一种可控制速率并监控压裂暂堵球智能投球装置的制作方法

1.本发明涉及一种可控制速率并监控压裂暂堵球智能投球装置，属于石油天然气开采技术领域。


背景技术：

2.油气藏在不断开发过程中，需要对套筒射孔进行分级压裂，以便逐步、充分地采集地层油气能源。为了避免重复压裂，近年来出现了一种以分段、分时、定向压裂的技术，其中使用了暂堵剂材料。暂堵剂，主要应用于压裂转向作业，在井内需要分段或转向压裂开缝时使用。该技术的作用机理在于压裂前向地层挤入一部分暂堵剂，关井憋压一段时间后，开启复杂裂缝网络；或是将暂堵剂注入孔眼或缝口，迫使其产生新裂缝，进而加强新高含油气区的“沟通”，提高油气井的改造能力。暂堵球的作用就是将地层浅部压裂的射孔(即流动阻力较低位置处的射孔)暂时封堵，而优先压裂流动阻力较大的、地层低渗透层位置的射孔。
3.水平井投球分段压裂技术是在压裂过程中利用暂堵球来实现分段压裂的一项技术，其首先要解决的问题是对水平射孔井段进行有效分段。采取的方法是根据储层物性对水平射孔段进行精细划分，然后进行分类，在此基础上确定压裂井段的压裂裂缝条数及起裂先后顺序。其次，要根据裂缝的起裂情况对暂堵球进行优化，以保证有效地进行分段改造。在通常主要根据射孔孔眼数和射孔相位角选择投球的种类和数量的基础上，水平井分段压裂还必须依据每条裂缝起裂的先后顺序来确定各批次的投球数量，同时还必须根据裂缝与水平井筒的方位关系(垂直还是平行的关系)来优化每一批次所投球中不同密度球的数量。其工艺原理是：在压裂过程中，首先压开物性最好的井段，利用已压开井段吸液量大的特点，在完成第1个目的井段压裂施工后，用压裂液将设计数量的暂堵球带入已压开井段的射孔孔眼处，暂堵该井段的孔眼，迫使压裂液进入其他未压开井段，从而使物性次好的目的层段被压开。如此反复进行，直至压开设计的所有裂缝为止，最后泵注顶替液完成压裂施工，达到有效改造水平井的目的。
4.目前，国内水平井分段压裂工艺、暂堵转向压裂工艺技术配套的投球装置投球动作仍靠人工操作，施工中存在很大的安全隐患和缺陷，具体表现在以下几个方面：
5.1、施工人员进入压裂高压区向装置内投送压裂球，施工过程井口压力高,严重威胁操作者安全。
6.2、投球装置投放球时，无法通过有效的数据判断球是否投放成功。
7.3、井口压力大，投球装置是否遭受破坏、是否正常运行无法实时监控。
8.4、智能化程度低，不能统计投球过程的实时运行数据，不能控制投球速率，不能有效统计投球数量、投球时间、井口实时压力。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种可控制速率并监控压裂暂堵球智能投球装置，利用压力传感装置、光电传感器传达至远程控制器，根据传输信号可实时监测暂堵球的投送状态，如
监测暂堵球的投送是否成功、监测暂堵球的投送速度、监测腔体压力的大小，对暂堵球的投送速度根据现场状况进行调节，统计投球个数。
10.本发明采用曲柄滑块机构做往复运动将暂堵球推送至格栅传送带，再由格栅传送带对暂堵球进行投送至缸体，缸体上的压力感应装置可对腔体进行实时压力监测，完成超压自动保护，增加机构的稳定性、精准性、可控性。
11.本发明所提供的可控制速率并监控压裂暂堵球智能投球装置，包括远程控制器、t型集球槽、传送带、曲柄滑块机构和缸体；
12.所述t型集球槽的槽内设有暂堵球推动杆，所述曲柄滑块机构能推动所述暂堵球推动杆沿所述t型集球槽做往复运动，从而推动暂堵球至所述传送带上；
13.所述传送带的另一端连接所述缸体；
14.所述缸体的一端连接压裂液管汇，另一端为压裂液流出口；
15.所述传动带和所述曲柄滑块机构均与所述远程控制器连接，所述远程控制器控制所述曲柄滑块机构的启闭，所述远程控制器控制所述传动带的传动速度；
16.所述远程控制器还监测所述缸体内的压力以及进入所述缸体内的暂堵球个数。
17.具体地，所述t型集球槽连接一y型管，其大口端作为放球口。
18.具体地，所述曲柄滑块机构包括伺服电机ⅰ、连架杆和连杆；
19.所述连杆与所述暂堵球推动杆连接；
20.所述伺服电机ⅰ驱动所述连架杆做圆周运动，所述连架杆带动所述连杆和所述暂堵球推动杆做往复运动。
21.具体地，所述暂堵球推动杆上设有光电传感器ⅰ；
22.所述光电传感器ⅰ和所述伺服电机ⅰ均与所述远程控制器连接，所述远程控制器接收所述光电传感器ⅰ的信号，实现对所述伺服电机ⅰ的控制，即
23.所述光电传感器ⅰ可判定所述暂堵球推动杆的上方是否有暂堵球以及暂堵球是否被推动至所述传送带的入球口，将实时信号传递至所述远程控制器，完成实时监控和判定；所述远程控制器根据信号是否启动所述伺服电机ⅰ。
24.具体地，所述t型集球槽的槽体底板设有滑轨，所述暂堵球推动杆沿所述滑轨做往复运动。
25.具体地，所述传送带上设有若干格栅，进而形成装载暂堵球的若干空间。
26.具体地，所述传动带由伺服电机ⅱ驱动；
27.所述伺服电机ⅱ与所述远程控制器连接，实现对所述传送带速度的控制。
28.具体地，所述缸体上设有压力传感器和光电传感器ⅱ；
29.所述压力传感器与所述远程控制器连接，以监测所述缸体内的压力，实现过压自动保护；
30.所述光电传感器ⅱ与所述远程控制器连接，以监测暂堵球是否投送成功并计数。
31.本发明具有如下有益技术效果：
32.自动运行，远程控制器全程记录装置运行信息，远程控制曲柄滑块机构推进暂堵球至格栅传送带，采用格栅传送带投球，根据实际情况进行传送速率调节，投球精度高，设置光电传感器和远程控制器，实时监控投球装置内部的投球是否成功，监控压力变化，当压力在合适范围内，系统控制装置工作，超压停机保护；系统自动统计投球个数，投球精度高、
准确。
附图说明
33.图1为本发明投球装置的整体结构示意图。
34.图2为本发明投球装置中曲柄滑块机构的结构图。
35.图3为本发明投球装置中格栅传送带的结构图。
36.图中各标记如下：
37.1.缸体，2.光电传感器ⅱ，3.压力传感器，4.光电传感器ⅰ，5.伺服电机i，6.连架杆，7.连杆，8.t型集球槽，9.格栅传送带，10.暂堵球推动杆，11.y型槽，12.y型槽进球口，13.压裂液管汇，14.压裂液出口管汇，15.螺栓，16.总连接管i，17.总连接管ii，18.总连接管iii，19.远程控制器，20.腔盖，21.压裂液出口处，22.格栅传送带入口，23.格栅传送带出口，24.41.滑轨，25.格栅，26.伺服电机ⅱ，64.挡板。
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
39.图1为本发明提供的可控制速率并监控压裂暂堵球智能投球装置的整体结构示意图，包括远程控制器19、t型集球槽8、格栅传送带9、曲柄滑块机构和缸体1。t型集球槽8连接y型槽11，其大口端作为进口—y型槽进球口12，t型集球槽8的槽内设有暂堵球推动杆10，曲柄滑块机构能推动暂堵球推动杆10沿t型集球槽8做往复运动，从而推动暂堵球至格栅传送带9上。格栅传送带9的另一端连接缸体1，缸体1的一端连接压裂液管汇13，另一端连接为压裂液流出管汇14。缸体1上设有压力传感器3和光电传感器ⅱ2，它们通过总连接管i16与远程控制器19连接，以监测缸体1内的压力，实现过压自动保护，并监测暂堵球是否投送成功并计数。
40.如图2所示，曲柄滑块机构包括伺服电机ⅰ5、连架杆6和连杆7。连杆7与暂堵球推动杆10连接，伺服电机ⅰ5驱动连架杆6做圆周运动，连架杆6带动连杆7(沿滑轨41)和暂堵球推动杆10(沿滑轨24)做往复运动。暂堵球推动杆10上设有光电传感器ⅰ4，如图1所示，光电传感器ⅰ4和伺服电机ⅰ5通过总连接管ii17与远程控制器19连接，远程控制器19接收光电传感器ⅰ4的信号，实现对伺服电机ⅰ5的控制，即光电传感器ⅰ4可判定暂堵球推动杆10的上方是否有暂堵球以及暂堵球是否被推动至格栅传送带9的入球口，将实时信号传递至远程控制器19，完成实时监控和判定，远程控制器19根据信号是否启动伺服电机ⅰ5。
41.如图3所示，格栅传送带9上设有若干格栅25，将暂堵球分隔至相应的槽中，传动带由伺服电机ⅱ26驱动，伺服电机ⅱ26通过总连接管iii18与远程控制器19连接，实现对格栅传送带9速度的控制。
42.本发明投球装置的工作过程如下：
43.将本发明装置右端安装在井口，左端连接压裂管汇13，当压力传感器3传输到远程控制器19，实时压力为适当值时，开始投球工作。暂堵球从y型槽进球口12进入，落入t型槽暂堵球推动杆10上方，此时暂堵球推动杆10上的光电传感器ⅰ4检测前方有暂堵球时，将信号传递给远程控制器19，远程控制器19控制伺服电机ⅰ5提供动力带动连架杆6做圆周运动，连架杆6做圆周运动带动连杆7和暂堵球推动杆10做往复运动，暂堵球推动杆10在滑轨24上
进行往复运动，当完成一次推球运动后，暂堵球推动杆10上的光电传感器ⅰ4监测暂堵球是否被推动至下一环节以及上方是否有暂堵球落下，并将信号实时传递给远程控制器19，以判定下一个动作是否运行。
44.其中，本发明投球装置中曲柄滑块机构的工作过程为：先由远程控制器19接受来自光电传感器ⅰ4的信号，再进行人工判断驱动电机ⅰ5提供动力，连架杆6做往复运动的同时带动连杆7在滑轨41上运行，保证暂堵球推动杆10按照滑轨41的路线在滑轨24上运行，其中，使连杆7与暂堵球推动杆10的连接处与滑轨41在同一条水平线上。
45.其中，本发明投球装置中格栅传送带的工作过程为：当暂堵球被暂堵球推动杆10推动至格栅传送带9，每个暂堵球被格栅25分隔至相应的位置，且由挡板66挡住，远程控制器19控制伺服电机ii26提供动力且可控制投送速度，定滑轮82增加带的预紧提高装置的稳定性和可靠性。
46.当暂堵球被推动至暂堵球出球口23时，缸体1上的光电传感器ⅱ2检测球是否进入缸体1，并进行计数，将信号传递给远程控制器19，缸体1上的压力传感器3对缸体1进行压力测量将整个缸体1的压力传递给远程控制器19来判定是否超压保护停止运行装置。

技术特征：
1.一种可控制速率并监控压裂暂堵球智能投球装置，包括远程控制器、t型集球槽、传送带、曲柄滑块机构和缸体；所述t型集球槽的槽内设有暂堵球推动杆，所述曲柄滑块机构能推动所述暂堵球推动杆沿所述t型集球槽做往复运动，从而推动暂堵球至所述传送带上；所述传送带的另一端连接所述缸体；所述缸体的一端连接压裂液管汇，另一端为压裂液流出口；所述传动带和所述曲柄滑块机构均与所述远程控制器连接，所述远程控制器控制所述曲柄滑块机构的启闭，所述远程控制器控制所述传动带的传动速度；所述远程控制器还监测所述缸体内的压力以及进入所述缸体内的暂堵球个数。2.根据权利要求1所述的投球装置，其特征在于：所述t型集球槽连接一y型管，其大口端作为放球口。3.根据权利要求1或2所述的投球装置，其特征在于：所述曲柄滑块机构包括伺服电机ⅰ、连架杆和连杆；所述连杆与所述暂堵球推动杆连接；所述伺服电机ⅰ驱动所述连架杆做圆周运动，所述连架杆带动所述连杆和所述暂堵球推动杆做往复运动。4.根据权利要求3所述的投球装置，其特征在于：所述暂堵球推动杆上设有光电传感器ⅰ；所述光电传感器ⅰ和所述伺服电机ⅰ均与所述远程控制器连接，所述远程控制器接收所述光电传感器ⅰ的信号，实现对所述伺服电机ⅰ的控制。5.根据权利要求1-4中任一项所述的投球装置，其特征在于：所述t型集球槽的槽体底板设有滑轨，所述暂堵球推动杆沿所述滑轨做往复运动。6.根据权利要求1-5中任一项所述的投球装置，其特征在于：所述传送带上设有若干格栅，进而形成装载暂堵球的若干空间。7.根据权利要求1-6中任一项所述的投球装置，其特征在于：所述传动带由伺服电机ⅱ驱动；所述伺服电机ⅱ与所述远程控制器连接，实现对所述传送带速度的控制。8.根据权利要求1-7中任一项所述的投球装置，其特征在于：所述缸体上设有压力传感器和光电传感器ⅱ；所述压力传感器与所述远程控制器连接，以监测所述缸体内的压力；所述光电传感器ⅱ与所述远程控制器连接，以监测暂堵球是否投送成功并计数。9.权利要求1-8中任一项所述投球装置在水平井投球分段压裂中的应用。

技术总结
本发明公开了一种可控制速率并监控压裂暂堵球智能投球装置。所述投球装置包括远程控制器、T型集球槽、传送带、曲柄滑块机构和缸体；T型集球槽的槽内设有暂堵球推动杆，曲柄滑块机构能推动暂堵球推动杆沿T型集球槽做往复运动，从而推动暂堵球至传送带上；传送带的另一端连接所述缸体；缸体的一端连接压裂液管汇，另一端为压裂液流出口；传动带和曲柄滑块机构均与远程控制器连接，远程控制器控制曲柄滑块机构的启闭，远程控制器控制传动带的传动速度；远程控制器还监测缸体内的压力以及进入缸体内的暂堵球个数。本发明能够监测暂堵球的投送是否成功、监测暂堵球的投送速度、监测腔体压力的大小，对暂堵球的投送速度根据现场状况进行调节，统计投球个数。统计投球个数。统计投球个数。


技术研发人员：陈峥嵘 曹砚锋 幸雪松 武广瑷 周俊 张安顺 侯亚南 谢昕 吴建树 王黎 文恒 艾传志 江锚 姜浒
受保护的技术使用者：中海石油（中国）有限公司北京研究中心
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/9/6