一种连续分层压裂投球器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气田勘探开发设备，具体涉及一种连续分层压裂投球器及其控制方法，用于不动管柱连续分层压裂施工。
【背景技术】
[0002]油气井内有多个油气层需要开发时，为了加快压裂开发速度，常采用不动管柱分层压裂施工。不动管柱分层压裂时，要将各个层(段)用封隔器进行封隔，分层压裂时，只需要将各个封隔器之间的滑套开关，通过封堵球打滑套的方式，打开进入新层的通道，同时堵住已压开层位的通道，实现新层的压裂。连续分层压裂就是在压裂施工过程中，不停泵连续注入压裂液的情况下，投入封堵球或尼龙球，打开滑套进行分层压裂施工。
[0003]目前，常采用井口阀门或连接在管线上的高压旋塞，在停泵后进行封堵球。如中国专利CN101929330B公开了一种是遥控旋塞式钢球投封堵球系统，至少包括三通，连接在压裂施工的高压管线上；三通两直通端使高压管线贯通；一个高压旋塞连接在三通的垂直端，不同直径的钢球放置在高压旋塞内；一个执行器与高压旋塞连接，用于控制高压旋塞的开口度；一个控制器用于向执行器输入一开口度的命令信号，使执行器对应控制高压旋塞的开口度与投放的钢球直径相一致。
[0004]现有连续分层压裂施工过程中封堵球时操作人员面临高压风险，封堵球时间相对较长，封堵球往往要在30分钟以上；当压裂施工层段多，封堵球数量多时，则封堵球时间要达到2-3小时，影响工作时效，且具有一定的安全风险。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有连续分层压裂施工过程中投封堵球时操作人员面临高压风险、投封堵球时间长，影响工作效率的问题。
[0006]为此，本发明提供了一种连续分层压裂投球器，包括外壳，所述外壳内设置有高压储球筒，所述高压储球筒内腔中斜设有弧形排球板，所述弧形排球板上表面与高压储球筒筒壁之间形成的空间内自下而上叠放直径依次增大的多个封堵球，所述弧形排球板下端与高压储球筒筒壁之间形成投放口，所述弧形排球板下端铰接有一个往复杆，往复杆通过螺纹连接有旋转杆，所述旋转杆通过第二推力轴承延伸出外壳，并与设置在外壳外部的步进电机连接，所述步进电机电连接有一远程控制器，所述高压储球筒上部设有投封堵球探测装置，该投封堵球探测装置包括探测块、钢丝、滚轮和滚轮轴，所述探测块通过钢丝连接在滚轮上，滚轮设置在滚轮轴上，滚轮轴设置在高压储球筒内壁上并通过滚轮轴上安装的第一推力轴承延伸至外壳，所述滚轮轴一端设有复位旋钮，滚轮轴一端连接角度传感器，所述角度传感器通过信号线与远程控制器连接。
[0007]上述远程控制器包括PLC控制器，供电电源和操作箱面板；所述操作箱面板上设有显示屏，电源开关，投封堵球按钮，指示灯，复位开关和安全开关。
[0008]上述叠放的多个封堵球的直径自下而上呈等差数列。
[0009]上述弧形排球板的轴向为梯形状，上宽下窄，周向为圆弧形状，且该圆弧与高压储球筒的截面圆为同心结构。
[0010]上述弧形排球板的长度Sn= na Jn (n_l) c/2，其中，B1= d，d为最小封堵球的直径，η为封堵球个数，c为封堵球直径呈等差数列的级差。
[0011]上述弧形排球板下端的宽度L = 2(Dd/2-d2/4)°_5，其中，D为高压储球筒内径，d为最小封堵球的直径。
[0012]上述钢丝为1.0mm不锈钢丝。
[0013]上述滚轮轴与第一推力轴承之间设置密封圈一。
[0014]上述旋转杆与第二推力轴承之间设置密封圈二。
[0015]另外，本发明还提供了一种连续分层压裂投球器的控制方法，包括如下步骤:
[0016]I)通过远程控制器控制步进电机旋转而带动往复杆运动，使弧形排球板下端与高压储球筒筒壁之间形成的投放口尺寸达到最小位置，即初始位置；
[0017]2)将要投入井内的封堵球，按直径从小到大的次序，装入高压储球筒中；
[0018]3)在远程控制器中存储每个封堵球的直径；
[0019]4)将组装好的连续分层压裂投球器吊装在井口的顶部，通过法兰盘与井口连接；
[0020]5)开始投封堵球；远程控制器控制步进电机旋转，角度传感器检测到的角度信号通过信号线传给远程控制器并与步进电机的角度电信号进行对比，当信号值等于远程控制器中存储的封堵球的直径时，远程控制器控制步进电机停止旋转，进行投封堵球；当信号值小于远程控制器中存储的封堵球的直径时，步进电机继续旋转，调整投放口开度值，直至与封堵球的直径相等；若信号值大于封堵球的直径且能使另一大直径的封堵球投入时，则停止投封堵球；
[0021]6)每次投封堵球重复步骤5)操作，直至将高压储球筒内的全部封堵球投入井内，完成不停泵连续分层压裂工艺。
[0022]本发明的有益效果:
[0023](I)本发明提供的这种连续分层压裂投球器可根据投放口的开度和封堵球的直径，分别投入不同直径的封堵球，达到了分层封堵球打滑套的要求。
[0024](2)本发明提供的这种连续分层压裂投球器实现了封堵球的自动投掷，且能够远程控制和精确投封堵球，减少了投放时间，提高了工作效率。
[0025](3)本发明提供的这种连续分层压裂投球器有效减少了工作人员高压投封堵球的风险，达到了安全高效施工的要求。
[0026]以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
【附图说明】
[0027]图1是本发明连续分层压裂投球器的结构示意图。
[0028]图2是本发明连续分层压裂投球器中弧形排球板的尺寸示意图。
[0029]图3是本发明连续分层压裂投球器控制方法流程图。
[0030]附图标记说明:1、密封圈一 ；2、第一推力轴承；3、滚轮；4、钢丝；5、角度传感器；6、探测块；7、法兰盘；8、封堵球；9、高压储球筒；10、弧形排球板；11、往复杆；12、旋转杆；13、第二推力轴承；14、密封圈二 ；15、步进电机；16、远程控制器；17、信号线；18、外壳；19、滚轮轴；20、复位旋钮。
【具体实施方式】
[0031]实施例1:
[0032]为了克服现有连续分层压裂施工过程中投球时操作人员面临高压风险、投球时间长，影响工作效率的问题，本实施例提供了一种如图1所示的连续分层压裂投球器，包括外壳18，所述外壳18内设置有高压储球筒9，所述高压储球筒9内腔中斜设有弧形排球板10，所述弧形排球板10上表面与高压储球筒9筒壁之间形成的空间内自下而上叠放直径依次增大的多个封堵球8，所述弧形排球板10下端与高压储球筒9筒壁之间形成投放口，所述弧形排球板10下端铰接有一个往复杆11，往复杆11通过螺纹连接有旋转杆12，所述旋转杆12通过第二推力轴承13延伸出外壳18，并与设置在外壳18外部的步进电机5连接，所述步进电机5电连接有一远程控制器16，弧形排球板10通过往复杆11能够沿水平方向移动调整投放口的开度值，实现一次投一个封堵球8，所述高压储球筒9上部设有投封堵球探测装置，该投封堵球探测装置包括探测块6、钢丝4、滚轮3和滚轮轴19，所述探测块16通过钢丝4连接在滚轮3上，滚轮3设置在滚轮轴19上，滚轮轴19设置在高压储球筒9内壁上并通过滚轮轴19上安装的第一推力轴承2延伸至外壳18，所述滚轮轴19 一端设有复位旋钮20，滚轮轴19 一端连接角度传感器5，所述角度传感器5通过信号线17与远程控制器16连接。
[0033]本发明通过计量滚轮轴19的旋转角度，计算钢丝14在高压储球筒9内的下移距离，通过球下移的距离，确定封堵球是否投入，以及投入球直径的大小。
[0034]本发明将弧形排球板10通过往复杆11和旋转杆12与步进电机15连接，通过步进电机15与远程控制器16连接，提高了结构可行性和可靠性。在往复杆11与步进电机15之间设置通过第二推力轴承13安装在高压储球筒9的筒壁上的旋转杆12，使得结构紧凑、稳定，解决了高压大扭矩采用低压低扭矩传动的技术问题，减去了减速机构，销减了因高压造成的螺纹变形误差，使得控制更为精准。
[0035]本发明提供的这种连续分层压裂投球器可根据投放口的开度和封堵球的直径，分别投入不同直径的封堵球，达到了分层封堵球打滑套的要求。
[0036]实施例2:
[0037]在实施例1的基础上，为了操作方便，所述远程控制器16包括PLC控制器，供电电源和操作箱面板；所述操作箱面板上设有显示屏，电源开关