一种压裂施工用投球装置及方法

技术领域

本发明涉及油气井分段压裂施工设备技术领域，更具体的是涉及一种压裂施工用投球装置及方法。

背景技术

目前在油田上对油水井进行分段水力压裂施工过程中，需按井段内已预先下入压裂管柱中的滑套尺寸，投入匹配规格的实心钢球，在实心钢球落入滑套后，通过密封打压开启对应滑套，再对该井段进行压裂施工。

常规投球作业时为保证作业安全，必须先停止泵注作业，关闭采油树主阀门，将压裂施工采油树上半部与高压管汇内的压力泄尽，然后从井口投球器进行投球。在开启采油树主阀门前，为消除井内与压裂高压管汇内存在的压差对钢球入井带来的影响，需在开启采油树主阀门前对压裂高压管汇进行打压，压力需超过上一段停泵压力。在上述操作过程中，井口投球器投球属于高空作业，井口阀门开关属于高压作业，即均存在较大安全隐患。同时常规单次投球过程需耗时15～20分钟，压裂施工过程中为保证压裂车组运转正常、连续施工、减少排空等方面，通常投球过程中所有主压设备均处于泵速运转待命状态。因此，常规投球延长了施工时长，增加了燃料消耗、主压设备使用损耗和尾气排放量，对大气造成污染。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述常规投球作业施工时长长，增加了燃料消耗、主压设备使用损耗和尾气排放量的技术问题，本发明提供一种压裂施工用投球装置及方法。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种压裂施工用投球装置，包括主缸体，所述主缸体的顶部开设有投球口、底部开设有出球口，主缸体的一侧内壁连接有用于调节钢球下落开口大小的调节挡板，主缸体的底部连通有高压短节组，所述高压短节组包括设置在底部的下旋塞阀，所述下旋塞阀的底部连接有高压三通。

可选地，所述调节挡板的顶部一侧与主缸体的内壁转动连接、底部一侧与档位调节杆的一端可转动且活动连接，所述档位调节杆为螺纹杆，主缸体的侧壁开设有与档位调节杆螺纹配合的螺纹孔，档位调节杆远离调节挡板的一端穿过主缸体并延伸至外部。

可选地，所述档位调节杆通过活动轴承与调节挡板连接。

可选地，所述档位调节杆远离调节挡板的一端连接有转动部。

可选地，所述调节挡板的顶部一侧与主缸体采用铰接的方式连接。

可选地，所述高压短节组还包括上高压短节、上旋塞阀和下高压短节，所述上高压短节的顶部与主缸体的底部连通、底部与所述上旋塞阀连接，上旋塞阀与所述下高压短节的顶部连接，下高压短节的底部与所述下旋塞阀连接，下高压短节上连接有泄压装置。

可选地，所述主缸体的顶部设置有丝堵。

可选地，主缸体内壁与调节挡板相对的一面为倾斜面，且与调节挡板形成呈上大下小开口状的出球通道。

在本申请的第二方面，提供一种压裂施工方法，使用了上述的一种压裂施工用投球装置，所述方法包括以下步骤：

直井分段第一段压裂施工结束后，降低压裂施工排量，使用投球装置进行投球作业；

待投球作业完毕后，关闭投球装置的所有阀门；

待所投球打开下一段滑套后，提高压裂施工排量，开始下一段压裂施工；

循环执行上述步骤，直至结束。

可选地，所述使用投球装置进行投球作业的步骤具体为：

对投球装置进行泄压；

调整调节挡板至预定档位，部分规格的钢球依次通过上高压短节组、下旋塞阀落入高压三通中、随压裂液进入压裂井口。

本发明的有益效果如下：

1.本发明提出的一种压裂施工用投球装置及方法，通过调整调节挡板的倾斜角度使得指定规格的钢球落入对应的压裂管柱的滑套中，本装置在地面进行投球作业，消除了高处作业的安全隐患；在施工前将钢球放置在主缸体中，施工过程简单，投球迅速，2～3分钟即可操作完成，大幅节约施工时间，提高施工效率，减少高空作业、减少排空操作、降低燃料消耗、减少主压设备使用损耗和尾气排放量，减少对大气的污染。

2.本发明设置档位调节杆，通过螺纹连接的方式将档位调节杆与主缸体连接，仅需转动档位调节杆进行对调节挡板的倾斜角度进行调整，结构简单且操作方便。

3.为了避免投球过程中，因内部压力过大，影响钢球的下落，本发明通过设置高压短节、上旋塞阀、下高压短节和泄压装置配合，从泄压孔进行泄压，远离井口高压区，消除高压作业的安全隐患。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种压裂施工用投球装置的剖视图；

图2是本发明实施例提供的一种压裂施工用投球装置的主缸体的俯视图；

图3是本发明实施例提供的一种压裂施工方法的流程示意图。

附图标记：1-主缸体；2-调节挡板；3-档位调节杆；4-螺纹孔；5-转动部；6-活动轴承；7-泄压装置；8-丝堵；9-出球通道；10-高压短节组；11-上高压短节；12-上旋塞阀；13-下高压短节；14-下旋塞阀；15-高压三通。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种压裂施工用投球装置，包括主缸体1，主缸体1的顶部开设有投球口、底部开设有出球口，主缸体1的一侧内壁连接有用于调节钢球下落开口大小的调节挡板2，主缸体1的底部连通有高压短节组10，高压短节组10包括设置在底部的下旋塞阀14，下旋塞阀14的底部连接有高压三通15。

作为一种优选地方式，主缸体1的顶部设置有丝堵8；保证在工作过程中，避免其他杂质进入投球装置。

作为一种优选地方式，主缸体1内壁与调节挡板2相对的一面为倾斜面，且与调节挡板2形成呈上大下小开口状的出球通道9。

实施例2

在前述实施例的基础上，本实施例对调节挡板2的角度调整结构进行具体的说明。

调节挡板2的顶部一侧与主缸体1的内壁转动连接、底部一侧与档位调节杆3的一端可转动且活动连接，档位调节杆3为螺纹杆，主缸体1的侧壁开设有与档位调节杆3螺纹配合的螺纹孔4，档位调节杆3远离调节挡板2的一端穿过主缸体1并延伸至外部。

作为一种可实施地方式，档位调节杆3通过活动轴承6与调节挡板2连接。

作为一种可实施地方式，档位调节杆3远离调节挡板2的一端连接有转动部5。

作为一种优选地方式，调节挡板2的顶部一侧与主缸体1采用铰接的方式连接。

本发明设置档位调节杆3，通过螺纹连接的方式将档位调节杆3与主缸体1连接，仅需转动档位调节杆3进行对调节挡板2的倾斜角度进行调整，结构简单且操作方便。

实施例3

在前述实施例的基础上，本实施例对高压短节组10的结构进行具体的说明。

高压短节组10还包括上高压短节11、上旋塞阀12和下高压短节13，上高压短节11的顶部与主缸体1的底部连通、底部与上旋塞阀12连接，上旋塞阀12与下高压短节13的顶部连接，下高压短节13的底部与下旋塞阀14连接，下高压短节13上连接有泄压装置7。

为了避免投球过程中，因内部压力过大，影响钢球的下落，本发明通过设置高压短节、上旋塞阀12、下高压短节13和泄压装置7配合，从泄压孔进行泄压，远离井口高压区，消除高压作业的安全隐患。

实施例4

如图3所示，基于与前述实施例中同样的发明构思，本申请实施例还提供一种压裂施工的方法，使用了上述的一种压裂施工用投球装置，方法包括以下步骤：

S1、直井分段第一段压裂施工结束后，降低压裂施工排量，使用投球装置进行投球作业；

S2、待投球作业完毕后，关闭投球装置的所有阀门；

S3、待所投球打开下一段滑套后，提高压裂施工排量，开始下一段压裂施工；

S4、循环执行上述步骤，直至结束。

在具体的实施过程中，在执行步骤S1之前，可以先将调节挡板2调整至合适位置，将钢球放置与主缸体1中，此时调节挡板2阻挡钢球，避免钢球下落。再检查各阀门的状态，确保上旋塞阀12、下旋塞阀14和泄压装置7处于关闭状态。

在具体的实施过程中，优选地，本实施例所述的降低压裂施工排量，具体指将直径油管压裂施工排量由正常施工时的6～8m

在具体的实施过程中，步骤S3中提高压裂施工排量，具体指将压裂施工排量提高至原来的正常施工范围，即6～8m

需要说明的是，除了第一段压裂施工，其余各段压裂施工之前，均需要使用投球装置进行投球作业。

实施例5

在前述实施例的基础上，本实施对投球作业的步骤进行具体说明。

使用投球装置进行投球作业的步骤具体为：

S101、对投球装置进行泄压。

在具体的实施过程中，缓慢打开泄压装置7，确保投球过程无压力。泄压结束后，关闭泄压装置7，打开上旋塞阀12。

S102、调整调节挡板2至预定档位，部分规格的钢球依次通过上高压短节11组10、下旋塞阀14落入高压三通15中、随压裂液进入压裂井口。

在具体的实施过程中，调整调节挡板2至预定档位，指定规格的钢球依次通过上高压短节11和上旋塞阀12，落入下高压短节13中，关闭上旋塞阀12，缓慢打开下旋塞阀14，钢球通过下旋塞阀14落入高压三通15中，并随压裂液进入压裂井口。

需要说明的是，在调整调节挡板2时，需缓慢操作，严格按预定档位进行调整，杜绝挡板调节开口过大，导致错误尺寸的钢球落入井中。同样，在打开上旋塞阀12和泄压装置7过程中，也需缓慢操作。

本发明的具体压裂施工过程为：确定某直井需要进行两段及两段以上分段压裂作业后，根据施工设计进行井下作业，按设计方案要求正确下入管柱(内径76mm)及压裂工具(封隔器、滑套、球座)，安装压裂采油树，安装压裂高压管汇，连接压裂车组，地面设备设施试压合格后开始第一段压裂施工，通常施工排量为6～8m

综上，本发明提出的一种压裂施工用投球装置及方法，通过调整调节挡板2的倾斜角度使得指定规格的钢球落入对应的压裂管柱的滑套中，本装置在地面进行投球作业，消除了高处作业的安全隐患；在施工前将钢球放置在主缸体1中，施工过程简单，投球迅速，2～3分钟即可操作完成，大幅节约施工时间，提高施工效率，减少排空操作、降低燃料消耗、减少主压设备使用损耗和尾气排放量，减少对大气的污染。