng)信號(hào)球投入。目前帶壓投球技術(shù)，多掌握在國(guó)外大型油服公司手中，國(guó)內(nèi)進(jìn)行壓裂施工時(shí)需要租賃國(guó)外的投球裝置，費(fèi)用昂貴。而且，這些帶壓投球技術(shù)，也存在著一些不足:
1.承壓要求高，空間體積大，由于帶壓工作且球室與壓裂主流道直接相連，對(duì)裝置的承壓設(shè)計(jì)要求很高；
2.投球效率低，現(xiàn)有的球室豎直排列的帶壓投球是針對(duì)鋼球而設(shè)計(jì)的，當(dāng)新型低密度的電子標(biāo)簽球出現(xiàn)時(shí)，標(biāo)簽球進(jìn)入壓裂管線的概率較低；
3.投球誤操作預(yù)防功能欠缺；
4.標(biāo)簽球安裝步驟繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種投球成功率高、使用方便的水平井多級(jí)壓裂用齒輪控制智能投球的裝置及方法，本發(fā)明在不停泵的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)多級(jí)壓裂中多次投球的遠(yuǎn)程控制。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種水平井多級(jí)壓裂用齒輪控制智能投球的裝置，它包括環(huán)形管道、投球模塊、投球檢測(cè)裝置和集液裝置，環(huán)形管道包括壓裂液主管道、異形連接管、環(huán)形連接管和直連接管，異形連接管、環(huán)形連接管和直連接管依次連通形成一個(gè)U型通管，壓裂液主管道包括壓裂液主管道大徑段和壓裂液主管道小徑段，壓裂液主管道大徑段一側(cè)連通異形連接管，異形連接管靠近壓裂液主管道大徑段的管路上安裝有閥門(mén)B，壓裂液主管道小徑段一側(cè)連通直連接管，直連接管上安裝有閥門(mén)D ;
異形連接管與集液裝置通過(guò)管路連通，異形連接管與集液裝置之間的管路上設(shè)有閥門(mén)C，投球檢測(cè)裝置設(shè)置在異形連接管下方；
投球模塊包括通孔底座、閥門(mén)A和常用投球推送模塊，通孔底座與異形連接管通過(guò)管路連通，閥門(mén)A設(shè)置在通孔底座與異形連接管之間的管路上，常用投球推送模塊設(shè)置在通孔底座上方，投球模塊設(shè)置在異形連接管上方，通孔底座上設(shè)有至少一個(gè)通孔，常用投球推送模塊上設(shè)有信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊與遠(yuǎn)程控制模塊無(wú)線連接，遠(yuǎn)程控制模塊用于發(fā)送施工控制信號(hào)至信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊接收處理信號(hào)并控制常用投球推送模塊、閥門(mén)A、閥門(mén)B、閥門(mén)C和閥門(mén)D的工作；
常用投球推送模塊包括若干組呈環(huán)形連接的投球裝置，若干組投球裝置呈環(huán)形連接形成投球通道，投球裝置包括兩個(gè)豎直安裝架、兩個(gè)齒條擋板、安裝在兩個(gè)齒條擋板之間的齒條擋板和安裝在兩個(gè)豎直安裝架之間的若干個(gè)傾斜底板，傾斜底板靠近投球通道的一側(cè)低于遠(yuǎn)離投球通道的一側(cè)，最上方的傾斜底板上方設(shè)有上部擋板，最下方的傾斜底板下方設(shè)有下部擋板，上部擋板上設(shè)有與齒條擋板嚙合的齒輪，齒輪與電機(jī)連接，電機(jī)安裝在上部擋板上，投球通道與通孔底座上的通孔連通。
[0006]所述的壓裂液主管道大徑段的自由端連接有由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭A，壓裂液主管道小徑段的自由端連接有由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭B。
[0007]所述的上部擋板與下部擋板之間安裝有推拉門(mén)。
[0008]所述的投球檢測(cè)裝置位于通孔底座管路軸線與異形連接管底部相交處，異形連接管的內(nèi)孔底部在投球檢測(cè)裝置上方的位置處開(kāi)有一個(gè)凹槽。
[0009]所述的通孔底座上設(shè)有備用投球推送模塊。
[0010]一種水平井多級(jí)壓裂用齒輪控制智能投球的方法，其特征在于:它包括以下步驟:
51.安裝投球裝置:將投球裝置通過(guò)主管道兩端的由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭A和由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭B連接至井口壓裂管線中，施工人員手動(dòng)操作投球推送模塊上的推拉門(mén)，并對(duì)標(biāo)簽球進(jìn)行編號(hào)，按照順序放入標(biāo)簽球；
52.正常壓裂:正常壓裂不需要投球時(shí)，閥門(mén)A和閥門(mén)C為關(guān)閉狀態(tài)，閥門(mén)B和閥門(mén)D為開(kāi)啟狀態(tài)，開(kāi)啟壓裂液源，壓裂液經(jīng)由壓裂管線、由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭A、壓裂液主管道大徑段、壓裂液主管道小徑段、環(huán)形管道和由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭B流進(jìn)下一段壓裂管線；
53.投球控制:需要投球時(shí)，遠(yuǎn)程控制模塊將施工人員的操作命令傳遞給信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊輸出信號(hào)關(guān)閉閥門(mén)B和閥門(mén)D，開(kāi)啟閥門(mén)C，閥門(mén)A下方部分液體流入集液裝置，使閥門(mén)A下方的液面等高于集液裝置水平管道，10秒后開(kāi)啟閥門(mén)A ;
操作遠(yuǎn)程控制模塊向信號(hào)處理模塊發(fā)出信號(hào)，信號(hào)處理模塊識(shí)別信號(hào)并啟動(dòng)電機(jī)控制常用投球推送模塊中目標(biāo)標(biāo)簽球相對(duì)應(yīng)的齒輪，使齒條擋板上升一定高度，被阻擋的目標(biāo)標(biāo)簽球即可在自身重力的作用下落入投球通道；若標(biāo)簽球密度小于壓裂液則浮于液面之上，若標(biāo)簽球密度大于壓裂液則落入異形連接管的凹槽處；投球模塊共設(shè)置兩套，一套為常用投球推送模塊，另一套為備用投球推送模塊，當(dāng)常用投球推送模塊出現(xiàn)故障無(wú)法正常投球時(shí)，啟用備用投球推送模塊進(jìn)行投球；
54.投球檢測(cè):位于異形連接管凹槽處的投球檢測(cè)裝置，對(duì)投入的標(biāo)簽球的標(biāo)簽球編號(hào)進(jìn)行讀取，以檢測(cè)投入的標(biāo)簽球是否為目標(biāo)球，若判斷為錯(cuò)誤的標(biāo)簽球，則投球檢測(cè)裝置刪除標(biāo)簽球上的標(biāo)簽球編號(hào)，并寫(xiě)入正確的標(biāo)簽球編號(hào)；
55.完成投球:關(guān)閉閥門(mén)A和閥門(mén)C，打開(kāi)閥門(mén)B和閥門(mén)D，壓裂液攜帶標(biāo)簽球進(jìn)入壓裂井口。
[0011]所述的標(biāo)簽球編號(hào)是RFID信號(hào)。
[0012]所述的投球檢測(cè)裝置是RFID讀寫(xiě)器。
[0013]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)壓裂工藝中帶壓投球以及安全可靠的遠(yuǎn)程控制，操作方便；
2.本發(fā)明保證主流道壓裂液正常流動(dòng)時(shí)，利用閥門(mén)截?cái)喹h(huán)形流道，使投球推送單元在常壓下工作，標(biāo)簽球下投完成后，控制相應(yīng)閥門(mén)啟閉，環(huán)形流道連通，形成射流效應(yīng)，促使壓裂液攜帶標(biāo)簽球下入井內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制靈活的優(yōu)點(diǎn)；
3.本發(fā)明的推送裝置簡(jiǎn)單，球盒有序排列，空間體積較小，投球順序可控制；
4.本發(fā)明配備檢測(cè)裝置和備用投球推送單元，提高了投球準(zhǔn)確率和可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為一種水平井多級(jí)壓裂用齒輪控制智能投球的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為一種水平井多級(jí)壓裂用齒輪控制智能投球的裝置的C向剖視圖；
圖3為一種水平井多級(jí)壓裂用齒輪控制智能投球的裝置的A向剖視圖；
圖4為常用投球推送模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為常用投球推送模塊的B向剖視圖。
[0015]圖中，1-備用投球推送模塊，2-通孔底座，3-閥門(mén)A，4_異形連接管，5_常用投球推送模塊，6-投球檢測(cè)裝置，7-由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭A，8-法蘭連接頭，9-壓裂液主管道大徑段，10-壓裂液主管道小徑段，11-由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭B，12-閥門(mén)B，13-閥門(mén)D，14-集液裝置，15-閥門(mén)C，16-信號(hào)處理模塊，17-直連接管，18-環(huán)形連接管，19-遠(yuǎn)程控制模塊，20-齒輪，21-電機(jī)，22-推拉門(mén)，23-傾斜底板，24-齒條擋板，25-投球通道，26-上部擋板，27-下部擋板，28-齒條擋板，29-豎直安裝架。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述: 如圖1所示，一種水平井多級(jí)壓裂用齒輪控制智能投球的裝置包括環(huán)形管道、投球模塊、投球檢測(cè)裝置6和集液裝置14，環(huán)形管道包括壓裂液主管道、異形連接管4、環(huán)形連接管18和直連接管17，異形連接管4、環(huán)形連接管18和直連接管17依次連通形成一個(gè)U型通管，壓裂液主管道包括壓裂液主管道大徑段9和壓裂液主管道小徑段10，本實(shí)施例中，所述的壓裂液主管道大徑段9的自由端連接有由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭A7，壓裂液主管道小徑段10的自由端連接有由壬法蘭轉(zhuǎn)換接頭B11，壓裂液主管道大徑段9 一側(cè)連通異形連接管4，異形連接管4靠近壓裂液主管道大徑段9的管路上安裝有閥門(mén)B12，壓裂液主管道小徑段10 —側(cè)連通直連接管17，直連接管17上安裝有閥門(mén)D13 ；
如圖2、圖3所示，異形連接管4與集液裝置14通過(guò)管路連通，異形連接管4與集液裝置14之間的管路上設(shè)有閥門(mén)C15，投球檢測(cè)裝置6設(shè)置在異形連接管4下方，本實(shí)施例中，所述的投球檢測(cè)裝置6位于通孔底座2管路軸線與異形連接管4底部相交處，異形連接管4的內(nèi)孔底部在投球檢測(cè)裝置6上方的位置處開(kāi)有一個(gè)凹槽，所述的投球檢測(cè)裝置6是RFID讀寫(xiě)器；
投球模塊包括通孔底座2、閥門(mén)A3和常用投球推送模塊5，通孔底座2與異形連接管4通過(guò)管路連通，閥門(mén)A3設(shè)置在通孔底座2與異形連接管4之間的管路上，常用投球推送模塊5設(shè)置在通孔底座2上方，本實(shí)施例中，所述的通孔底座2上設(shè)有備用投球推送模塊I，投球模塊設(shè)置在異形連接管4上方，通孔底座2上設(shè)有至少一個(gè)通孔，常用投球推送模塊5上設(shè)有信號(hào)處理模塊16，信號(hào)處理模塊16與遠(yuǎn)程控制模塊19無(wú)線連接，遠(yuǎn)程控制模塊19用于發(fā)送施工控制信號(hào)至信號(hào)處理模塊16，信號(hào)處理模塊16接收處理信號(hào)并控制常用投球推送模塊5、閥門(mén)A3、閥門(mén)B12、閥門(mén)Cl5和閥門(mén)D13的工作；
如圖4、圖5所示，常用投球推送模塊5包括若干組呈環(huán)形連接的投球裝置，若干組投球裝置呈環(huán)形連接形成投球通道25，投球裝置包括