[发明专利]水平井分层压裂自动投球器

说明书

技术领域

本发明涉及页岩气排采领域的井下压裂装备，尤其是一种通过井口投压裂球来实现水平井分段压裂的水平井分层压裂自动投球器。

背景技术

作为一种全新出现的清洁性能源，页岩气正逐渐成为全球的能源开发的热点。与普通的常规天然气相比，页岩气的资源开发潜力很有可能大于常规天然气，但是页岩气藏具有低饱和度、低渗透率等特征，气体阻力与常规天然气大相比要一些，所以一般情况下页岩气不能进行自产或者产量很低，其采收率很低，无法实现大规模地经济性开采。页岩气的气流阻力大，如果采用传统的开采方式，增加了页岩气储层的开发难度，因此页岩气储层都需要经过压裂改造才能实现经济性开采。页岩气的开采方式主要是以水平井和分段压裂结合的技术，这种压裂开采方式能将地层中既存的裂缝与压裂施工过程中形成的裂缝联通起来进而形成庞大的裂缝网络，在很大程度上提高了页岩气的采收率和开发效率。水平井分层压裂技术有很多种工艺技术，每种工艺技术都有与其相配套的压裂工具，投球压裂技术是水平井分段压裂的常见压裂技术，投球压裂技术依靠在井口投压裂球来完成压裂，因此井口投球器在水平井分段压裂中起到了很大的作用。

但是，目前我国投球器还存在很多不足的地方，具体体现在以下这几个方面：我国投球装置的结构过于复杂、不好操作，而且工人操作时费时费力；所投压裂球的数目有限，不能实现多段压裂；而且不能进行连续投球，使得压裂施工的工作效率很低；承受压力的能力较差，承受高温的能力也较差；国内的投球器大多不能进行自动投球，一般都需要机械式投球，国外研究出的自动投球器可以进行自动投球，减少工人的劳动强度，同时可以在恶劣的环境下进行远程操作；国内设计的有些投球器投球时需要泄压，打开投球器重新装球，不仅操作费时，泄压时也会引起安全隐患。

发明内容

本发明旨在解决背景技术中提到的问题，本发明提出了一种通过井口投压裂球来实现水平井分段压裂的水平井分层压裂自动投球器，可以代替现有的投球器，其采用的技术方案如下：

水平井分层压裂自动投球器，包括自动投球器和液压控制系统；所述自动投球器包括六角安装螺母、主体法兰盖、双头连接螺栓、压裂球、缸头固定螺钉、双头活塞杆、液压缸缸体、固定螺钉、前缸盖、后缸盖、前导向套、后导向套、投球器主体、导向套卡键、高压密封圈、前油口和后油口，其中投球器主体顶部和顶部为法兰结构，两侧开有相同数目的双头液压缸的安装螺纹孔和工作孔，中部开有通腔，其底端法兰通过双头连接螺栓和六角安装螺母与压裂井口树的液控旋塞阀连接，其顶部法兰通过双头连接螺栓和六角安装螺母与主体法兰盖连接，所述双头活塞杆、液压缸缸体、固定螺钉、前缸盖、后缸盖、前导向套、后导向套、导向套卡键、高压密封圈、前油口和后油口组成双头液压缸，其中液压缸缸体前端为法兰结构，并通过缸头固定螺钉和投球器主体两侧的安装螺纹孔将液压缸缸体安装在投球器主体两侧，液压缸缸体的前部和后部内侧开有安装槽并在安装槽中安装导向套卡键，前导向套利用固定螺钉、前缸盖和导向套卡键安装在液压缸缸体的前部，后导向套利用固定螺钉、后缸盖和导向套卡键安装在液压缸缸体的后部，前导向套和后导向套内侧和外侧均开有安装槽并在安装槽中安装高压密封圈，并在其内侧分别支撑双头活塞杆前端光杆区和后端光杆区，双头活塞杆中部外侧开有安装槽并在安装槽中安装高压密封圈，其前端光杆区通过投球器主体侧面的工作孔进入中部的通腔，前油口焊接在液压缸缸体前部，位于前导向套后端，后油口焊接在液压缸缸体后部，位于后导向套前端；

所述液压控制系统包括液控单向阀、三位四通电磁换向阀、二位四通电磁换向阀、单向节流阀和液压泵；液压缸缸体的左腔与油箱接通，液压缸缸体的右腔和液控单向阀连接，液控单向阀连接三位四通电磁换向阀和二位四通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀连接单向节流阀；三位四通电磁换向阀和二位四通电磁换向阀连接液压泵。

进一步优化，压裂球按直径从小到大的顺序利用双头活塞杆从下到上依次放置在投球器主体中部的通腔的不同分段中；在使用本发明工作前，通过液压控制柜远程控制双头液压缸工作，完成压裂球的装载过程；在使用本发明工作时，通过液压控制柜远程控制双头液压缸工作，依次释放投球器主体中部的压裂球，之后压裂球依靠重力落到压裂井口中，然后随压裂液进入井中，到达要压裂的地层位置，打开投球压裂滑套，完成压裂。

在放球充压时，三位四通电磁换向阀的b端得电，实现电磁换向阀的右位机能。