一种压裂施工投球装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种压裂施工投球装置及其投球方法，尤其是一种能够连续、自动化进行压裂施工投球装置及其投球方法，属于油气钻采压裂施工设备及施工方法技术领域。
【背景技术】
[0002]在大型分段水力压裂施工不同井段时，需按井段内预置滑套的球座规格，逐次投入相应规格的密封球体，在密封球体作用下开启相对应井段的滑套，再对此井段进行压裂作业施工。
[0003]常规投球作业时为保证作业安全，必须先停止泵注作业，关闭采油树主闸，将压裂主管道内的压力泄尽，方可开启旋塞阀将密封球体投入压裂主管道内，然后关闭旋塞阀。在开启采油树主闸时，井内与压裂主管道间存在的压差会对钢球入井造成影响，为消除这种影响，在开启采油树主闸前还要对压裂主管道进行打压作业。而整个操作过程需工作人员进入高压施工区域内进行手动操作，存在较大安全隐患。
[0004]常规单次投球过程保守估计需耗时10分钟以上，大型施工时主压设备数量较多，为最大限度保证施工作业连续性，通常投球时所有主压设备均保持怠速运转待命状态。按大型井分段压裂施工启用12台(辆)主压设备计算:若投球6次，单次投球作业耗时10分钟，整个施工过程单投球作业累计耗时I小时左右，12台(辆)主压设备均怠速运转I小时所需燃料成本数千元，也增加了尾气排放量加剧大气污染。
[0005]另外现有压裂施工中，在目标产层压裂施工结束前需注入足量的顶替液以便将井内的支撑剂(或酸液)完全压入目标产层，在支撑剂(或酸液)完全压入目标产层后才能进行下一目标产层的投球作业:球体通过常规投球作业方式进入井内，送球液携带球体，并用泵注将球体输送至目标产层。该操作模式增加了施工液体使用量，也无形中增加了施工运行成本和后期污水处理成本。
【发明内容】
[0006]本实用新型的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种压裂施工投球装置及其投球方法，解决现有操作中存在的问题，有效的节约投球作业时间，降低投球操作成本，同时降低或消除投球高压操作的风险，并具有可自动化操作的优点。
[0007]本实用新型采用的技术方案如下:
[0008]一种压裂施工投球装置，包括主缸体和活塞推杆，所述活塞推杆设置于主缸体内，且可沿主缸体内腔双向往复运动，所述主缸体和活塞推杆间密封配合而将主缸体内腔划分为独立的投球腔和压力辅助腔；所述投球腔所在主缸体端部设置有阀门I，投球腔还设置有进球管道，所述进球管道上设置有阀门II ;所述投球腔和压力辅助腔间通过连通管道连通，所述连通管道上设置有阀门III;所述压力辅助腔设置有泄压管道I，所述泄压管道I上设置有阀门IV ;所述主缸体内设置有用于活塞推杆复位的弹性机构。
[0009]进一步的，所述投球腔设置有用于与压裂主管道连接的引压管，所述引压管上设置有阀门V。
[0010]进一步的，所述弹性机构为压缩弹簧，所述压缩弹簧设置于压力辅助腔内。
[0011]进一步的，所述压力辅助腔内设置有沿主缸体轴向的导杆，活塞推杆沿轴向开设有与导杆适配的导槽，活塞推杆通过其导槽装配于主缸体内的导杆上。
[0012]进一步的，所述投球腔设置有泄压管道II，所述泄压管道II上设置有阀门VI。
[0013]本实用新型的压裂施工投球装置，进一步还包括与所述进球管道连接的球仓，所述球仓的出口设置有球体限径通过机构。
[0014]本实用新型的压裂施工投球装置的投球方法，包括如下步骤:
[0015]a、控制阀门1、阀门II和阀门III为关闭状态，阀门IV为开启状态，将球体放入进球管道内；
[0016]b、开启阀门II，使球体进入投球腔的进球管道所在段，并关闭阀门II ;
[0017]C、将压裂主管道内的流体引入投球腔，活塞推杆在流体压力的作用下向压力辅助腔侧推进并使弹性机构发生弹性形变，球体进入投球腔的主缸体所在段，并完全开启阀门
I；
[0018]d、关闭阀门IV，开启阀门III，流体通过连通管道进入压力辅助腔使投球腔和压力辅助腔间压力平衡，在弹性机构的作用下使活塞推杆向投球腔侧推进，而将球体推入压裂主管道内；
[0019]e、关闭阀门III，开启阀门IV将压力辅助腔内的压力泻出，活塞推杆在投球腔内流体压力的作用下向压力辅助腔侧推进并使弹性机构发生弹性形变；
[0020]f、活塞推杆推进到位后，关闭阀门I将投球腔与压裂主管道隔断；
[0021]g、将投球腔内的压力泻出，活塞推杆在弹性机构的作用下使活塞推杆向投球腔侧推进、复位，完成一次投球过程。
[0022]进一步的，所述投球腔设置有用于与压裂主管道连接的引压管，所述引压管上设置有阀门V，所述步骤C中将压裂主管道内的流体引入投球腔操作为:开启阀门V将压裂主管道内的流体引入投球腔。
[0023]进一步的，所述投球腔设置有泄压管道II，所述泄压管道II上设置有阀门VI，所述步骤g中投球腔通过开启阀门VI进行压力泻出。
[0024]进一步的，所述进球管道连接有球仓，所述球仓的出口设置有球体限径通过机构，所述投球操作前还包括将球体按顺序放入球仓内，并通过球体限径通过机构依次将球体送入进球管道。
[0025]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0026](I)所述压裂施工投球装置构思巧妙、设计合理，通过将压裂施工的压力引入主缸体、缸体内压力平衡的过程来实现投球，本实用新型的压裂施工投球装置能够在压裂主管道压裂施工的过程中带压投球，并且能够实现投球过程的连续化，相比于传统的投球装置有效的降低了投球成本，缩短了投球周期，并具有实现投球过程自动化的基础，操作人员可远离高压区域远程操作，保证了投球过程的安全，另外该装置还具有小型化且运转低成本化的优点，大大降低了施工的运输和安装成本，
[0027](2)基于该压裂施工投球装置和投球方法设计，实现了在管道带压、连续施工的条件下投球，这将使传统投球操作得到改变:通过计算目标产层与下一目标产层间的管道容积，可在目标产层压裂施工结束前注入计算容积的顶替液，当计算容积的顶替液注入完成后即可采用本发明的压裂施工投球装置和投球方法将球体投入井内，再用送球液将球体送至下一目标产层，进而开始下一目标产层的压裂施工。这相比于传统的投球操作，大大节省了顶替液的用量(下一目标产层与地面间管道的容积量)，并节省了投球操作时间和设备运转成本。
【附图说明】
[0028]本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0029]图1是本实用新型的压裂施工投球装置结构示意图；
[0030]图2是本实用新型的压裂施工投球装置操作过程图A ;
[0031]图3是本实用新型的压裂施工投球装置操作过程图B ;
[0032]图4是本实用新型的压裂施工投球装置操作过程图C ;
[0033]图5是本实用新型的压裂施工投球装置操作过程图D ;
[0034]图6是本实用新型的压裂施工投球装置操作过程图E。
[0035]图中标记:1-主缸体、101-阀门1、102-导槽、103-导杆、104-压缩弹簧、105-阀门II1、106-阀门V、107_阀门IV、2-活塞推杆、3-投球腔、4-压力辅助腔、5-进球管道、501-阀门II ,502-阀门V1、6-球仓、601-球体限径通过机构、7-球体、8-压裂主管道。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0037]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例
[0038]本实用新型的压裂施工投球装置，其结构如图1所示，包括主缸体I和活塞推杆2，所述活塞推杆2设置于主缸体I内，且可沿主缸体I内腔双向往复运动，所述主缸体I和活塞推杆2间密封配合而将主缸体I内腔划分为独立的投球腔3和压力辅助腔4 ;所述投球腔3所在主缸体I端部设置有阀门I 101，投球腔3还设置有进球管道5，所述进球管道5上设置有阀门II 501 ;所述投球腔3和压力辅助腔4间通过连通管道连通，所述连通管道上设置有阀门III105 ;所述压力辅助腔4设置有泄压管道I，所述泄压管道I上设置有阀门IV 107 ;所述主缸体I内设置有用于活塞推杆2复位的弹性机构。
[0039]所述弹性机构可安装于投球腔3或压力辅助腔4内，弹性机构可为压缩弹性机构或者拉伸弹性机构等现有形式或者结构设计，其目的在于储存压裂主管道8内流体压力，并通过压力释放来实现投球。
[0040]所述主缸体I的投球腔3端部为管道接头用于和压裂主管道8连接，所述压力辅助腔4端面封闭，压裂施工投球装置其主要工作原理如下:压裂主管道内的流体压力引入(可通过阀门I 101或者另设引压用管道)投球腔3，在压力作用下活塞推杆2向压力辅助腔4推进并使弹性机构发生弹性形变，阀门III 105用于投球腔3和压力辅助腔4的压力平衡，两腔体压力平衡过程