一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置的製作方法

2023-04-23 11:41:01 2

專利名稱：一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是涉及油氣田酸化分層壓裂作業領域，具體說是一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置。
背景技術：
目前，在油氣田酸化壓裂作業中，分層壓裂一般包括封隔器分層壓裂、堵塞球選擇壓裂、限流閥分層壓裂、蠟球選擇性壓裂四種形式。油氣田多年的酸化分層壓裂作業結果顯示，傳統的封隔器分層壓裂、限流閥分層壓裂、蠟球選擇性壓裂作業因工藝陳舊，作業難度大，壓裂成本高，特別是在深井酸化壓裂作業中，難以達到預期的分層壓裂作業效果。相反，堵塞球壓裂工藝因其分層壓裂效果顯著、投球堵塞操作便利、作業成本經濟等原因，逐
漸取代了其他傳統分層壓裂模式。投球裝置在設計上按照驅動方式一般分為手動手輪式、手動棘輪扳手式、遠控氣動式、遠控電控氣擺動氣缸式、遠控電控電動式。按照排球結構分有螺杆一鍵套式、螺旋套一光杆式、圓浮動杆軸式。按照裝球方式有上裝式和下裝式兩種模式。手動手輪式、手動棘輪扳手式驅動，需要人工現場操作，依靠人力操縱投球器動作進行投球。隨著油氣田井深不斷增大，多分支井和水平井鑽井技術的不斷提升和廣泛應用，作業壓力不斷增大，造成在高壓環境下作業的危險性增大；同時因壓力增大，使得投球的阻力也變大，人力操作困難甚至無法操縱高壓投球器。遠控氣動式、遠控電控氣擺動氣缸式驅動模式，要求壓裂機組(一般為車載)能提供平穩足夠的氣壓，氣缸及擺動氣缸效率均要達到98%以上，維修配件特別困難，而且還要求氣路管線不允許過長、出現彎曲及摺疊現象。隨著壓裂井深的加深，作業壓力的增大，投球器須在高壓工況下作業，汽車氣源無法驅動投球器投球來滿足分層酸化壓裂作業的要求。遠控電控電動式，由於取消了「雙向棘輪」、「擺動氣缸」、「碰珠裝置」、「氣控和氣動」等部分，降低設備的採購成本10%_20%，是目前油田分層壓裂作業應用較廣泛的投球裝置。但這種投球裝置裝球數量少僅為250個7/8〃球，投球工作時轉速低(lOr/min)，且每轉投球數量少(6個)，投球耗時長，輸出扭矩小(200Nm)，不具備良好的高壓投球性能。在傳動上驅動電機與投球裝置直連，無柔性過渡及減速裝置，帶壓施工時無法啟動。在控制上只是簡單的開一關，不能控制和顯示投球、裝球數量，整個驅動控制系統無監測功能、無過載保護功能、無自動運算處理功能，承受壓力低。在投球方式上，大多採用絲槓帶動推球盤，將塑料球投(推)向井內，精確控制投球數量較難實現。現有的遠控電控電動式投球裝置存在裝球數量少、轉速低、扭矩小、每轉投球數量少、不能任意控制裝球投球數量、驅動系統無監測保護功能、帶壓工作時無法正常啟動、承受工作壓力低、無自動運算處理功能等缺陷。
發明內容[0008]綜上所述，本實用新型的目的在於提供一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置，克服了現有遠控電控電動式投球裝置的缺陷。本實用新型的目的是通過以下技術來實現的一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置，包括防爆電機、行星減速器、傳動齒輪、壓帽、三通、導向套、螺旋傳動軸、外套和防爆電氣控制箱，外套內設有導向套；導向套內設有螺旋傳動軸；螺旋傳動軸兩端分別通過端面軸承和向心軸承固定，其頂端連接傳動齒輪和手動扳手；外套與三通連接；防爆電機的動力線及檢測投球數的輸入輸出信號線分別通過轉接盒與防爆電氣控制箱相連。上述導向套6開有11個排球直槽，上述防爆電機I帶動行星減速器2 ;行星減速器2帶動傳動齒輪3轉動；傳動齒輪3帶動螺旋傳動軸7旋轉。 上述行星減速器2的輸出端連接檢測投球數量的碼盤。本實用新型的優點及有益效果I、本實用新型能廣泛應用於油氣井酸化壓裂作業，特別是非常規天然氣水平井分段壓裂作業，其裝球數量多，可達379個7/8〃球；裝球範圍廣5/8〃 7/8〃 ；承受壓力高(可達到105Mpa或以上);實時動態監控整個控制系統的工作電壓和工作電流，出現異常情況會自動切斷控制系統電源；具備自動控制和手動控制兩種模式，自動控制能按預設定批次投球數量進行投球作業，在投球過程中還可調整預設定投球數量，能進行精確定量投球施工。手動控制可解決自動控制萬一出現故障時繼續投球作業的功能；實時動態顯示投球數量；保證了高壓投球作業時的大扭矩，不受壓裂作業壓力波動的影響。2、本實用新型的控制系統米用自動控制和手動控制兩種|吳式自動控制模式參數設置有安裝球數、已投球數、分批預設投球數(可預先設定批次投球數量)；系統採用微電腦控制技術，能精確控制投球數量及投球速度，安裝球數可在I 379之間任意設置，預設置投球數應等於作業時投擲的投球數目，預設置投球數應不大於安裝球數；當按下自動運行按鈕後，驅動裝置驅動轉軸將安裝的球沿螺旋槽推到出球口並開始計數，該裝置有自動運算功能，實時顯示投球數，當投球數量達到設置的預投球數量時自動停機；克服了現有遠控電控電動式投球裝置在裝球數量少於應裝數量時，必須首先人為將球推到出球口才可計數的缺陷。手動控制可實現自動控制萬一出現故障時繼續投球作業的功能，萬一自動控制出現故障，無法工作時，可立即進行手動控制投球作業，不會影響其正常工作。3、本實用新型由於採用了 1:80的大扭矩行星減速機及I. IKff的單相防爆電機構成的驅動系統，保證了高壓投球作業時的大扭矩，不受壓裂作業壓力波動的影響。4、本實用新型的控制部分採用微電腦及A/D轉換電路，終端驅動採用固態繼電器，能有效隔離控制信號和驅動電路，提高了整個系統的抗幹擾能力，驅動負載能力大，數據採用八段數碼管進行顯示，顯示數據準確清晰。。5、本實用新型具備過載保護功能和防爆功能，符合油田HSE要求，安全可靠。6、本實用新型的三通作為多控模式大容量高壓多層分注投球裝置的基座，同時也是壓裂施工時的連接埠，在施工作業中允許任何一端為輸入端，則另一端為輸出端，這就極大地適應了現場的安置工況。[0023]7、本實用新型的主要工作面採取鍍鉻及其它防腐措施，大大提高設備的使用壽命，主要密封部位採用V型和O型雙道密封，極大的保證了高壓作業下的密封性。8、本實用新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置控制系統，採用微處理器，通過編製程序對投球器的裝球數、預投球數和已投球數的數據進行實時採集並顯示，其中已投球數由另一塊微處理器進行採集，並將採集的數據傳輸給控制微處理器，組成高精度實時採集處理系統，控制系統的電壓、電流顯示採用A/D模數集成電路，實時採集電壓信號及電流信號，將模擬量轉換為數字量傳輸給微處理器進行實時顯示。表I為本實用新型與現有技術的比較
_ 本實爾新璧___· 量 379_250_
挪度 11X117S 個/分鐘6Χ10Φ/##
mm 由徵痴選·鍾^ 簾鑛無 動鎌_ 齡雄只麵蒼或停
承受服力 imfyrn最高可ife 157Mpa最高IOSipa
虞誠面礓_ _
傳遵Ii鐵.mm_誦_以字.__
m 敷纖實_蹄無

圖I :是本實用新型的結構示意圖。圖中1-防爆電機2-行星減速器3-傳動齒輪4-壓帽5-三通6_導向套7-螺旋傳動軸8-外套9-手動扳手
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明如圖I所示，一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置，包括防爆電機
I、行星減速器2、傳動齒輪3、壓帽4、三通5、導向套6、螺旋傳動軸7、外套8和防爆電氣控制箱，外套8內設有導向套6 ;導向套6內設有螺旋傳動軸7 ;螺旋傳動軸7兩端分別通過端面軸承和向心軸承固定，其頂端連接傳動齒輪3和手動扳手9 ;外套8與三通5連接；防爆電機I的動力線及檢測投球數的輸入輸出信號線分別通過轉接盒與防爆電氣控制箱相連。導向套6開有11個排球直槽,排球直槽直徑為Φ24_。螺旋傳動軸7的直徑為Φ 92mm,螺距為25. 4mm。防爆電機I帶動行星減速器2 ;行星減速器2帶動傳動齒輪3轉動；傳動齒輪3帶動螺旋傳動軸7旋轉。行星減速器2的輸出端連接檢測投球數量的碼盤。[0035]三通5為多控模式大容量高壓多層分注投球裝置的基座，同時也是壓裂施工時的連接埠，在施工作業中允許任何一端為輸入端，則另一端為輸出端，這就極大地適應了現場的安置工況。三通5的進出口通徑2 1/2〃，連接螺紋5 3/8-3 1/2-ACME-2G (內外螺紋)。外套8固定安裝在三通5上，外套8裡面裝有導向套6，導向套6開有11個Φ 24mm的排球直槽；外套8的外徑尺寸為Φ 200mm。導向套6中間裝有直徑為Φ 92mm、螺距為25. 4mm的螺旋傳動軸7作為推球機構。打開壓帽4後，將所需球裝入，通過推球機構將球推入三通5，由三通的一端拋出。螺旋傳動軸7的底部有軸承座，軸承座安裝帶金屬保持架的軸承，軸承的密封採用密封圈，螺旋傳動軸7的上端裝有推力圓柱滾子軸承帶金屬保持架，採用雙道密封，螺旋傳動軸7的頂端裝有動力傳輸的齒輪及人力操縱的手動扳手9，齒輪的模數m=2，齒數Z=I 10。螺旋傳動軸7最大啟動扭矩10kg. m。 防爆電氣控制箱屬於多控模式大容量高壓多層分注投球裝置的控制系統，採用微處理器，通過編製程序對投球器的裝球數、預投球數和已投球數的數據進行實時採集並顯示，其中已投球數由另一塊微處理器進行採集，並將採集的數據傳輸給控制微處理器，組成高精度實時採集處理系統，控制系統的電壓、電流顯示採用A/D模數集成電路，實時採集電壓信號及電流信號，將模擬量轉換為數字量傳輸給微處理器進行實時顯示。
權利要求1.一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置，包括防爆電機(I)、行星減速器(2)、傳動齒輪(3)、壓帽(4)、三通(5)、導向套(6)、螺旋傳動軸(7)、外套(8)和防爆電氣控制箱，其特徵是外套(8)內設有導向套(6);導向套(6)內設有螺旋傳動軸(7);螺旋傳動軸(7)兩端分別通過端面軸承和向心軸承固定，其頂端連接傳動齒輪(3)和手動扳手(9);外套(8)與三通(5)連接；防爆電機(I)的動力線及檢測投球數的輸入輸出信號線分別通過轉接盒與防爆電氣控制箱相連。
2.如權利要求I所述的一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置，其特徵在於所述導向套(6)開有11個排球直槽。
3.如權利要求I所述的一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置，其特徵在於所述防爆電機(I)帶動行星減速器(2);行星減速器(2)帶動傳動齒輪(3)轉動；傳動齒輪(3 )帶動螺旋傳動軸(7 )旋轉。
4.如權利要求I所述的一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置，其特徵在於所述行星減速器(2)的輸出端連接檢測投球數量的碼盤。
專利摘要一種新型的多控模式大容量高壓多層分注投球裝置，包括防爆電機、行星減速器、傳動齒輪、壓帽、三通、導向套、螺旋傳動軸、外套和防爆電氣控制箱，外套內設有導向套；導向套內設有螺旋傳動軸；螺旋傳動軸頂端連接傳動齒輪和手動扳手；外套與三通連接；防爆電機的動力線及檢測投球數的輸入輸出信號線分別通過轉接盒與防爆電氣控制箱相連。本實用新型能廣泛應用於油氣井酸化壓裂作業，其裝球數量多，可達379個7/8"球；裝球範圍廣5/8"～7/8"；承受壓力高(可達到105MPa或以上)；主要工作面採取鍍鉻及其它防腐措施，大大提高設備的使用壽命，主要密封部位採用V型和O型雙道密封，極大的保證了高壓作業下的密封性，具備過載保護功能和防爆功能，符合油田HSE要求，安全可靠。
文檔編號E21B43/27GK202707025SQ20122041823
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月22日 優先權日2012年8月22日
發明者馬克雲, 閆軍 申請人:蘭州城臨石油鑽採設備有限公司