一种多球投球器

摘要

本发明公开了一种多球投球器，主要由本体、转轮、上盖、装球盖板、上接头、驱动轴、驱动轮、配重块、控制线、远程控制台、步进电机和下接头组成，其中：所述本体设置有一个环形腔体和一个圆形腔体，分别放置转轮和驱动轮；所述上盖设置在本体上，上盖上开有一个与转轮上储球孔等直径的通孔；所述转轮与驱动轮为渐开线齿轮，两齿轮模数和压力角相等，转轮上设置有N个圆柱形通孔（为控制投球器体积和重量，N≤12较佳），用于储存坐封球，可储存N‑1个坐封球，另外一个圆柱形通孔用于与投球通道联通；所述坐封球按从大到小的顺序依顺时针方向放置于转轮上的储球孔内；解决了现有技术中所存在的结构复杂，一次投入坐封球个数较难控制的缺陷。

权利要求

1.一种多球投球器，其特征在于：主要由本体（1）、转轮（2）、上盖（3）、装球盖板（4）、上接头（5）、驱动轴（6）、驱动轮（7）、配重块（8）、控制线（9）、远程控制台（10）、步进电机（11）和下接头（12）组成，其中：所述本体（1）设置有一个环形腔体和一个圆形腔体，分别放置转轮（2）和驱动轮（7）；所述上盖（3）设置在本体（1）上，上盖（3）上开有一个与转轮（2）上储球孔等直径的通孔；

所述转轮（2）与驱动轮（7）为渐开线齿轮，两齿轮模数和压力角相等，转轮（2）上设置有N个圆柱形通孔，其中N≤12，用于储存坐封球（13），可储存N-1个坐封球（13），另外一个圆柱形通孔用于与投球通道联通；所述坐封球（13）按从大到小的顺序依顺时针方向放置于转轮（2）上的储球孔内；

所述上接头（5）和下接头（12）分别连接于上盖（3）和本体（1）上，用于连接进、出液油管；

所述驱动轴（6）下端与步进电机（11）连接，驱动轴（6）上端穿过本体（1）与驱动轮（7）连接；所述步进电机（11）每次投球时旋转设定圈数，通过驱动轴（6）和驱动轮（7）带动转轮（2）旋转设定角度；

所述配重块（8）设置于本体（1）右侧，用于平衡上接头（5）、下接头（12）左右两侧重量，使重心保持在上、下接头（12）轴线上；

所述控制线（9）用于连接步进电机（11）和远程控制台（10），通过远程控制台（10）对步进电机（11）的运转进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种多球投球器，其特征在于：所述远程控制台（10）包括PLC控制电路、供电电源和操作面板；所述操作面板上设有显示屏、投球按钮、电源开关和指示灯。

3.根据权利要求1所述的一种多球投球器，其特征在于：所述上盖（3）设置在本体（1）上，与本体（1）之间有密封圈结构实现密封。

4.根据权利要求1所述的一种多球投球器，其特征在于：上接头（5）与上盖（3）之间、下接头（12）与本体（1）之间有密封组密封。

5.根据权利要求1所述的一种多球投球器，其特征在于：驱动轴（6）与本体（1）之间有密封圈密封。

6.根据权利要求1所述的一种多球投球器，其特征在于：所述装球盖板（4）设置于上盖（3）上，用于密封上盖（3）上的装球通孔。

7.根据权利要求1所述的一种多球投球器，其特征在于：所述步进电机（11）每次投球时逆时针旋转设定圈数，通过驱动轴（6）和驱动轮（7）带动转轮（2）顺时针方向旋转360°/N。

说明书

一种多球投球器

技术领域

[0001] 本发明涉及油气田勘探开发设备技术领域，具体涉及了一种多球投球器，用于连续多段分层压裂施工。

背景技术

[0002] 投球器是连续多段分层压裂施工中不可缺少的设备，通过在井口从小到大顺序投入不同直径的坐封球来依次开启作业管柱上的各级滑套或者井下工具，打开压裂作业通道。

[0003] 目前，现场油气井压裂作业时打开滑套主要是采用多个旋塞阀分别装球投球方式，投球数量少，设备庞大复杂，管线连接麻烦，操作繁琐，维护困难；施工过程中，为了投球，操作人员需要在高压区作业，存在安全风险。随着多段分级压裂工具的不断发展，分段段数已由最初的不到10级上升到了20多级甚至是30级，采用一般的投球方法将更加繁琐、复杂，安全风险也更高。因此，安装多个旋塞阀的投球方式已很难完成施工过程中的投球作业，影响了压裂施工效率，安全风险也越来越高。

[0004] 公开号为103628854A，公开日为2014年3月12日的中国专利文献公开了一种全密闭耐高压磁动力多球投球器，其包括壳体、由壬堵头、设步进电机、强磁主动转子、丝杠、从动转子、选球棒以及两个装球筒，所述壳体下端通过下接头安装在压裂井口上，该壳体内腔壁上对称设有两个凸出的限位键，所述选球棒外壁上分别竖直形成有两个允许对应的限位键插入的通长凹槽，两个所述装球筒的上端开口分别通过一装球筒端盖封装，下端开口均通过所述选球棒封堵。该设备耐压级别高，密封可靠性强，作业时不停泵，可实现带压连续投球，在线投球数量多，而且操作简单，投球可靠性高；还可以提高选球的精度，另外设备体积小、携带、安装方便，可以实现远距离控制，远离高压区，操作安全。

[0005] 但以上述专利文献为代表的多球投球器，其结构较为复杂。且两侧倾斜布置装球筒的结构形式，工作时通过选球棒选球，很容易出现两侧装球筒中的坐封球同时投入的情况。

发明内容

[0006] 本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种多球投球器，采用本发明，能实现在井口从小到大顺序自动投入不同直径的坐封球来依次开启作业管柱上的各级滑套或者井下工具，打开压裂作业通道，且一次仅投入一球，解决了现有技术中所存在的结构复杂，一次投入坐封球个数较难控制的缺陷。

[0007] 本发明是通过采用下述技术方案实现的：

[0008] 一种多球投球器，其特征在于：主要由本体、转轮、上盖、装球盖板、上接头、驱动轴、驱动轮、配重块、控制线、远程控制台、步进电机和下接头组成，其中：

[0009] 所述本体设置有一个环形腔体和一个圆形腔体，分别放置转轮和驱动轮；所述上盖设置在本体上，上盖上开有一个与转轮上储球孔等直径的通孔；

[0010] 所述转轮与驱动轮为渐开线齿轮，两齿轮模数和压力角相等，转轮上设置有N个圆柱形通孔（为控制投球器体积和重量，N≤12较佳），用于储存坐封球，可储存N-1个坐封球，另外一个圆柱形通孔用于与投球通道联通；所述坐封球按从大到小的顺序依顺时针方向放置于转轮上的储球孔内；

[0011] 所述上接头和下接头分别连接于上盖和本体上，用于连接进、出液油管；

[0012] 所述驱动轴下端与步进电机连接，驱动轴上端穿过本体与驱动轮连接；所述步进电机每次投球时旋转设定圈数，通过驱动轴和驱动轮带动转轮旋转设定角度(360°/N)；

[0013] 所述配重块设置于本体右侧，用于平衡上接头、下接头左右两侧重量，使重心保持在上、下接头轴线上；

[0014] 所述控制线用于连接步进电机和远程控制台，通过远程控制台对步进电机的运转进行控制。

[0015] 所述转轮与驱动轮为渐开线齿轮，两齿轮模数和压力角相等，转轮上设置有N个圆柱形通孔，用于储存坐封球，可储存N-1个坐封球，另外一个圆柱形通孔用于与投球通道联通。

[0016] 所述坐封球按从大到小的顺序依顺时针方向放置于转轮上的储球孔内。

[0017] 所述远程控制台包括PLC控制电路、供电电源和操作面板；所述操作面板上设有显示屏、投球按钮、电源开关和指示灯。

[0018] 所述上盖设置在本体上，与本体之间有密封圈结构实现密封；

[0019] 上接头与上盖之间、下接头与本体之间有密封组密封。

[0020] 驱动轴与本体之间有密封圈密封。

[0021] 所述装球盖板设置于上盖上，用于密封上盖上的装球通孔。

[0022] 所述步进电机每次投球时逆时针旋转（图2驱动轮7方向）设定圈数，通过驱动轴和驱动轮带动转轮顺时针方向旋转360°/N。

[0023] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

[0024] 1、本发明通过控制步进电机的旋转驱动转轮每次旋转设定角度(360°/N)，从而将转轮储球孔中的球投入作业通道，整个过程在封闭空间内自动完成。与公开号为103628854A专利文献相比，由是转轮和驱动轮配合的结构形式，因此能通过步进电机每次精确控制转轮上的储球孔中的某一个坐封球投入，且可实现从小到大顺序投入。也就能实现在井口从小到大顺序自动投入不同直径的坐封球来依次开启作业管柱上的各级滑套或者井下工具，打开压裂作业通道，且一次仅投入一球，解决了现有技术中所存在的结构复杂，一次投入坐封球个数较难控制的缺陷。

[0025] 2、本发明可以实现不停泵依次自动投球，投球效率高，并且通过远程控制系统控制投球过程，操作人员无需在高压区作业，操作安全。

[0026] 3、当现场需要进行较多数量球的投入工作时，可将本发明的投球器多台串联使用，即可达到更多分段作业时的投球要求。

附图说明

[0027] 下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

[0028] 图1为本发明结构示意图。

[0029] 图2为图1的剖视图。

[0030] 图中标记为：1、本体，2、转轮，3、上盖，4、装球盖板，5、上接头，6、驱动轴，7、驱动轮，8、配重块，9、控制线，10、远程控制台，11、步进电机，12、下接头，13、坐封球，14、对应于投球通道的储球孔，15、对应于装球盖板的储球孔。

具体实施方式

[0031] 实施例1

[0032] 作为本发明的最佳实施方式，其公开了一种多球投球器，其主要由本体1、转轮2、上盖3、装球盖板4、上接头5、驱动轴6、驱动轮7、配重块8、控制线9、远程控制台10、步进电机11和下接头12组成。

[0033] 本实施例中，所述本体1设置有一个环形腔体和一个圆形腔体，分别放置转轮2和驱动轮7；所述上盖3设置在本体1上，与本体1之间有密封圈结构实现密封，上盖3上开有一个与转轮2上储球孔等直径的通孔；所述装球盖板4设置于上盖3上，用于密封上盖3上的装球通孔。

[0034] 本实施例中，所述转轮2与驱动轮7为渐开线齿轮，两齿轮模数和压力角分别相等，能够正确啮合并连续传动；转轮2上设置有十二个直径100mm的圆柱形通孔，用于储存坐封球13，可储存十一个直径小于98mm的坐封球13，另外一个通孔用于与投球通道联通。所述坐封球13按从大到小的顺序依顺时针方向放置于转轮2上的储球孔内。

[0035] 本实施例中，所述上接头5和下接头12分别连接于上盖3和本体1上，用于连接进、出液油管。上接头5与上盖3之间、下接头12与本体1之间有密封组密封。

[0036] 本实施例中，所述驱动轴6下端与步进电机11连接，驱动轴6上端穿过本体1与驱动轮7连接。驱动轴6与本体1之间有密封圈密封。所述步进电机11每次投球时逆时针旋转（图2驱动轮7方向）设定圈数，通过驱动轴6和驱动轮7带动转轮2顺时针方向旋转30°。

[0037] 本实施例中，所述配重块8设置于本体1右侧，用于平衡上接头5、下接头12左右两侧重量，使重心保持在上、下接头轴线上。

[0038] 本实施例中，所述控制线9用于连接步进电机11和远程控制台10，通过远程控制台10对步进电机11的运转进行控制。

[0039] 本实施例中，所述远程控制台10包括PLC控制电路、供电电源和操作面板；所述操作面板上设有显示屏、投球按钮、电源开关和指示灯。

[0040] 实施例2

[0041] 在现场连续多段分层压裂施工中，将本发明安放于井口附近的压裂管线上，上端接进液管线，下端接出液管线。接通供电电源，打开装球盖板4，通过远程控制台10控制步进电机11顺时针旋转（图2驱动轮7方向），通过驱动轴6和驱动轮7带动转轮2逆时针方向旋转360°/N；将坐封球13按从大到小顺序每次装入一个到转轮2的储球孔内，每次装完坐封球13即通过远程控制台10控制转轮2旋转360°/N到下一个储球孔位置，如所需使用的坐封球13不足N-1个球，即在多余空球位继续旋转转轮2。

[0042] 装球完成后即可对压裂管线及转轮式投球器进行试压，达到试压要求后即可开始分层作业，按正常泵注程序进行压裂作业，当需要投入坐封球13时在远程控制台10按下投球按钮，转轮2顺时针旋转360°/N投入第一个坐封球，然后继续泵注压裂液进行分层作业，如此循环即可完成多段分层压裂施工。

[0043] 当所需投球数量超过N-1个球时可以通过增加同时使用的多球投球器数量的方式增加装球数量，或者可以通过中途停泵暂停作业反复进行坐封球装球作业的方式满足使用需要。