专利名称：一种双旋塞投球装置及投球方法
技术领域：
本发明涉及一种双旋塞投球装置及投球方法。
背景技术：
在煤层气井中，有一部分井的某一个层位分上下两段或三段。根据不同煤层气井层位解释的不同，有时需要对同一层位上下两段到三段进行分段压裂，以达到改造储层，增产增效的目的。常规气井单层分段压裂的施工方式为在不停泵状态利用液氮泵车伴注液氮过程中投尼龙球，但此种方法仅局限于单层两段压裂。针对山西大宁一吉县煤层气井特殊的地质构造和施工工艺，不需要伴注液氮同时需要在不停泵状态下投尼龙球来封堵下段， 进而使压裂液进入上段进行压裂。通过探讨研究，发明了一种利用双旋塞投尼龙球的方法， 此方法不仅可以实现控制一次投尼龙球的数量，而且可以实现单层多段投球。在苏里格气田的气井压裂中，大多数气井(特别是水平气井)是通过投钢球或非轻质球的方式打滑套进行分层压裂，常规方法是通过一个旋塞或投球器进行投球，中途停泵再装入第二个球，以此类推。本发明在双旋塞投球方式的基础上进一步拓展，利用多级双旋塞投球，实现了中途不停泵或不利用液氮伴注送球等方式，节省了大量时间，方式新颖，安全稳定，便于操作。常规苏里格气井投尼龙球或钢球的主要方法及存在的问题
1、利用液氮泵车投尼龙球。在液氮泵车的高压管线出口安装投球装置，将尼龙球放入其中，需要投球时，将装置打开，尼龙球在液氮的伴注下由投球装置进入高压管线，进而进入井筒达到地层。此方法无法连续进行单层多段投尼龙球(因为利用液氮投球是提前将一定数量的尼龙球装入投球装置中(如按照施工设计要求第一段结束后需要投50个尼龙球， 第二段结束后再投50个尼龙球)，也就是说利用此方法一次只能装50个尼龙球于投球装置中，且只能实现两段连续压裂，第三段的连续压裂无法实现。三段或三段以上称为多段)，对每段投入尼龙球的数量也不能随意控制(因为以前的投球装置无法控制投球数量，只能提前将一定数量的球装入其中实施投球)，加上煤层气井不要求伴注液氮，致使此方法行不通 (煤层气压裂由于其特殊的地质构造和低成本开发，要求不伴注液氮。)。2、停泵装尼龙球或钢球后再开泵送球。在常规气井的施工中，根据不同的施工工艺，有一部分气井允许在施工一层段后停泵，利用停泵间隙在主高压管线上的旋塞处装入尼龙球或钢球，待再次开泵后，打开旋塞，尼龙球或钢球落入高压管线中，用主压车进行送球至目的地层。此方法虽然在气井上实验成功，但由于煤层气井中途投尼龙球要求不停泵， 故此方法行不通。3、苏里格部分水平气井需要通过投入不同尺寸的钢球或非轻质球进入井筒，打掉上一层滑套来实现压裂第二层的目的。常规的投球方法是在主管线上接一个旋塞或投球装置，将每一层的球放入其中，每压裂一层结束后停泵，打开旋塞装入第二个球，以此类推。此方法存在的问题是每层均需停泵装球，浪费了大量的时间，而且投球装置相对较重，安装过程较为困难，不易操作。本发明利用多级双旋塞控制投球，不仅实现了中途不停泵连续投球施工，而且还可以控制投球的数量和顺序。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种双旋塞投球装置及投球方法，以克服现有技术中存在的缺陷。本发明的技术方案为一种双旋塞投球装置，其特征在于包括的高压主管线前后安装的两个T型高压三通两个T型高压三通的凸起端分别连接有旋塞，两个旋塞分别通过高压弯头与同一根高压管线两端相连，使高压主管线上形成回路，旋塞上旋塞摇柄。所述的高压主管线上形成回路或是由多路组成。所述T型高压三通的口径均为3寸；旋塞直径为3寸；T型高压三通与两个旋塞之间、T型高压三通与高压主管线之间以及高压管线与高压弯头之间均为油壬连接。所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于，包含如下步骤
1]将两个T型高压三通安装在高压主管线上，检查高压主管线的平稳度，并确保连接处不刺不漏；
2]将两个设有旋塞摇柄的旋塞分别连接到两个T型高压三通上，然后将旋塞摇柄置于关闭位置；
3]两个旋塞上分别连接高压弯头，两个高压弯头之间通过与高压主管线(1)相平行的高压管线进行连接，并按照施工设计要求将一定数量的尼龙球装入高压管线中；
4]在开始压裂时，将两个旋塞摇柄分别处于开启位置，使每一个旋塞内留有空隙，以确保高压弯头、高压管线处的压力与高压主管线处的压力一致；
5]需要投球时，将右侧旋塞摇柄置于全开位置，尼龙球在压裂液经过两旋塞流向的带动下依次通过右侧高压弯头、右侧旋塞和右侧T型高压三通进入高压主管线中，关闭两个旋塞，尼龙球最终进入井筒到达目的地层，实现暂堵下段的目的。步骤4]中，每一个旋塞内留有的空隙为5 — 8mm ；
步骤5]中，右侧旋塞摇柄置于全开位置后等待20—30秒，使得所有尼龙球均进入高压主管线。所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于包括拆卸步骤6]，具体为
601]将高压主管线的压力彻底放完，将高压弯头和高压管线拆下；
602]分别把旋塞拆下；
603]将T型高压三通从高压主管线上分离。所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于，包含如下步骤
1]将T型高压三通安装在高压主管线上，检查高压主管线的平稳度，并确保连接处不刺不漏；
2]将设有旋塞摇柄的旋塞分别连接到T型高压三通上，然后将旋塞摇柄置于关闭位
置；
3]旋塞上分别连接高压弯头，高压弯头之间通过与高压主管线相平行的高压管线进行连接，并按照施工设计要求将不同类型的球分别装入每套双旋塞投球装置的高压管线中；
4]在开始压裂时，将旋塞摇柄分别处于开启位置，使每一个旋塞内留有空隙，以确保高压弯头、高压管线处的压力与高压主管线处的压力一致；
5]需要投球时，第一套双旋塞投球装置的右侧旋塞摇柄置于全开位置，关闭其余各套双旋塞投球装置的旋塞；球进入高压主管线后，关闭第一套双旋塞投球装置的两个旋塞，再打开第二套双旋塞投球装置的旋塞，并将第二套双旋塞投球装置的右侧旋塞摇柄置于全开位置，球进入高压主管线后，关闭第二套双旋塞投球装置的两个旋塞，依次对每套双旋塞投球装置进行上述操作。所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于 步骤4]中，每一个旋塞内留有的空隙为5— 8mm ；
步骤5]中，右侧旋塞摇柄置于全开位置后等待20—30秒，使得所有球均进入高压主管线。所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于包括拆卸步骤6]，具体为
601]将高压主管线的压力彻底放完，将高压弯头和高压管线拆下；
602]分别把旋塞拆下；
603]将T型高压三通从高压主管线上分离。本发明的技术效果为
1、通过两个T型高压三通、两个旋塞及若干高压管线组合成一套投球系统，实现了人工操作旋塞投尼龙球；
2、通过在两个旋塞之间的高压管线中提前装入一定数量的尼龙球或钢球，实现了中途不停泵便可投球的过程；
3、通过施工中将两个旋塞分别开启5—8mm的空间，可以使旋塞两段及中间的高压管线始终保持压力平衡，使尼龙球可以顺利进入井筒；
4、通过在主管线上安装多级双旋塞，可以实现控制投球数量，同时可以随意控制投不同球的顺利；
5、本发明可以实现多层不停泵投球，且可以控制投球的数量和顺序；
6、本发明方式新颖，用时短，操作安全、省时省力、方便、简单，实用性强、工作效率高。本发明的主要目的是
1、针对山西大宁一吉县区域的煤层气井压裂施工时，需要对同一层位不同段位之间的投球压裂。本发明在施工不停泵且没有液氮伴注送球的前提下，利用双旋塞手动控制投尼龙球，不仅解决了不停泵投球的问题而且实现了可以手动控制投入尼龙球的数量(即按照压裂施工设计提前将一定数量的尼龙球放入高压管线中，然后再按照上述方法进行投球)。 本发明安全、简单，可操作性强，可适用于此区域煤层气井的压裂施工。2、针对苏里格气田常规气井或水平气井多段压裂施工时，需要投入不同尺寸钢球或非轻质球进行压裂。本发明采用多级双旋塞投球的方式，实现了在多级双旋塞中一次性装入不同尺寸的钢球或非轻质球，每层施工结束后可以不用停泵投球，直接连续施工，节省了大量时间，操作简单，安全稳定。
图1利用双旋塞投尼龙球工艺流程图。1 一高压主管线，2、4一T型高压三通，3—压裂液流向，5、6—旋塞，7、9一高压弯头，8—高压管线，10、11一旋塞摇柄，12—压裂液经过两旋塞流向。图2利用多级双旋塞投球工艺流程图。1 一高压主管线，2、3、4、5—T型高压三通，6、7、8、9一旋塞，10、11、12、13—旋塞摇柄，14、15、16、17—高压弯头，18、19一高压管线，20、21—压裂液经过两旋塞流向，22—主管
线压裂液流向。
具体实施例方式本发明涉及一种双旋塞投球装置及投球方法，属于石油压裂领域。在施工设计要求不停泵及不伴注液氮的情况下，利用两个旋塞、两个T型高压三通及若干弯头、高压管线就可以实现，其构造新颖，操作安全、方便、简单，只需要1个人就可以实现控制投球，省时省力，实用性强。本发明可以自由控制投球数量及投球顺序。具有投资小，成本低，安全、经济、环保、高效的优点。本发明所涉及的双旋塞投球装置，包括的高压主管线1前后安装的两个T型高压三通2、4，两个T型高压三通2、4的凸起端分别连接有旋塞5、6，两个旋塞5、6分别通过高压弯头7、9与同一根高压管线8两端相连，使高压主管线1上形成回路，旋塞5、6上旋塞摇柄 IOUlo所述T型高压三通2、4的口径均为3寸；旋塞5、6直径为3寸；T型高压三通2、4 与两个旋塞5、6之间、T型高压三通2、4与高压主管线1之间以及高压管线8与高压弯头 7、9之间均为油壬连接。所述的高压主管线1上形成回路或是多路，包括两套或两套以上如前述的双旋塞投球装置，每套双旋塞投球装置中的T型高压三通均通过高压主管线1相连通。所述T型高压三通的口径均为3寸；旋塞直径为3寸；T型高压三通与两个旋塞之间、T型高压三通与高压主管线1之间、高压管线与高压弯头以及高压主管线1之间均为油壬连接。本发明涉及的利用双旋塞投球装置的投球方法，包含如下步骤
1]将两个T型高压三通2、4安装在高压主管线1上，检查高压主管线1的平稳度，并确保连接处不刺不漏；
2]将两个设有旋塞摇柄10、11的旋塞5、6分别连接到两个T型高压三通2、4上，然后将旋塞摇柄10、11置于关闭位置；
3]两个旋塞5、6上分别连接高压弯头7、9，两个高压弯头7、9之间通过与高压主管线 1相平行的高压管线8进行连接，并按照施工设计要求将一定数量的尼龙球装入高压管线8 中；
4]在开始压裂时，将两个旋塞摇柄10、11分别处于开启位置，使每一个旋塞内留有空隙，以确保高压弯头7、9、高压管线8处的压力与高压主管线(1)处的压力一致；
5]需要投球时，将右侧旋塞摇柄11置于全开位置，尼龙球在压裂液经过两旋塞流向 12的带动下依次通过右侧高压弯头9、右侧旋塞6和右侧T型高压三通4进入高压主管线 1中，关闭两个旋塞5、6，尼龙球最终进入井筒到达目的地层，实现暂堵下段的目的。所述步骤4]中，每一个旋塞内留有的空隙为5—8mm ；步骤5]中，右侧旋塞摇柄11 置于全开位置后等待20— 30秒，使得所有尼龙球均进入高压主管线1。
上述方法还可包括拆卸步骤6]，具体为
601]将高压主管线1的压力彻底放完，将高压弯头7、9和高压管线8拆下；
602]分别把旋塞5、6拆下；
603]将T型高压三通2、4从高压主管线1上分离。本发明还涉及另一种利用双旋塞投球装置的投球方法，包含如下步骤
1]将T型高压三通安装在高压主管线上，检查高压主管线的平稳度，并确保连接处不刺不漏；
2]将设有旋塞摇柄的旋塞分别连接到T型高压三通上，然后将旋塞摇柄置于关闭位
置；
3]旋塞上分别连接高压弯头，高压弯头之间通过与高压主管线相平行的高压管线进行连接，并按照施工设计要求将不同类型的球分别装入(球的种类有钢球、尼龙球、空心球等，具体投球的种类需要根据施工设计方案而定，数量需要根据施工设计方案的规定投入) 每套双旋塞投球装置的高压管线中；
4]在开始压裂时，将旋塞摇柄分别处于开启位置，使每一个旋塞内留有空隙，以确保高压弯头、高压管线处的压力与高压主管线处的压力一致；
5]需要投球时，第一套双旋塞投球装置的右侧旋塞摇柄置于全开位置，关闭其余各套双旋塞投球装置的旋塞；球进入高压主管线1后，关闭第一套双旋塞投球装置的两个旋塞， 再打开第二套双旋塞投球装置的旋塞，并将第二套双旋塞投球装置的右侧旋塞摇柄置于全开位置，球进入高压主管线1后，关闭第二套双旋塞投球装置的两个旋塞，依次对每套双旋塞投球装置进行上述操作。所述步骤4]中，每一个旋塞内留有的空隙为5—8mm ；步骤5]中，右侧旋塞摇柄置于全开位置后等待20— 30秒，使得所有球均进入高压主管线。上述方法还可包括拆卸步骤6]，具体为
601]将高压主管线1的压力彻底放完，将高压弯头和高压管线拆下；
602]分别把旋塞拆下；
603]将T型高压三通从高压主管线上分离。实施例一
参见图1，本发明的组装、拆卸过程和工作原理如下
(1)本发明在组装时，首先将左右两个T型高压三通2、4安装在高压主管线1上，检查高压主管线1的平稳度和油壬处的连接，确保连接处不刺不漏(即管线连接处没有渗漏，确保整个管线密封良好)；再分别将左右两个旋塞5、6分别以油壬连接方式(指常规的一种连接方式，母口处为油壬圈，公口处为螺纹，油壬圈上到螺纹处时即连接)连接到左右两侧的T 型高压三通2、4上，然后将左右两个旋塞摇柄10、11放置于关闭位置；左右两个旋塞5、6之间通过采用左侧的高压弯头7、连接弯头的高压管线8和右侧的高压弯头9进行连接，保证连接弯头的高压管线8与高压主管线1处于平行位置，通常在管线连接时，将根据压裂施工设计确定的一定数量的尼龙球装入高压管线8处；在开始压裂时，将左右两个旋塞摇柄10、 11分别处于开启位置，使每一个旋塞内留有5—8mm (为了确保上下压力的连通，如果没有此空隙，施工中旋塞由于憋压会无法打开)的空隙，以确保左侧的高压弯头7、高压管线8和右侧的高压弯头9处的压力与高压主管线1处的压力一致。
(2)本发明在拆卸时，首先通过井口采油树上的闸门放压，将高压主管线1的压力彻底放完；将左侧的高压弯头7、高压管线8和右侧的高压弯头9拆下；随后分别把两个旋塞5、6拆下，最后将两个T型高压三通2、4从高压主管线1上分离。(3)本发明的工作原理是利用双旋塞各自留有的5— 8mm空隙，保证在施工过程中压裂液经过两旋塞流向12的正常运行。在需要投尼龙球时，将右侧旋塞6开至最大化， 这样在压裂液的带动下可以把之前放入高压管线8中的尼龙球全部送入高压主管线1。等待20—30秒，待所有尼龙球均已进入高压主管线1后，关闭两侧旋塞，此时压裂液不经过左侧旋塞5、连接弯头的高压管线8和右侧旋塞6，只从高压主管线1流向井筒，这样也避免了加砂过程支撑剂对旋塞的磨损。实施例二
参见图2，本发明的组装、拆卸过程和工作原理如下
(1)本发明在组装时，首先将T型高压三通2、3、4、5安装在高压主管线1上，依次将旋塞6、7、8、9以油壬方式连接到T型高压三通2、3、4、5上；将左侧两个旋塞6、7之间采用高压弯头14、15和连接左侧弯头的高压管线18进行连接，右侧两个旋塞8、9之间采用高压弯头16、17和连接右侧弯头的高压管线19进行连接，按照施工设计要求将不同类型的球分别装入连接左侧弯头的高压管线18、连接右侧弯头的高压管线19处；在开始压裂时，将旋塞摇柄10、11、12、13分别处于开启位置，使每一个旋塞内留有5— 8mm的空隙。(2)本发明在拆卸时，首先将高压主管线1的压力彻底放完，将高压弯头14、15、 16、17、连接左侧弯头的高压管线18、连接右侧弯头的高压管线19拆下；随后分别把旋塞6、 7,8,9拆下；最后将T型高压三通2、3、4、5从主管线1上分离。(3)本发明的工作原理是首先将旋塞6、7分别开启5—8mm，关闭3寸旋塞8、9， 此时压裂液进入高压主管线1并通过旋塞6、7，此时旋塞6、7之间压裂液经过两旋塞流向 20存在，旋塞8、9之间压裂液经过两旋塞流向21不存在。当需要投球时，将旋塞7完全开启，球通过旋塞7进入高压主管线1，等待20—30秒，待钢球进入高压主管线1后关闭旋塞 6、7 ；再将旋塞8、9分别开启5—8mm，此时压裂液进入高压主管线1并通过旋塞8、9，此时旋塞6、7之间压裂液经过两旋塞流向20不存在，旋塞8、9之间压裂液经过两旋塞流向21存在。当需要投球时，将旋塞9完全开启，球通过旋塞9进入高压主管线，等待20—30秒，待钢球进入高压主管线1后关闭旋塞8、9。若需要投多个球时(大于2个)，可以继续按照一套双旋塞投球方式进行组装，并安装到高压主管线1上，这样就可以实现多层不停泵投球。本发明通过自由控制旋塞来投球，实现了投球数量和投球顺序的控制。
权利要求
1.一种双旋塞投球装置，其特征在于包括的高压主管线(1)前后安装的两个T型高压三通(2、4)，两个T型高压三通(2、4)的凸起端分别连接有旋塞(5、6)，两个旋塞(5、6)分别通过高压弯头(7、9)与同一根高压管线(8)两端相连，使高压主管线(1)上形成回路，旋塞 (5,6)上旋塞摇柄(10、11)。
2.根据权利要求1所述的一种双旋塞投球装置，其特征在于所述的高压主管线(1)上形成回路或是由多路组成。
3.根据权利要求1所述的一种双旋塞投球装置，其特征在于所述T型高压三通(2、4) 的口径均为3寸；旋塞(5、6 )直径为3寸；T型高压三通(2、4)与两个旋塞(5、6 )之间、T型高压三通(2、4)与高压主管线(1)之间以及高压管线(8)与高压弯头(7、9)之间均为油壬连接。
4.一种利用如权利要求1所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于，包含如下步骤1]将两个T型高压三通(2、4)安装在高压主管线(1)上，检查高压主管线(1)的平稳度，并确保连接处不刺不漏；2]将两个设有旋塞摇柄(10、11)的旋塞(5、6)分别连接到两个T型高压三通(2、4)上， 然后将旋塞摇柄(10、11)置于关闭位置；3]两个旋塞(5、6)上分别连接高压弯头(7、9)，两个高压弯头(7、9)之间通过与高压主管线(1)相平行的高压管线(8)进行连接，并按照施工设计要求将一定数量的尼龙球装入高压管线(8)中；4]在开始压裂时，将两个旋塞摇柄(10、11)分别处于开启位置，使每一个旋塞内留有空隙，以确保高压弯头(7、9)、高压管线(8)处的压力与高压主管线(1)处的压力一致；5]需要投球时，将右侧旋塞摇柄(11)置于全开位置，尼龙球在压裂液经过两旋塞流向 (12)的带动下依次通过右侧高压弯头(9)、右侧旋塞(6)和右侧T型高压三通(4)进入高压主管线(1)中，关闭两个旋塞(5、6)，尼龙球最终进入井筒到达目的地层，实现暂堵下段的目的。
5.根据权利要求4所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于 步骤4]中，每一个旋塞内留有的空隙为5—8mm;步骤5]中，右侧旋塞摇柄(11)置于全开位置后等待20— 30秒，使得所有尼龙球均进入高压主管线(1)。
6.根据权利要求4所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于包括拆卸步骤6]，具体为601]将高压主管线1的压力彻底放完，将高压弯头(7、9)和高压管线(8)拆下；602]分别把旋塞(5、6)拆下；603]将T型高压三通(2、4)从高压主管线(1)上分离。
7.一种利用如权利要求4所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于，包含如下步骤1]将T型高压三通安装在高压主管线上，检查高压主管线的平稳度，并确保连接处不刺不漏；2]将设有旋塞摇柄的旋塞分别连接到T型高压三通上，然后将旋塞摇柄置于关闭位置；3]旋塞上分别连接高压弯头，高压弯头之间通过与高压主管线相平行的高压管线进行连接，并按照施工设计要求将不同类型的球分别装入每套双旋塞投球装置的高压管线中；4]在开始压裂时，将旋塞摇柄分别处于开启位置，使每一个旋塞内留有空隙，以确保高压弯头、高压管线处的压力与高压主管线处的压力一致；5]需要投球时，第一套双旋塞投球装置的右侧旋塞摇柄置于全开位置，关闭其余各套双旋塞投球装置的旋塞；球进入高压主管线1后，关闭第一套双旋塞投球装置的两个旋塞， 再打开第二套双旋塞投球装置的旋塞，并将第二套双旋塞投球装置的右侧旋塞摇柄置于全开位置，球进入高压主管线1后，关闭第二套双旋塞投球装置的两个旋塞，依次对每套双旋塞投球装置进行上述操作。
8.根据权利要求7所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于 步骤4]中，每一个旋塞内留有的空隙为5 — 8mm;步骤5]中，右侧旋塞摇柄置于全开位置后等待20—30秒，使得所有球均进入高压主管线。
9.根据权利要求8所述双旋塞投球装置的投球方法，其特征在于包括拆卸步骤6]，具体为601]将高压主管线1的压力彻底放完，将高压弯头和高压管线拆下；602]分别把旋塞拆下；603]将T型高压三通从高压主管线上分离。
全文摘要
本发明涉及一种双旋塞投球装置及投球方法，其特征在于包括的高压主管线前后安装的两个T型高压三通两个T型高压三通的凸起端分别连接有旋塞，两个旋塞分别通过高压弯头与同一根高压管线两端相连，使高压主管线上形成回路，旋塞上旋塞摇柄。它通过两个T型高压三通、两个旋塞及若干高压管线组合成一套投球系统，实现了人工操作旋塞投尼龙球；通过在两个旋塞之间的高压管线中提前装入一定数量的尼龙球或钢球，实现了中途不停泵便可投球的过程；通过施工中将两个旋塞分别开启5—8mm的空间，可以使旋塞两段及中间的高压管线始终保持压力平衡，使尼龙球可以顺利进入井筒；通过在主管线上安装多级双旋塞，可以实现控制投球数量，同时可以随意控制投不同球的顺利。
文档编号E21B34/06GK102383775SQ20111020466
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者兰建平, 刘广春, 刘润才, 夏玉磊, 柴龙, 詹勇, 费节高, 邓斌奇, 邓继学, 郭春峰, 钟新荣 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司