CN111577233B - 一种可远程自动连续投放压裂球的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可远程自动连续投放压裂球的装置及方法，装置包括中空结构的环形导向箱，环形导向箱中设置有推球柱，环形中空结构中包括容置压裂球的空间、推球柱以及压裂球移动的通道；环形导向箱开设压裂球入口和限位出球口，限位出球口处设置限位滑动块和挡球板，限位出球口的顶面高于限位滑动块的顶面从内侧向外侧逐渐降低，限位滑动块连接有驱动其沿环形导向箱轴向往复移动的驱动装置，驱动装置的控制信号输入端连接远程控制器的输出端；推球柱包括相互连接的主动端和从动端，从动端与压裂球位于同一通道中，能够实现压裂球的自动、连续投放，代替了人工单个投放或自动不可连续投放方式，从而提高平台井工厂化拉链作业的时效。

Description

一种可远程自动连续投放压裂球的装置及方法

技术领域

本发明属于射孔完井领域，具体涉及一种可远程自动连续投放压裂球的装置及方法，尤其是用于井口远程插拔连接器的可自动连续投放压裂球的装置及方法。

背景技术

大规模分段压裂技术是页岩气、致密油气等低孔隙度、低渗透率非常规油气资源开发的关键技术，桥塞射孔联作与加砂压裂是其中的重要环节。桥塞射孔联作是指在井筒与地层有效沟通的前提下，运用电缆输送方式，通过水力泵送将桥塞与射孔工具串输送至井下目的层位，完成桥塞坐封和多簇射孔。加砂压裂是指在桥塞射孔联作结束，实现地层分段与形成孔道的前提下，通过水力压裂让地层形成裂缝，并将石英砂等支撑剂压入裂缝内。所以，通常每段桥塞射孔联作后需要向井筒内投放压裂球(带单向阀桥塞无需投球)，该压裂球被泵送至坐封的桥塞后，与其共同封堵已射孔压裂层段，从而便于后续层段的加砂压裂作业。对于一个平台有多口井的分段压裂施工，通常采用工厂化拉链作业以提高平台井的作业时效，即桥塞射孔联作与加砂压裂同时分别在两口井上进行，当该井的桥塞射孔联作结束后，直接采用不倒立电缆防喷管方式更换枪串至另外一口井上作业；同时压裂作业也直接转入另外一口已完成桥塞射孔联作(已投球)的井上作业，实现桥塞射孔联作与加砂压裂作业的不等停、无缝切换。

目前，大部分都是采用人工登上井口，手动投放压裂球的方式。即在每趟桥塞射孔联作结束后，先将井筒内联作管串与井口上的电缆防喷管吊离井口，人员再携带压裂球爬上2m多高的井口将其投放入井筒内，最后需等待人员远离井口才能开始泵球、压裂。该过程不仅作业效率低、消耗体力大，还涉及高处、高压作业风险，作业危险性高。同时，剧增的页岩气工作量对大规模分段压裂时效提出了更高的要求，现有的手动投放单个压裂球的方法，已经难以满足页岩气高效、安全开发的要求。

申请公布号为CN 109779548A的中国发明专利《一种井口远程插拔连接器及防喷装置远程井口连接和作业方法》公开了用于井口远程插拔连接器的自动投球远程控制投球装置，该装置为盒状结构，固定在井口远程插拔连接器的上接头处，通过远程控制抽拉球盒的底拖板，让预放置的压裂球直接掉入井口喇叭口状的井口远程插拔连接器的下接头内，从而实现单个的自动投球。虽然该装置实现了自动投球，但每次仍需倒下电缆防喷管人工补给压裂球，无法满足平台井无需倒立电缆防喷管进行工厂化拉链作业的需求。

发明内容

为了解决了现有技术中存在的问题，本发明公开了一种用于井口远程插拔连接器的可自动连续投放压裂球的方法，能够实现压裂球的自动、连续投放，代替了人工单个投放或自动不可连续投放方式，无需人工补给压裂球，从而提高平台井工厂化拉链作业的时效，避免手动投球危险和低效的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种可远程自动连续投放压裂球的装置，包括环形导向箱，环形导向箱中设置有推球柱，环形导向箱为环形中空结构，环形中空结构中包括容置压裂球的空间、推球柱以及压裂球移动的通道；环形导向箱开设压裂球入口和限位出球口，限位出球口处设置限位滑动块和挡球板，限位出球口的顶板高于环形导向箱顶板高度至少一个压裂球的直径，限位出球口的顶面高于限位滑动块，限位滑动块的顶面从内侧向外侧逐渐降低，限位滑动块连接有驱动其沿环形导向箱轴向往复移动的驱动装置，所述驱动装置的控制信号输入端连接远程控制器的输出端；挡球板正对压裂球的移动方向，挡球板的高度高于环形导向箱中压裂球的中心点；推球柱包括相互连接的主动端和从动端，主动端连接驱动器，从动端与环形导向箱滑动连接，从动端与压裂球位于同一通道中。

环形中空结构沿轴向分为上下两层，其断面为T形，上层通道为容置压裂球的空间以及压裂球移动的通道；推球柱从动端滑动设置在上层通道中，推球柱的主动端设置在下层通道中。

环形导向箱的上层通道中开设有环形轨道，推球柱主动端与所述环形轨道滑动连接，推球柱与所述环形轨道之间设置滚动机构。

推球柱包括相互连接的主柱体和轴杆，主柱体为从动端，轴杆为主动端，轴杆顶部和底部均设有柱轴，柱轴上设置滚动轴承，滚动轴承滚动地设置在所述环形轨道中。

驱动器采用弹簧，弹簧的一端连接环形导向箱的内壁，另一端连接推球柱的主动端。

所述驱动装置采用气缸或油缸，气缸或油缸的输出端连接限位滑动块。

限位滑动块的顶面为斜面。

环形导向箱包括第一环形导向箱和第二环形导向箱，第一环形导向箱和第二环形导向箱均为半环形，第一环形导向箱和第二环形导向箱内部连通，第一环形导向箱和第二环形导向箱顶部设置卡箍槽卡箍槽中设置卡箍紧固第一环形导向箱和第二环形导向箱。

环形导向箱的底部设置可拆卸的底盖，环形导向箱的压裂球入口处设置可开关侧窗。

一种压裂球的连续投放方法，采用本发明所述装置将压裂球装入容置压裂球的空间中，限位滑动块处于关闭状态，压裂球位于推球柱从动端与限位滑动块之间；

压裂球单次投放过程为：将环形导向箱投放至指定位置，远程控制器向驱动装置发出动作指令，驱动装置带动限位滑动块沿环形导向箱的轴向向下移动，压裂球在推球柱的推动作用下移动至滑动块的顶面与挡球板之间，同时，驱动装置带动限位滑动块沿环形导向箱的轴向向上移动，使得压裂球从限位出球口投出，完成一次投放；此时限位滑动块再次处于关闭状态；

将环形导向箱投放至下一个指定位置，执行压裂球单次投放过程，即可实现多次连续投放压裂球。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

将本发明所述装置与井口远程插拔连接器配合使用后，能实现压裂球的自动、连续投放，无需作业人员每次登高手动投放压裂球，能避免高处和高压作业风险，作业更安全、更简便；也无需每次倒下电缆防喷管进行补给压裂球，极大地提高了作业效率；在平台油气井分段压裂施工中采用本发明所述装置后，投放压裂球时效至少提速50％，实现了桥塞射孔联作与加砂压裂的高连续性、强紧凑性地交替作业，使工厂化平台井施工效率最大化。

采用本发明所述连续投放压裂球的方法，能连续投放压裂球，并且在进行其他压裂球投放时，对另一口井进行加砂压裂工作，能平台井桥塞射孔联作与加砂压裂作业的不等停、无缝切换，提高平台井工厂化拉链作业的时效，避免手动投球的危险和低效。

附图说明

图1本发明的展开全剖示意图；

图2本发明的推球柱示意图；

图3本发明打开可开关侧窗装压裂球的示意图；

图4本发明安装在井口远程插拔连接器的示意图；

图5本发明限位滑块处于关闭状态示意图；

图6本发明限位滑块下移压裂球进入斜面示意图；

图7本发明限位滑块上移顶出压裂球示意图。

图中：a、井口远程插拔连接器下接头喇叭口；b、井口远程插拔连接器上接头；1、第一环形装球导向箱；12、环形挡板；13、挡球板；2、第二环形装球导向箱；21、外凸环形卡槽；22、可开关侧窗；23、外凸环形中空腔；24、底盖；3、推球柱；31、柱轴；32、轴承；33、主柱体；34、轴杆；4、拉簧；5、无杆气缸；6、限位滑动块；61、斜面；7、卡箍。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1-7所示，本发明提供一种用于井口远程插拔连接器的可自动连续投放压裂球的装置包括：第一环形装球导向箱1、第二环形装球导向箱2、限位滑动块、推球柱3、拉簧4、无杆气缸(液缸)5、限位滑动块6和卡箍7。第一环形装球导向箱1和第二环形装球导向箱2采用卡槽结构连接成一体，设置在井口远程插拔连接器插拔上接头上，第一环形装球导向箱1和第二环形装球导向箱2上端面设置卡箍7，第一环形装球导向箱和第二环形装球导向箱通过两半卡箍7紧固；同时，第一环形装球导向箱1和第二环形装球导向箱2连接成一体后为环形、封闭且中空的结构，其第一环形装球导向箱1和第二环形装球导向箱2中空的结构内部用于存放压裂球，密闭环境最大程度防止雨水对压裂球的影响(部分压裂球为可溶球，易受雨水损坏)。

无杆气缸5的动力输入端连接地面压缩气的输出口，地面压缩气装置输出口的开关控制端连接远程控制器。

可选的，当限位滑动块6采用液缸驱动时，液缸的动力输入端连接地面液压站的输出端，所述输出端的开关控制端连接远程控制器。

第一环形装球导向箱1为环形中空结构，一端设有连接卡槽，另外一端设有限位出球端；第一环形装球导向箱1的顶部设有安装卡箍7的外凸环形卡槽21，顶部内表面设有环形滑轨，中部设有贯穿的T形槽，底部设有安装和限制拉簧4的外凸环形中空腔23，外凸环形中空腔23底部开设贯穿槽，外凸环形中空腔23底部设置底盖24，且底盖24可拆卸。

第二环形装球导向箱2为环形中空结构，一端设有连接卡槽，另外一端设有进球的可开关侧窗22；顶部设有安装卡箍7的外凸环形卡槽21，顶部内表面设有环形滑轨，中部设有贯穿的T形槽，底部设有安装和限制拉簧4的外凸环形中空腔23，外凸环形中空腔23底部设有贯穿槽，外凸环形中空腔23底部设置底盖24，且底盖24可拆卸。优选地，拉簧4安装和限定在外凸环形中空腔23内，拉簧4一端固定在第一环形装球导向箱1的限位出球口内端面，另一端固定在推球柱3的轴杆34上。

参考图3和图4，优选地，第一环形装球导向箱1的限位出球端设有沿轴向的限位滑动槽和沿周向的出球口，限位滑动槽周向最外端面设有挡球板13，挡球板13的高度比第一环形装球导向箱1和第二环形装球导向箱2中的压裂球中心点高，便于压裂球被限位滑动块6顶出后顺利从限位出球口滚出；同时限位出球口顶部设有环形挡板12，使得被限位滑动块6顶出的压裂球只能往下掉落，避免沿周向掉落。

参考图5-图7，优选地，所述限位滑动块6为带斜面61的梯形柱体，设在第一环形装球导向箱1的限位出球端内，并与安装在内端面的无杆气缸(液缸)5相连，实现轴向的快速移动。限位滑动块6处于关闭状态时，压裂球被限制在第一环形装球导向箱1和第二环形装球导向箱2内。

环形中空结构沿轴向分为上下两层，其断面为T形，上层通道为容置压裂球的空间以及压裂球移动的通道；推球柱3从动端滑动设置在上层通道中，推球柱3的主动端设置在下层通道中。

可选的，环形导向箱的上层通道中开设有环形轨道，推球柱3主动端与所述环形轨道滑动连接，推球柱3与所述环形轨道之间设置滚动机构。

可选的，推球柱3包括相互连接的主柱体33和轴杆34，主柱体33为从动端，轴杆34为主动端，轴杆34顶部和底部均设有柱轴32，柱轴32上设置滚动轴承31，滚动轴承31滚动地设置在所述环形轨道中。

可选的，推球柱3包括相互连接的主柱体33和轴杆34，柱轴32上均连接有万向球，所述万向球滚动地设置在环形轨道中。

如图1和图2所示，推球柱3为柱状结构，主柱体33的顶部和底部均设有凸台阶，凸台阶上均设有相间一定距离的柱轴32，每个柱轴上均设有滚动轴承31，推球柱3安装和限定于第一环形装球导向箱和第二环形装球导向箱顶部的环形滑轨与T形槽内；同时推球柱3底部凸台阶下端设有轴杆34，轴杆34直接穿过第一环形装球导向箱1、第二环形装球导向箱2底部的外凸环形中空腔23及盖板24。

采用本发明所述装置连续自动投放压裂球的过程如下：

(1)首次使用该方法投放压裂球时，在地面将第一环形装球导向箱1和第二环形装球导向箱2分别套在井口远程插拔连接器上接头b台阶上(井口远程插拔连接器上接头连接在电缆防喷管底部)，将二者对接成一体后，使用两半卡箍7将其紧固；打开第一环形装球导向箱1和第二环形装球导向箱2底部外凸环形中空腔23的底盖24，将拉簧4放入并将其一端固定在第一环形装球导向箱1的限位出球口内端面，另一端固定在已安装好的推球柱3的轴杆34上，并紧固底盖24。

(2)确保限位滑动块6处于关闭状态后，打开第二环形装球导向箱2的可开关侧窗22，并将推球柱3拉至第二环形装球导向箱2周向底端，将平台井一天所能压裂的最多段次(通常为4-5段)的对应数量压裂球从可开关侧窗22放入，关闭锁紧可开关侧窗22，松开推球柱3。此时压裂球被限位滑动块6与推球柱3限制在环形装球导向箱内。

(3)连接并紧固无杆气缸(液缸)5的控制管线。

(4)将井口远程插拔连接器上接头b起吊至井口进行桥塞射孔联作。

(5)每趟桥塞射孔联作结束，且联作管串完全起井电缆防喷管内后就直接向井口投放压裂球：通过远程控制使无杆气缸(液缸)5带动限位滑动块6沿轴向快速下移，环形装球导向箱内的其中一个压裂球即在推球柱3推挤作用下到达限位滑动块6的斜面61，此时无杆气缸(液缸)5继续带动限位滑动块6沿轴向快速上移，将压裂球顶出限位出球口的同时，将其他压裂球阻挡限制在环形装球导向箱内。

优选的，限位滑动块6向下移动时，顶面高度不超过压裂球移动的通道的高度，使得压裂球能顺畅地移动至限位滑动块6与挡球板13之间；限位滑动块6向上移动时，顶面高度不低于挡球板13的高度，能使压裂球顺利从限位出球口投放出去。

(6)压裂球掉落进入井口远程插拔连接器下接头的喇叭口a后，起出井口远程插拔连接器上接头b，压裂球则直接掉入井筒。

(7)直接在不倒立电缆防喷管的前提下更换联作管串，又随即将电缆防喷管、联作管串吊至另外一口井作业，继续实现远程控制自动投球；同时直接对已投压裂球井进行加砂压裂作业，实现平台井桥塞射孔联

(8)作与加砂压裂作业的不等停、无缝切换。

(9)在平台井一天的分段压裂施工结束后，即可倒下电缆防喷管，向第二环形装球导向箱补给次日所需压裂球。

对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体实施例只是本发明的优选方案，因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变动，体现的仍是本发明的原理，实现的仍是本发明的目的，均属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种可远程自动连续投放压裂球的装置，其特征在于，包括环形导向箱，环形导向箱中设置有推球柱（3），环形导向箱为环形中空结构，环形中空结构中包括容置压裂球的空间、推球柱（3）以及压裂球移动的通道；环形导向箱开设压裂球入口和限位出球口，限位出球口处设置限位滑动块（6）和挡球板（13），限位出球口的顶板高于环形导向箱顶板高度至少一个压裂球的直径，限位出球口的顶面高于限位滑动块（6），限位滑动块（6）的顶面从内侧向外侧逐渐降低，限位滑动块（6）连接有驱动其沿环形导向箱轴向往复移动的驱动装置，所述驱动装置的控制信号输入端连接远程控制器的输出端；挡球板（13）正对压裂球的移动方向，挡球板（13）的高度高于环形导向箱中压裂球的中心点；推球柱（3）包括相互连接的主动端和从动端，主动端连接驱动器，从动端与环形导向箱滑动连接，从动端与压裂球位于同一通道中；环形中空结构沿轴向分为上下两层，其断面为T形，上层通道为容置压裂球的空间以及压裂球移动的通道；推球柱（3）从动端滑动设置在上层通道中，推球柱（3）的主动端设置在下层通道中。

2.根据权利要求1所述的可远程自动连续投放压裂球的装置，其特征在于，环形导向箱的上层通道中开设有环形轨道，推球柱（3）主动端与所述环形轨道滑动连接，推球柱（3）与所述环形轨道之间设置滚动机构。

3.根据权利要求2所述的可远程自动连续投放压裂球的装置，其特征在于，推球柱（3）包括相互连接的主柱体（33）和轴杆（34），主柱体（33）为从动端，轴杆（34）为主动端，轴杆（34）顶部和底部均设有柱轴（32），柱轴（32）上设置滚动轴承（31），滚动轴承（31）滚动地设置在所述环形轨道中。

4.根据权利要求1所述的可远程自动连续投放压裂球的装置，其特征在于，驱动器采用弹簧(4)，弹簧（4）的一端连接环形导向箱的内壁，另一端连接推球柱（3）的主动端。

5.根据权利要求1所述的可远程自动连续投放压裂球的装置，其特征在于，所述驱动装置采用气缸或油缸，气缸或油缸的输出端连接限位滑动块（6）。

6.根据权利要求1所述的可远程自动连续投放压裂球的装置，其特征在于，限位滑动块（6）的顶面为斜面（61）。

7.根据权利要求1所述的可远程自动连续投放压裂球的装置，其特征在于，环形导向箱包括第一环形导向箱（1）和第二环形导向箱（2），第一环形导向箱（1）和第二环形导向箱（2）均为半环形，第一环形导向箱（1）和第二环形导向箱（2）内部连通，第一环形导向箱（1）和第二环形导向箱（2）顶部设置卡箍槽，卡箍槽中设置卡箍（7）紧固第一环形导向箱（1）和第二环形导向箱（2）。

8.根据权利要求1所述的可远程自动连续投放压裂球的装置，其特征在于，环形导向箱的底部设置可拆卸的底盖（24），环形导向箱的压裂球入口处设置可开关侧窗（22）。

9.一种压裂球的连续投放方法，其特征在于，采用权利要求1所述的装置将压裂球装入容置压裂球的空间中，限位滑动块（6）处于关闭状态，压裂球位于推球柱（3）从动端与限位滑动块（6）之间；

压裂球单次投放过程为：将环形导向箱投放至指定位置，远程控制器向驱动装置发出动作指令，驱动装置带动限位滑动块（6）沿环形导向箱的轴向向下移动，压裂球在推球柱（3）的推动作用下移动至滑动块（6）的顶面与挡球板（13）之间，同时，驱动装置带动限位滑动块（6）沿环形导向箱的轴向向上移动，使得压裂球从限位出球口投出，完成一次投放；此时限位滑动块（6）再次处于关闭状态；

将环形导向箱投放至下一个指定位置，执行压裂球单次投放过程，即可实现多次连续投放压裂球。

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