一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球器的制造方法
【專利摘要】一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球器，包括投球器體，交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)、球室、投球器驅(qū)動(dòng)端和投球器排出端，通過交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鏈條旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鏈條上的球室旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過可編程控制器及位置傳感器實(shí)現(xiàn)有序或無序投球。本發(fā)明能廣泛應(yīng)用于油氣井酸化壓裂作業(yè)，特別是非常規(guī)天然氣水平井的分段分層壓裂作業(yè)，其裝球數(shù)量多，可達(dá)33個(gè)任意級(jí)差的球，裝球時(shí)可從任意球室位置起進(jìn)行有序或無序裝球；可進(jìn)行任意球位置起有序或無序投球；裝球方式有自動(dòng)裝球或手動(dòng)裝球兩種模式；投球方式有自動(dòng)投球方式和手動(dòng)投球方式兩種模式；所有內(nèi)壁采用防腐、防酸堿工藝處理，所有與壓裂液接觸的零部件表面鍍鉻，密封部位采用V型和O型密封，極大地保證了高壓作業(yè)下的密封。
【專利說明】一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及油氣田常規(guī)和非常規(guī)油氣水平井、垂直井分段、分層酸化壓裂作業(yè) 領(lǐng)域，具體說是一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能源的需求不斷增大，而常規(guī)性的能源礦藏量日益減少，同 時(shí)開采量已越來越不能滿足社會(huì)發(fā)展的需求。作為常規(guī)能源的重要補(bǔ)充，頁巖氣非常規(guī)能 源成為一種新型的能源。在國外頁巖氣成熟技術(shù)開采的引領(lǐng)下，中國頁巖氣儲(chǔ)量為全球最 多的國家，同時(shí)頁巖氣非常規(guī)能源產(chǎn)業(yè)已經(jīng)起步，隨著政策支持力度的加大，將會(huì)出現(xiàn)大規(guī) 模的發(fā)展，石油裝備市場將會(huì)更加的繁榮。許多新設(shè)備、新工藝應(yīng)運(yùn)而生，以滿足頁巖氣的 開采。為了提高低滲、特低滲透油氣藏儲(chǔ)量動(dòng)用程度和采收率，壓裂工藝是油田能源開發(fā)廣 泛應(yīng)用的一項(xiàng)成熟增產(chǎn)技術(shù)，是提高采收率的重要手段。目前壓裂技術(shù)又成為頁巖氣等非 常規(guī)能源開發(fā)基本的必要的完井工藝技術(shù)。頁巖氣等非常規(guī)能源開發(fā)主要以水平井鉆井和 分段壓裂完井的方式開采。投球打滑套分段壓裂具有分段可靠，施工周期短，費(fèi)用低、放噴 后即可投產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，是水平井壓裂的主要應(yīng)用形式。投球打滑套分段壓裂通過投球打開滑 套的方法實(shí)現(xiàn)分多段壓裂完井。因此投球器是水平井投球打滑套分段壓裂必不可少的設(shè) 備。
[0003]在頁巖氣的開采中，需將按水平構(gòu)造的頁巖層在高壓酸化介質(zhì)的作用下?lián)伍_，注 入氣體可滲透的介質(zhì)，使得頁巖氣按設(shè)計(jì)的路徑匯集到輸氣管道。為此在水平井分段壓裂 酸化作業(yè)中，將水平井分段壓裂封堵投球器是頁巖氣開采必不可缺的設(shè)備。
[0004]目前，在頁巖氣的酸化壓裂作業(yè)中，投球打滑套分段壓裂采用滑套封堵結(jié)構(gòu)，即按 滑套的直徑將相應(yīng)直徑的封堵球投入到井內(nèi)，靠高壓酸化壓裂液的流動(dòng)力，將封堵球推至 井內(nèi)對(duì)應(yīng)的滑套口位置進(jìn)行封堵，就可進(jìn)行對(duì)此段的壓裂?；字睆绞怯尚〉酱蟮捻樞蜻M(jìn) 行排列，堵塞球也必須由小到大進(jìn)行投入，球直徑和滑套直徑是一一對(duì)應(yīng)的。
[0005]封堵球有耐高壓金屬空心球，耐高壓聚氨酯實(shí)心球，球的直徑是一組等差數(shù)列球， 公差有三種規(guī)格分別為:1/16" (1.5875mm)、1/8" (3.715mm)、1/4 " (6.35mm)三種，其 中最小球的直徑為0.75" (19.05mm)，最大球的直徑國外4.75" (120.65mm)，國內(nèi)3.75" (95.25mm)。由于頁巖氣水平酸化壓裂作業(yè)中所用的封堵球直徑存在三種公差，現(xiàn)有的投球 器只能適合于一種球直徑公差，不能同時(shí)適用于三種球直徑公差。裝球時(shí)必須從小到大有 序地裝球，同樣在投球時(shí)也必須從小到大有序投球，無法適應(yīng)不同尺寸的滑套封堵機(jī)構(gòu)有 選擇地從某一直徑值開始有序或無序投球。市場上現(xiàn)有的投球器目前較先進(jìn)有兩種均屬美 國制造，一種裝球數(shù)量最多26只，裝球方式只能是有序的從小到大進(jìn)行，投球方式:依靠球 自身重量向下進(jìn)入壓裂液流動(dòng)管道內(nèi)，球的比重必須大于壓裂液介質(zhì)的密度(不利于壓裂 完工后對(duì)球的處理)，球的下降帶動(dòng)磁鐵直觀顯示球室的球位，不能動(dòng)態(tài)地顯示球位位置， 額定工作壓力105MPa。另一種裝球數(shù)量6只，裝球數(shù)量少，單個(gè)投球器不能完成一口井的分 段壓裂，可由多個(gè)投球器分級(jí)聯(lián)成同一系列的大容量投球器陣列進(jìn)行分段壓裂。額定工作壓力105MPa，裝球方式只能有序的從小到大進(jìn)行，投球方式:電機(jī)帶動(dòng)絲杠推送，對(duì)球的密 度沒有要求，這種投球器設(shè)備成本大，現(xiàn)場安裝繁瑣，不同的投球器安裝的不同球徑的球須 現(xiàn)場標(biāo)明，控制過程復(fù)雜。
[0006]因此現(xiàn)有的分段壓裂投球器存在裝球數(shù)量少，裝球只能有序地從小到大裝球，投 球時(shí)必須從小到大投球，每種投球器只能適合一種球直徑公差，額定工作壓力低，無法動(dòng)態(tài) 地顯示球在球室的位置及球徑，不能從任意球徑起進(jìn)行有序或無序地投球，裝球方式為人 為裝球，易造成裝球混亂，不適用不同密度球等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]綜上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂 投球器，克服了現(xiàn)有分段壓裂投球器的缺陷。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的:
一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球器，包括投球器體、支架、交流數(shù)字 伺服電動(dòng)機(jī)1、減速機(jī)、彈性聯(lián)軸節(jié)1、主動(dòng)鏈輪、鏈條、球室、彈性聯(lián)軸節(jié)I1、消隙齒輪組、 光電接收發(fā)送組件、交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)I1、彈性聯(lián)軸節(jié)II1、主動(dòng)直齒齒輪、外嚙合被動(dòng)直 齒齒輪、內(nèi)嚙合被動(dòng)直齒齒輪、防爆電氣控制箱、可編程控制器、觸摸屏和位置檢測(cè)傳感器， 投球器體包括投球器驅(qū)動(dòng)端、投球器體1、投球器體I1、投球器體III和投球器排出端； 投球器驅(qū)動(dòng)端、投球器體1、投球器體I1、投球器體III和投球器排出端通過螺栓連接為一 體；投球器體固定在支架上；
投球器驅(qū)動(dòng)端兩側(cè)分別設(shè)有交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)I和防爆箱；投球器驅(qū)動(dòng)端內(nèi)設(shè)有傳 動(dòng)軸I ;傳動(dòng)軸I上設(shè)有主動(dòng)鏈輪；防爆箱內(nèi)設(shè)有齒輪軸、格林碼盤、傳動(dòng)軸I1、消隙齒輪 組和光電接收發(fā)送發(fā)送組件；
傳動(dòng)軸I兩端分別設(shè)有彈性聯(lián)軸節(jié)I和彈性聯(lián)軸節(jié)II ;
投球器排出端兩側(cè)設(shè)有壓裂液流入及流出的接口 ；投球器排出端的徑向外側(cè)設(shè)有裝球 口和排殘液口 ；投球器排出端內(nèi)設(shè)有傳動(dòng)軸IV和傳動(dòng)軸III ;傳動(dòng)軸III上設(shè)有主動(dòng)直齒齒 輪；傳動(dòng)軸IV上設(shè)有被動(dòng)鏈輪、外嚙合被動(dòng)直齒齒輪和內(nèi)嚙合被動(dòng)直齒齒輪；
傳動(dòng)軸III的一端設(shè)有彈性聯(lián)軸節(jié)III ;彈性聯(lián)軸節(jié)III的另一端設(shè)有交流數(shù)字伺服電 動(dòng)機(jī)II;交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)II內(nèi)設(shè)有位置檢測(cè)傳感器；
主動(dòng)鏈輪通過鏈條連接被動(dòng)鏈輪；鏈條上設(shè)有33個(gè)球室；
外嚙合被動(dòng)直齒齒輪和內(nèi)嚙合被動(dòng)直齒齒輪上設(shè)有網(wǎng)狀柵欄。
[0009]上述的交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)I帶動(dòng)減速機(jī)；減速機(jī)通過彈性聯(lián)軸節(jié)I帶動(dòng)傳動(dòng)軸 I轉(zhuǎn)動(dòng)；傳動(dòng)軸I轉(zhuǎn)動(dòng)分別帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪和彈性聯(lián)軸節(jié)II轉(zhuǎn)動(dòng)；主動(dòng)鏈輪帶動(dòng)鏈條旋轉(zhuǎn)， 鏈條帶動(dòng)球室旋轉(zhuǎn)；彈性聯(lián)軸節(jié)II帶動(dòng)齒輪軸旋轉(zhuǎn)，齒輪軸帶動(dòng)消隙齒輪組旋轉(zhuǎn)，消隙齒輪 組帶動(dòng)傳動(dòng)軸II旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸II帶動(dòng)格林碼盤11旋轉(zhuǎn)。
[0010]上述的交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)II通過彈性聯(lián)軸節(jié)III連接傳動(dòng)軸III，傳動(dòng)軸III帶 動(dòng)主動(dòng)直齒齒輪在26°范圍內(nèi)做正、反向旋轉(zhuǎn)；主動(dòng)直齒齒輪帶動(dòng)外嚙合被動(dòng)直齒齒輪及 內(nèi)嚙合被動(dòng)直齒齒輪旋轉(zhuǎn)；外嚙合被動(dòng)直齒齒輪及內(nèi)嚙合被動(dòng)齒輪帶動(dòng)網(wǎng)狀柵欄作打開或 關(guān)閉運(yùn)動(dòng)。
[0011]上述的交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)I和交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)II通過控制線和動(dòng)力線與防爆電氣控制箱相連。
[0012]上述的光電接收發(fā)送組件的信號(hào)線和電源線與防爆電氣控制箱相連。
[0013]本發(fā)明裝球方式有自動(dòng)裝球或手動(dòng)裝球兩種模式；
在該發(fā)明投球控制系統(tǒng)中裝球方式設(shè)置有:自動(dòng)裝球和手動(dòng)裝球，當(dāng)選擇“自動(dòng)裝球” 方式時(shí)，該發(fā)明投球器控制系統(tǒng)，首先與一種分段壓裂自動(dòng)裝球/自動(dòng)篩選裝置(選配件) 控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，當(dāng)該發(fā)明控制系統(tǒng)判斷與一種分段壓裂自動(dòng)裝球/自動(dòng)篩選裝置通訊 無誤后，由該發(fā)明主控制系統(tǒng)向一種分段壓裂自動(dòng)裝球/自動(dòng)篩選裝置發(fā)出系統(tǒng)復(fù)位指 令，當(dāng)一種分段壓裂自動(dòng)裝球/自動(dòng)篩選裝置控制系統(tǒng)接收到該發(fā)明主控制系統(tǒng)向它發(fā)出 的復(fù)位指令后，首先判斷一種分段壓裂自動(dòng)裝球/自動(dòng)篩選裝置是否在機(jī)械零位，若不在 零位，由可編程控制器向篩選交流伺服控制系統(tǒng)發(fā)出歸零指令，歸零指令包括脈沖信號(hào)及 方向信號(hào)，歸零速度在操作面板設(shè)有速度調(diào)整旋鈕，速度范圍為25%、50%、75%、100%系統(tǒng)內(nèi) 部設(shè)置速度，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置速度為不超過交流數(shù)字伺服系統(tǒng)最高速度的數(shù)值，可在觸摸屏 上由操作者自由設(shè)置，當(dāng)一種分段壓裂自動(dòng)裝球/自動(dòng)篩選裝置控制器判斷接近機(jī)械原點(diǎn) 時(shí)，減速按系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置速度慢慢逼近機(jī)械原點(diǎn)，當(dāng)判斷自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)的篩 選系統(tǒng)為機(jī)械原點(diǎn)時(shí)，由自動(dòng)篩選及裝球系統(tǒng)控制向該發(fā)明控制系統(tǒng)發(fā)出自動(dòng)裝球及篩選 控制系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒指令信號(hào)，當(dāng)該發(fā)明控制系統(tǒng)接收到自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)發(fā)出的系 統(tǒng)準(zhǔn)備就緒指令后，該發(fā)明控制器判斷投球器由小到大所空球位的球徑，并以6位二進(jìn)制 TTL信號(hào)向自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)發(fā)出所對(duì)應(yīng)球徑的6位二進(jìn)制碼信號(hào)，自動(dòng)裝球及篩 選控制系統(tǒng)接收到主控制系統(tǒng)發(fā)送的6位TTL球徑信號(hào)后，由自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)與 所需球徑的機(jī)械位置6位二進(jìn)制數(shù)值比較，若相等則裝球控制交流伺服電機(jī)及控制裝置、 檢測(cè)裝置歸位，若不相等則斷開，將球送入自動(dòng)裝球及篩選裝置的接球口。運(yùn)動(dòng)時(shí)先從機(jī)械 原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到第一球徑對(duì)應(yīng)的機(jī)械位置，并由小到大運(yùn)行，當(dāng)符合要求的球徑送入該新型投 球器時(shí)，由對(duì)射式光電開關(guān)檢測(cè)到唯一一次信號(hào)后，主控制器判斷成功裝入所需球徑，并自 動(dòng)旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)球位，同樣進(jìn)行上述程序處理過程，直至裝完所空球位的所有球，由該發(fā)明 投球器的控制器向自動(dòng)裝球及篩選控制器發(fā)出裝球過程完成，自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)停 止工作。
[0014]當(dāng)在同一球位時(shí)，對(duì)射式光電開關(guān)接收到大于I的脈沖信號(hào)后，該發(fā)明投球器控 制器發(fā)出報(bào)警并終止自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)運(yùn)行，報(bào)警號(hào)ZD01，報(bào)警內(nèi)容:同一球室裝 入了過多球，此時(shí)表明同一球位裝入了幾個(gè)球，并在顯示屏上顯示報(bào)警代號(hào)及報(bào)警內(nèi)容，由 操作者進(jìn)行報(bào)警分析及處理，當(dāng)操作者處理報(bào)警信息后，按該發(fā)明主控制器上的“報(bào)警解 除”按鈕后，主控制器向自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)發(fā)出主控制系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒信號(hào)后，自動(dòng)裝 球及篩選控制系統(tǒng)正常工作。該報(bào)警只能由主控制發(fā)出指令解除。
[0015]當(dāng)裝球時(shí)，若該發(fā)明投球器內(nèi)所有球位為空時(shí)，按就近位置控制系統(tǒng)將球位轉(zhuǎn)到 就近裝球位置，并將該球位對(duì)應(yīng)的球徑寫入保持性數(shù)據(jù)寄存器中，該發(fā)明投球裝置每個(gè)球 位具備唯一的球位識(shí)別ID碼，同時(shí)在顯示屏上顯示:球位及球位對(duì)應(yīng)的球徑，若球位沒有 裝入球則球位對(duì)應(yīng)的球徑為空，當(dāng)裝球正確無誤完成后，該發(fā)明投球器主控制器向自動(dòng)篩 選及裝球裝置發(fā)出裝球完成指令后，該發(fā)明投球器自動(dòng)轉(zhuǎn)到下一個(gè)球位，并同時(shí)向自動(dòng)裝 球及篩選控制系統(tǒng)發(fā)出裝入下一球徑的球指令，自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)接受到下一球徑 的裝球指令后，交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠向上運(yùn)動(dòng)到符合球徑的開口位置時(shí)，其位置檢測(cè)依靠增量式脈沖編碼器，傳送帶開始運(yùn)動(dòng)，將球推送到球徑位置檢測(cè)口，當(dāng)在特定可設(shè) 定時(shí)間范圍內(nèi)，對(duì)射式光電開關(guān)沒有檢測(cè)到過球信號(hào)，傳送帶反轉(zhuǎn)可設(shè)定的時(shí)間，然后再正 轉(zhuǎn)，同樣在特定可設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)，對(duì)射式光電開關(guān)依然沒有檢測(cè)到過球信號(hào)，傳送帶同樣 反轉(zhuǎn)，同樣重復(fù)運(yùn)行可設(shè)定次數(shù)后，自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，報(bào)警號(hào)ZD02，報(bào)警 內(nèi)容:球器中沒有需裝入球徑，由人為進(jìn)行判斷及處置，當(dāng)按要求人為裝入要求球徑后，按 自動(dòng)裝球及篩選控制系統(tǒng)的“人為裝入”按鈕后，報(bào)警解除，然后投球器再轉(zhuǎn)到下一個(gè)裝球 球位，重復(fù)上述裝球過程。直至所有球位裝完。
[0016]當(dāng)裝球方式選擇為“人工裝球”時(shí)，裝球分為所有球室空裝球和部分球室空裝球兩 種方式
球室空或部分球室空，由該發(fā)明投球器控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行判別，并以表格的形式按球 室、球徑顯示在屏幕上，當(dāng)球室無球時(shí)在球徑欄顯示為空白，球室有球時(shí)在球徑欄顯示球徑 的直徑尺寸。
[0017]當(dāng)所有球室空時(shí)，當(dāng)按“裝球”按鈕后該發(fā)明投球器主控制系統(tǒng)按就近位置運(yùn)動(dòng)到 就近裝球位置，并將該球室的編號(hào)按頻率I秒閃爍或球室的顏色為紅色顯示，當(dāng)觸摸閃爍 按I秒閃爍或紅色的球室位置后，顯示屏彈出要裝入球徑的數(shù)字輸入鍵盤，人為輸入要裝 入的球徑尺寸，按確認(rèn)鍵后，則對(duì)應(yīng)的絕對(duì)位置球徑寫入控制系統(tǒng)內(nèi)部掉電保持性數(shù)據(jù)寄 存器中，若按“確認(rèn)”鍵后認(rèn)為輸入數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，則觸摸輸入的數(shù)字，再次彈出輸入對(duì)話框，再 次輸入后按“確認(rèn)”鍵。顯示恢復(fù)到正常顯示狀態(tài)，若要裝下一個(gè)或任意球位的球，則直接觸 摸對(duì)應(yīng)的球室號(hào)，球室號(hào)按頻率I秒閃爍或球室的顏色為紅色顯示，此時(shí)該發(fā)明控制系統(tǒng) 根據(jù)要裝入球室的位置，自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算并將要裝入球的球室旋轉(zhuǎn)到裝球口，控制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn) 到要裝入球室位置后，控制系統(tǒng)自動(dòng)彈出輸入鍵盤，同樣輸入要裝入球的直徑數(shù)據(jù)，按“確 認(rèn)”鍵，控制系統(tǒng)返回裝球界面。
[0018]若輸入的球徑已經(jīng)輸入過，則按“確認(rèn)”鍵后控制系統(tǒng)彈出:
“該直徑球已裝入，是否還裝入該直徑球”
“按“Y”裝入，按“N”不裝入”
當(dāng)按“Y”后，返回到裝球界面，按“N”后返回到輸入界面。
[0019]當(dāng)所有球裝完后，按“確認(rèn)”鍵，系統(tǒng)返回主工作界面。
[0020]當(dāng)部分球位沒有裝球時(shí)，按“確認(rèn)”鍵后，系統(tǒng)彈出，
“所有球位沒有裝完，是否繼續(xù)裝球”
“‘‘V，繼續(xù)裝球”
““N”不裝球”
按“Y”后返回裝球界面 按“N”后返回主界面。
[0021]本發(fā)明投球方式有自動(dòng)投球方式和手動(dòng)投球方式兩種模式；
當(dāng)在該發(fā)明投球器主界面投球方式選擇“自動(dòng)投球”方式時(shí)，該發(fā)明投球器控制器首先 彈出投球編程界面，顯示方式以表格的形式按球室、球徑顯示。當(dāng)按投球順序依次觸摸顯示 在屏幕上的球室及彈出的投球時(shí)間間隔小鍵盤，輸入時(shí)間后，按“確認(rèn)”鍵后，則將按觸摸的 投球順序及時(shí)間寫入EEPROM中，按“自動(dòng)投球”鍵后，控制系統(tǒng)運(yùn)行并實(shí)時(shí)顯示球位及運(yùn)動(dòng) 方向、倒數(shù)運(yùn)行數(shù)字鐘表，所有投球完成后，返回主界面。[0022]第一次按的球室，不彈出時(shí)間間隔輸入對(duì)話框，該時(shí)間自動(dòng)標(biāo)注為00:00:00，其 值為第二次觸摸球室的投球時(shí)間間隔的基準(zhǔn)時(shí)間，下一個(gè)球的投球時(shí)間間隔都以上一個(gè)球 的設(shè)定時(shí)間為基準(zhǔn)。
[0023]當(dāng)在該發(fā)明投球器主界面投球方式選擇“手動(dòng)投球”方式時(shí)，該發(fā)明投球器控制器 首先彈出投球界面，顯示方式以表格的形式按球室、球徑顯示。觸摸要投球?qū)?yīng)的球徑或球 室，對(duì)應(yīng)的球室和球徑所對(duì)應(yīng)的框變紅，然后按“手動(dòng)投球”鍵，該發(fā)明投球器運(yùn)行，并實(shí)時(shí) 顯示球位及運(yùn)行方向，投球完成后，球徑所對(duì)應(yīng)的數(shù)值消失，當(dāng)所對(duì)應(yīng)球徑的框內(nèi)空白時(shí)， 表示該球室球已投或無球，觸摸時(shí)無反應(yīng)。
[0024]該發(fā)明投球器控制器接收到自動(dòng)/手動(dòng)投球運(yùn)動(dòng)指令后，首先該發(fā)明投球器控制 系統(tǒng)將上電初始狀態(tài)打開的網(wǎng)狀柵欄旋轉(zhuǎn)26°，封閉投球口，該發(fā)明投球器主控制系統(tǒng)接 收到投球控制系統(tǒng)的位置檢測(cè)傳感器發(fā)出的已封閉投球孔的位置信號(hào)后，向主控制系統(tǒng)發(fā) 出投球運(yùn)動(dòng)開始指令，主控制系統(tǒng)根據(jù)球室-球徑和欲投球的球徑進(jìn)行就近位置運(yùn)算比較 后，球室運(yùn)動(dòng)數(shù)字伺服控制系統(tǒng)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)將需投球室運(yùn)轉(zhuǎn)到投球口，當(dāng)需投球徑的球室 處于投球位置時(shí)，主控制器向投球控制系統(tǒng)發(fā)出投球指令，投球控制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)-26°，打開 投球封閉口，并延時(shí)可設(shè)定時(shí)間間隔后，關(guān)閉投球口，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到投球控制系統(tǒng)關(guān)閉投球 口的位置指令后，向主控制器發(fā)出投球動(dòng)作完成指令，同理重復(fù)上述投球過程。當(dāng)在自動(dòng) 投球方式下投球完畢后，自動(dòng)返回主界面，當(dāng)在手動(dòng)投球方式下投球時(shí)，當(dāng)最后一個(gè)球室的 球投完后自動(dòng)返回主界面，當(dāng)球室有球時(shí)，而不在運(yùn)行投球動(dòng)作時(shí)，可按“返回”鍵返回主界 面。
[0025]投球時(shí)從當(dāng)前位置到投球位置的運(yùn)動(dòng)控制均有主控制器完成。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
1、本發(fā)明能廣泛應(yīng)用于油氣井酸化壓裂作業(yè)，特別是非常規(guī)天然氣水平井的分段分層 壓裂作業(yè)，其裝球數(shù)量多，可達(dá)33個(gè)任意公差的球，兩級(jí)相連可組成陣列式投球器，將囊括 所有的分段壓裂投球數(shù)量，使用電源為單相交流220V、50Hz，使用方便。
[0027]2、承受壓力高，可達(dá)140MPa。
[0028]3、裝球時(shí)可從任意球室位置起進(jìn)行有序或無序裝球；
4、可進(jìn)行任意球位置起有序或無序投球；
5、自動(dòng)判斷球室有球或無球及球的規(guī)格尺寸；
6、每個(gè)球室具備獨(dú)立唯一的ID號(hào)；
7、投球時(shí)可按編程順序進(jìn)行自動(dòng)投球或手動(dòng)投球；
8、投球或裝球時(shí)具備就近判別運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向；
9、每臺(tái)投球器具有可設(shè)定的地址識(shí)別碼，方便級(jí)聯(lián)；
10、具備RS485接口，方便與上位機(jī)進(jìn)行通訊與實(shí)時(shí)控制；
12、整個(gè)控制系統(tǒng)具備自檢功能，報(bào)警號(hào)及報(bào)警內(nèi)容實(shí)時(shí)顯示在顯示屏上；
13、通過參數(shù)設(shè)置使系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)按公制或英制顯示。
[0029]14、本發(fā)明投球器的控制部分采用可編程控制器、觸摸屏，交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)的 驅(qū)動(dòng)采用交流數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器。
[0030]15、本發(fā)明投球器具備過載保護(hù)功能和防爆功能，符合油田HSE要求，安全可靠。
[0031]16、本發(fā)明投球器在壓裂施工中允許任何一端為輸入端，極大地適應(yīng)了現(xiàn)場的安置工況。
[0032]17、本發(fā)明投球器的所有內(nèi)壁采用防腐、防酸堿工藝處理，所有與壓裂液接觸的零 部件表面鍍鉻，密封部位采用V型和0型密封，極大地保證了高壓作業(yè)下的密封。
[0033]表I為發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的比較
【權(quán)利要求】
1.一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球器，包括投球器體、支架(28)、 交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)I (I)、減速機(jī)(2)、彈性聯(lián)軸節(jié)I (3)、主動(dòng)鏈輪(6)、鏈條(7)、球室(5)、彈性聯(lián)軸節(jié)II (8)、消隙齒輪組(9)、光電接收發(fā)送組件(22)、交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)II(13)、彈性聯(lián)軸節(jié)IIK 14)、主動(dòng)直齒齒輪(15)、外嚙合被動(dòng)直齒齒輪(19)、內(nèi)嚙合被動(dòng)直齒 齒輪(21)、防爆電氣控制箱、可編程控制器、觸摸屏和位置檢測(cè)傳感器，其特征在于:投球器體包括投球器驅(qū)動(dòng)端(23)、投球器體I (24)、投球器體II (25)、投球器體III(26)和投球器排出端(27)；投球器驅(qū)動(dòng)端(23)、投球器體I (24)、投球器體II (25)、投球器體111(26)和投球器排 出端(27)通過螺栓連接為一體；投球器體固定在支架(28)上；投球器驅(qū)動(dòng)端(23)兩側(cè)分別設(shè)有交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)I (I)和防爆箱(31);投球器驅(qū) 動(dòng)端(23)內(nèi)設(shè)有傳動(dòng)軸I (4);傳動(dòng)軸I (4)上設(shè)有主動(dòng)鏈輪(6);防爆箱(31)內(nèi)設(shè)有齒輪 軸(10)、格林碼盤(11)、傳動(dòng)軸II (12)、消隙齒輪組(9)和光電接收發(fā)送發(fā)送組件(22)；傳動(dòng)軸I (4)兩端分別設(shè)有彈性聯(lián)軸節(jié)I (3)和彈性聯(lián)軸節(jié)II (8)；投球器排出端(27)兩側(cè)設(shè)有壓裂液流入及流出的接口 ；投球器排出端(27)的徑向外 側(cè)設(shè)有裝球口(29)和排殘液口(30);投球器排出端(27)內(nèi)設(shè)有傳動(dòng)軸IV (18)和傳動(dòng)軸III(17);傳動(dòng)軸III (17)上設(shè)有主動(dòng)直齒齒輪(15);傳動(dòng)軸IV (18)上設(shè)有被動(dòng)鏈輪(16)、外嚙 合被動(dòng)直齒齒輪(19 )和內(nèi)嚙合被動(dòng)直齒齒輪(21);傳動(dòng)軸III (17)的一端設(shè)有彈性聯(lián)軸節(jié)III (14);彈性聯(lián)軸節(jié)III (14)的另一端設(shè)有交 流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)II (13);交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)II (13)內(nèi)設(shè)有位置檢測(cè)傳感器；主動(dòng)鏈輪(6 )通過鏈條(7 )連接被動(dòng)鏈輪(16 );鏈條(7 )上設(shè)有33個(gè)球室(5 );外嚙合 被動(dòng)直齒齒輪(19 )和內(nèi)嚙合被動(dòng)直齒齒輪(21)上設(shè)有網(wǎng)狀柵欄(20 )。
2.如權(quán)利要求1所述的一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球器，其特征 在于:所述的交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)I (I)帶動(dòng)減速機(jī)(2);減速機(jī)(2)通過彈性聯(lián)軸節(jié)I (3) 帶動(dòng)傳動(dòng)軸I (4)轉(zhuǎn)動(dòng)；傳動(dòng)軸I (4)轉(zhuǎn)動(dòng)分別帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪(6)和彈性聯(lián)軸節(jié)II (8)轉(zhuǎn) 動(dòng)；主動(dòng)鏈輪(6 )帶動(dòng)鏈條(7 )旋轉(zhuǎn)，鏈條(7 )帶動(dòng)球室(5 )旋轉(zhuǎn)；彈性聯(lián)軸節(jié)II (8 )帶動(dòng)齒 輪軸(10)旋轉(zhuǎn)，齒輪軸(10)帶動(dòng)消隙齒輪組(9)旋轉(zhuǎn)，消隙齒輪組(9)帶動(dòng)傳動(dòng)軸II (12) 旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸II (12 )帶動(dòng)格林碼盤(11)旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球器，其特征 在于:所述的交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)II (13)通過彈性聯(lián)軸節(jié)III (14)連接傳動(dòng)軸III (17)，傳 動(dòng)軸III (17)帶動(dòng)主動(dòng)直齒齒輪(15)在26°范圍內(nèi)做正、反向旋轉(zhuǎn)；主動(dòng)直齒齒輪(15)帶 動(dòng)外嚙合被動(dòng)直齒齒輪(19)及內(nèi)嚙合被動(dòng)直齒齒輪(21)旋轉(zhuǎn)；外嚙合被動(dòng)直齒齒輪(19) 及內(nèi)嚙合被動(dòng)齒輪(21)帶動(dòng)網(wǎng)狀柵欄(20)作打開或關(guān)閉運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球 器，其特征在于:所述的交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)I (I)和交流數(shù)字伺服電動(dòng)機(jī)II (13)通過控 制線和動(dòng)力線與防爆電氣控制箱相連。
5.如權(quán)利要求1所述的一種全系列大容量自動(dòng)裝球數(shù)字控制分段壓裂投球器，其特征 在于:所述的光電接收發(fā)送組件(22)的信號(hào)線和電源線與防爆電氣控制箱相連。
【文檔編號(hào)】E21B43/27GK103498657SQ201310473617
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】閆軍, 盧一欣, 李志鵬, 李轉(zhuǎn)斌 申請(qǐng)人:蘭州城臨石油鉆采設(shè)備有限公司