一种水平井分段压裂井口自动投球器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明专利属于石油机械技术领域，尤其是一种实现在井口自动投压裂球而进行水平井分段压裂的一种水平井分段压裂井口自动投球器。
【背景技术】
[0002]作为一种全新的清洁性能源，页岩气正逐渐成为全球的能源开发的热点。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，投球压裂技术是水平井分段压裂常见的压裂技术，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。
[0003]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:投球装置的结构过于复杂、体积比较大、操作费时费力;装球时需要一个一个装入，效率很低;所投压裂球的数目有限，不能实现多段压裂;不能进行连续投球，使得压裂施工的工作效率很低；部分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，泄压时存在很大的安全隐患。
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服现有技术和装备存在的上述缺陷，提出一种水平井分段压裂井口自动投球器，可以代替现阶段的专利所属的同类产品。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
[0006]—种水平井分段压裂井口自动投球器，包括六角螺母、法兰盖、双头螺栓、上接头、紧固螺钉、底座、投球机构、下接头、密封圈、压裂球和紧固螺孔，其中，上接头上端法兰结构用来装载压裂球，压裂球装载完毕后用法兰盖进行封盖，上接头上端法兰结构和法兰盖通过双头螺栓和六角螺母进行连接和固定;上接头上端法兰结构和法兰盖连接处的密封圈起密封作用，防止投球器内部的高压压裂液溢出；上接头内部是空心管道，按照尺寸由小到大依次装有多个压裂球;上接头下端与底座上边缘通过紧固螺钉进行固定，投球机构主要安装在底座内部，实现自动单个投球的功能;底座下端与下接头上端通过焊接固定在一起，下接头下端的法兰结构与压裂井口树的液控旋塞阀连接，固定整个压裂投球器;投球机构包括交流伺服防爆电机、电机架、曲柄、转板、转盘、小齿轮、转盘内部柱、限位轨道、限位柱、转盘边缘柱、转板柱、泄压孔和电机转轴;投球机构主要安装在底座内部，电机架通过紧固螺钉固定在底座底板的小圆弧端，交流伺服防爆电机固定在电机架内部，交流伺服防爆电机的电机转轴穿过底座底板进入底座内部，通过键联接与小齿轮进行同轴配合。转盘边缘是不完全轮齿，转盘与小齿轮进行齿轮配合。转盘边缘均匀分布六个弧形限位轨道，限位柱在限位轨道内运动，限制转盘的转动轨迹，限位柱固定在底座底板上。转盘边缘均匀分布六个转盘边缘柱，曲柄一端圆柱孔与转盘边缘柱同心配合，另一端与固定在转板上的转板柱同心配合，转板另一端的圆柱孔与固定在底座底板上的转盘内部柱同心配合。转板由五分之一圆柱体分割而成，中心具有凹球面，方便定位压裂球，五块转板同时绕着转盘内部柱转动，可以形成不同大小的孔径，从而投放不同尺寸的压裂球。这样便可以通过控制交流伺服防爆电机转动，带动与电机转轴进行键联接的小齿轮转动，进而带动与小齿轮进行齿轮配合的转盘转动，转盘转动通过曲柄带动转板绕着转盘内部柱转动，五块转板形成的中心孔径逐渐从小变大，从而实现按照尺寸由小到大依次投放压裂球。在转盘内部开有泄压孔，用来保证上接头和下接头内部空间压力平衡，防止投球机构工作受到压差的影响。
[0007]本发明是在高压环境下工作，通过控制交流伺服防爆电机转动，按照尺寸由小到大的顺序依次投放多个压裂球，完成水平井分段压裂工作。
[0008]装球时，关闭与下接头下端连接的液控旋塞阀，此时本发明装置内部的压力为常压，打开与上接头上端连接的法兰盖，然后按照尺寸从小到大的规律依次装入所有的压裂球，装球完毕后用法兰盖进行封盖。
[0009]投球时，打开与下接头下端连接液控旋塞阀，本发明与井口压裂树接通，本发明内部的压力与井口压力相同。初始状态下，投球机构处于关闭状态，五块转板中心未形成孔径。工作状态下，控制交流伺服防爆电机开始转动，带动与电机转轴进行键联接的小齿轮转动，进而带动与小齿轮进行齿轮配合的转盘转动，转盘转动通过曲柄带动转板绕着转盘内部柱转动，五块转板形成的中心孔径逐渐从无到有、从小变大，当五块转板形成的中心孔径与最小的压裂球尺寸相同时，交流伺服防爆电机停止工作，此时尺寸最小的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。之后交流伺服防爆电机继续工作，五块转板形成的中心孔径继续变大，当五块转板形成的中心孔径与次小的压裂球尺寸相同时，交流伺服防爆电机停止工作，此时尺寸次小的压裂球依靠重力落到压裂井口中，完成尺寸次小的压裂球的投球工作。采用相同的方法，按照尺寸从小到大的规律依次投入所有的压裂球，完成压裂工作。
[0010]该发明的有益效果在于:本发明装置在装球时，可以一次装入所有的压裂球，操作方便，效率高;投球时，本发明只需进行一次装球，就可以通过控制交流伺服防爆电机进行多次投球。该装置可以提高压裂施工的安全性，同时易于操作，减轻工作强度，提高工作效率，同时还能减小压裂生产成本，从而实现安全、高效、连续投球，对于提高页岩气产量、实现页岩气的经济性开采起到了至关重要的作用。
【附图说明】
[0011]图1、本发明装置整体结构图。
[0012]图2、本发明装置内部结构图。
[0013]图3、本发明装置投球机构结构图。
[0014]图4、本发明装置投球机构初始状态图。
[0015]图5、本发明装置投球机构工作状态图。
[0016]图中标记说明:1、六角螺母;2、法兰盖;3、双头螺栓;4、上接头;5、紧固螺钉;6、底座;7、交流伺服防爆电机;8、电机架;9、下接头；10、密封圈；11、压裂球；12、曲柄；13、转板；14、转盘;15、小齿轮;16、转盘内部柱；17、限位轨道;18、限位柱；19、紧固螺孔;20、转盘边缘柱;21、转板柱;22、泄压孔;23、电机转轴。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实例对本发明作进一步说明:
[0018]实施例
[0019]如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明实施例中的水平井分段压裂井口自动投球器，包括六角螺母1、法兰盖2、双头螺栓3、上接头4、紧固螺钉5、底座6、投球机构、下接头9、密封圈10、压裂球11和紧固螺孔19，其中，上接头4上端法兰结构用来装载压裂球11，压裂球11装载完毕后用法兰盖2进行封盖，上接头4上端法兰结构和法兰盖2通过双头螺栓3和六角螺母I进行连接和固定。上接头4上端法兰结构和法兰盖2连接处的密封圈10起密封作用，防止上接头4内部的高压压裂液溢出。上接头4内部是空心管道，按照尺寸由小到大