压裂投球器.docx

投球器设计介绍2009-2-18一、投球器的作用投球器是采油酸化压裂工艺中分层压裂施工中不可缺少的设备。分层压裂包括：分隔器分层压裂、堵塞球选择性压裂、限流法分层压裂、腊球选择性压裂，共有四种。其中堵塞球选择性压裂工艺中使用的就是投球器。堵塞球选择性压裂是将井中所以欲压裂的层段一次射开，利用各层之间破压力的不同，首先压开破压力较低的层段进行加沙。然后注顶替液时投入堵塞球，将其射孔眼暂时堵塞，再提供压力开破压力较高的层段。分隔器分层压裂、限流法分层压裂、腊球选择性压裂请参阅采油技术手册第九分册压裂酸化工艺技术中相关介绍。二、投球器的设计1.投球器在设计按照驱动分，有手动手轮式、手动棘轮扳手式、进口远控气动式、远控电控气摆动气缸式、远控电控电动式。按照排球机构分，有螺杆键套式、螺旋套光杆式、圆浮动杆轴式。按照装球方式，有上装式、下装式。2.螺杆是一根细长轴零件，机加工艺差，每次旋转同时推动全部球运动，使得阻力变大，功率消耗过大。实际应用发现，由于加工难度较高，工件的槽内加工粗糙的过大，切削力顶弯工件，装配后产生偏心摆动，使得运动时紧时松，有甚至与球卡死。螺杆式投球器装球十分的麻烦，需要一个个装入，容易绞手。3.螺套式投球器是螺纹机加工在固定的套子上，光杆上挖槽6条，转动时推球运动。其有点是装球容易，一次6个球装入，也可以是不打开由任的上装球形式，不容易伤到手。螺旋套的可以分段加工成通孔，然后拼装成设计长度即可。加工表面的粗糙度降低。旋转的光轴机工就更是简单。其综合性能优于前者。4.以下是传动方面的说明。最原始的投球器是手轮式的传动，后来演化出“棘轮”扳手式；因为这两者都要人工现场操作，高压环境危险性很大，于是产生了遥控（有线）操作的投球器。设计合理的投球器，工作的旋转扭矩在150-200Nm之间，转速10r/min左右，折合成功率为115-210瓦，使用气缸加棘轮或者是摆动气缸加棘轮，即可代替人工，如果配上电控系统，就可完成遥控设计。5.往往设计者选择驱动装置时，只能够选择气源驱动，因为车载气源的驱动能力比电动能力强。选择直流电机时，我们很难找到既要满足输出扭矩200Nm，转速10r/min而且驱动电源12-24v，电流小于10A的机型，因为车载的电瓶一般是只有100-120Ah，放电电流受限于10A。6.优化投球器主体机械部分的设计，促使投球器驱动扭矩下降至50-80Nm，如此以来即可实现直流电机驱动，现在国内生产的直流电机就可满足要求，而且价格比进口的便宜，售价2000元人民币左右。7.本文所介绍的产品是在螺杆键套式、螺旋套光杆式生产使用中总结之后，对圆浮动杆轴式演变而出的产品，文中称之为“新型电控电动投球器”。它保留原来机构的优点，克服不足，结合压裂操作的现场要求，实现“电控+电动”的目的。8.新型电控电动投球器有：装球量大，7/8（22mm）球300个，直径小的球装得更多。个头不高，一般能够装250个7/8球的设备高度在1.65米左右，本设备只有1.25米。重量轻，原来装球250的设备重225公斤，本设备重量165公斤。操作简单，取消了与车体连接的直径为12mm气源管线50米，取消控制气路、摆动气缸的连接管线，无需调节双向棘轮，校核摆动角度等工作，仅仅插接电缆即可施工。遥控距离大，一般设备小于100米，本设备长达500米。投球速度可以定制，标准参数是每分钟大于60个；老设备的速度决定于气源压力和阻力，速度只能控制在一个范围内。所有连接件均可入箱保管，因物件少，所有体积小，重量轻，携带方便。最后一个优点，也是最突出的，让操作者叫绝的，就是装球十分方便快捷，只要打开下端由任，拔下“分球器”，将300个球一次倒入桶体，复原设备即可。这个装球操作轻松完成，不再是“一个一个”地慢慢旋入。9. 实际上新型电控电动投球器是买家首选的原因不止是上述八点；由于设计上取消了取消了“双向棘轮”、“摆动气缸”、“碰珠装置”、“气控和气动”等部件，与原国产设备比，降低用户设备的采购成本10-20；进口气缸式驱动设备，国内售价18万左右，维修配件有困难。所以新型电控电动投球器是目前油田采购的最佳选择。10. 传动轴承采用双列斜面滚柱轴承是原来平面滚球推力轴承的5倍左右。由于平面滚球推力轴承没有径向限位，轴旋转的偏心力作用于密封，使得密封磨损不均匀，降低密封使用寿命。密封件选用专利产品，耐压值300Mpa，摩擦力小，安装方便。 11. 设计内克服“螺旋轴”铰龙，也克服了“螺旋套”设计结构的弊端，使驱动力减少了一半。这是机构上的一大变革，也正是这一变革，使得电控电动成为现实。12. 设计产品能否物化是由生产决定的。新型电控电动投球器设计中注重加工工艺的考虑，使得加工尽可能易于实现，除了少数配合面或者是密封面，其它加工公差为自由公差。所以生产加工上，新型电控电动投球器不成问题。13. 控制系统完全电气化设计，可以采用先进的技术实现原来无法做到的功能。元器件选择国际品牌欧姆龙产品，提高系统的可靠性。遥控手柄在百米之外就可以监控投球器的工作，计数器有断电记忆功能，既是电源意外断电，所有数据能够完好保存10年，只要一通电就显示断