技术领域
[0001] 本公开涉及油田开采技术领域，特别涉及一种投球装置。
相关背景技术
[0002] 目前，各油田采油、集油方式是利用单井管线输送到集油站或集中处理站。因地面与地下的温差较大，所以原油被抽出地面后，很快便析出大量的蜡附着在输油管内壁上，如果不及时清理就会堵塞输油管线。目前采取的清蜡方式是向管道中放入直径比管径略小的清管球，依靠管线中流体的压力将清管球推走，随着球的移动，将附着在管壁上妨碍流体通过的结蜡推走，从而保持管道通畅。采油工人需要每天到井场向输油管道内投放并回收清管球进行清蜡。
[0003] 油田上主要是使用手动投球器进行投球工作。使用手动投球器工作繁琐，劳动强度大、工作效率低。因此，亟需一种方案解决现有投球器存在的问题。
具体实施方式
[0037] 现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
[0038] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
[0039] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0040] 在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0041] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0042] 在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。
[0043] 在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
[0044] 在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。
[0045] 本公开提供了一种投球装置，用于向油路通道中投放清管球。投球装置包括球阀，球阀包括介质通道，以及与介质通道连通的进球口。介质通道包括与进球口连通的阀腔，及与阀腔连通的进液通道、出液通道。阀腔通过进液通道和出液通道与油路通道连通，油路通道上游的介质通过进液通道进入阀腔，然后通过出液通道进入油路管道的下游。油路通道中的介质通常是原油，也可以是石油、水等流体。通过进球口能够向介质通道中投放清管球。
[0046] 投球装置还包括投球组件和储球组件。投球组件包括与进球口连通的导向通道，以及在导向通道中运动的活塞。储球组件包括用于储存清管球并且与导向通道连通的储球腔，储球组件被配置为在外力作用下运动以将清管球投送至导向通道中。活塞被配置为能够运动至关闭或打开进球口，并且在打开进球口时带动储球组件运动至将一个清管球通过导向通道、进球口落入介质通道的阀腔中。介质通道中的介质被配置为推动清管球运动，清洁球在介质的推动下通过出液通道进入油路通道中。
[0047] 清管球从出液通道进入油路管道中，清管球的直径略小于油路通道，油路通道中的介质推动清管球移动，清管球在介质的推动下刮擦油路通道内壁,能够将附着在油路通道内壁上的石蜡推走，从而保持油路通道通畅。活塞在运动过程中带动储球组件向导向通道投放一个清管球，相对于手动投球的方式，智能化程度高，操作更加简单，减轻了劳动强度，并且故障率低，工作效率更高。
[0048] 下面将结合具体结构对本公开的技术方案进行详尽的描述。
[0049] 在本公开的一些实施方式中，如图1、图2所示，投球装置包括球阀1，球阀1包括阀体11，阀体11内设置有阀腔12，以及与阀腔12连通的进液通道13、出液通道14和进球口15。球阀1用于安装在油路通道上，进液通道13与油路通道的上游连通，出液通道14与油路通道的下游连通。
[0050] 投球装置还包括投球组件2和储球组件3，投球组件2包括与进球口15连通的导向通道21，以及配合在导向通道21中运动的活塞22。储球组件3用于储存清管球，并且能够将清管球投送至导向通道21中，导向通道21中的清管球能够通过进球口15进入球阀1的阀腔12中。从球阀1的进液通道13进入阀腔12的原油能够推动阀腔12中的清管球进入出液通道
14，然后通过出液通道14进入油路通道的下游，在油路通道中移动，并清理油路通道内壁上的蜡。
[0051] 详细地，投球组件2的活塞22在驱动力作用下在导向通道21中运动。活塞22能够运动至关闭进球口15或着打开进球口15。图2所示为活塞22打开进球口15的状态，活塞22向靠近阀体11的方向运动至与进球口15密封配合，从而关闭进球口15，避免阀腔12中的原油进入到导向通道21中；活塞22向远离阀体11的方向运动至打开进球口15，以使清管球能够进入阀腔12中。
[0052] 在本公开的一些实施方式中，如图2所示，活塞22的靠近进球口15一端设置有活塞环221，活塞环221用于清理导向通道21的内壁，以保持导向通道21通畅。活塞环221具有密封作用，活塞22关闭进球口15时，活塞环221能够与进球口15内壁密封配合，避免阀腔12中的原油进入导向通道21中。
[0053] 在本公开的一些实施方式中，如图2、图3所示，储球组件3包括用于储存清管球的储球腔31，储球腔31能够储存多个清管球。储球腔31与投球组件2的导向通道21连通，储球组件3被配置为在外力作用下运动，以将储球腔31中的清管球投送至导向通道21中。活塞22能够与储球组件3联动配合，活塞22在运动至打开进球口15的过程中，能够带动储球组件3运动至将储球腔31中的一个清管球投入导向通道21中，并且投通过进球口15进一步被投入阀腔12中。
[0054] 若清管球在导向通道21中意外被卡住，活塞22在运动至关闭进球口15的过程中，能够将卡住的清管球通过进球口15推入阀腔12中。避免出现清管球卡球的问题。
[0055] 在本公开的一种实施方式中，如图3所示，储球腔31中转动设置有转盘32，储球腔31通过连接通道33与导向通道21连通。所述转盘32上设置有多个用于放置清管球的球槽
321，每个球槽321中仅放置单个清管球。转盘32能够在外力作用下在储球腔31中间歇的单向转动，转盘32被配置为每次动作使其中一个球槽321转动至与连接通道33的位置对应，以使该球槽321种的清管球落入连接通道33中。
[0056] 详细地，清管球被限制在球槽321与储球腔31的内壁之间，转盘32在储球腔31中转动时带动球槽321中的清管球转动。转盘32上的球槽321在转盘32的圆周方向上均匀分布，转盘32每次转动动作的角度相同，能够将球槽321中的清管球依次投入连接通道33中。导向通道21和储球腔31为相互分离的空间，并且储球腔31一次只投放一个清管球，避免了清管球卡球和夹坏清管球问题。
[0057] 在本公开的一种实施方式中，如图3所示，连接通道33倾斜设置，连接通道33的其中一端较高，另一端较低，并且连接通道33较高的一端连接储球腔31，较低的一端连接导向通道21，以使清管球能够在重力作用下通过连接通道33进入导向通道21中。详细地，连接通道33的较高的一端连接在储球腔31的中部以下的位置，以使储球腔31中的清管球能够在重力作用下进入连接通道33中。
[0058] 在本公开的一种实施方式中，导向通道21设置在球阀1上方，清管球被配置为在重力作用下通过导向通道21和进球口15落入阀腔12中。清管球在重力作用下从储球腔31进入连接通道33，沿着连接通道33进入导向通道21，然后在重力作用下通过进球口15进入阀腔12。
[0059] 储球组件3通过投球组件的导向通道21与阀腔12连通，相距阀腔12较远，并且能够通过活塞22关闭进球口15，储球组件3中的清管球与阀腔12中的原油分离，避免了清管球长期浸泡原油而导致发胀、黏连等问题。
[0060] 在本公开的一种实施方式中，如图2所示，投球装置还包括棘轮机构4，棘轮机构4包括与转盘32连接的棘轮41，以及连接在活塞22上的棘爪42。活塞22被配置为运动至打开进球口15时带动棘爪42推动棘轮41转动，棘轮41进一步带动转盘32转动。棘轮机构4结构可靠，不易损坏。
[0061] 详细地，活塞22从关闭进球口15的位置运动至打开进球口15的行程是一定的，该运动过程中，带动棘爪42沿着导向通道21直线运动。棘爪42在导向通道21的方向上与棘轮41的齿干涉，棘爪42能够随着活塞22运动至与棘轮41齿槽卡合，然后推动棘轮41转动预定角度，棘轮41通过传动轴与转盘32同轴连接，并且带动转盘32转动预定角度。该预定角度与转盘32上相邻球槽321之间的圆心角一致。棘轮41在棘爪42的推动下进行单向转动，并且每次转动动作都能够使其中一个球槽321转动至与连接通道33对应。
[0062] 更为详细的，棘轮41的转动轴线垂直于棘爪42的运动方向。参照图2中视角，活塞22沿着导向通道21带动棘爪42上下运动，棘轮41和转盘32绕着水平方向延伸的轴线转动。
[0063] 在本公开的一些实施方式中，如图4、图5所示，棘爪42通过弹性复位件43转动连接在活塞22上，活塞22运动至关闭进球口15时，棘爪42被配置为克服弹性复位件43的弹力作用转动以越过棘轮41，然后在弹性复位件43的弹力作用下复位。弹性复位件43可以是压缩弹簧、扭簧、弹片等。
[0064] 详细地，活塞22上设置有用于安装棘爪42的安装座222，棘爪42通过转轴铰接在安装座222上，弹性复位件43为设置在棘爪42和安装座222之间的扭簧。安装座上设置有限位部223，扭簧将棘爪42预压在限位部223上。当棘爪42运动至与棘轮41的齿槽卡合时，棘轮41对棘爪42产生朝向限位部223方向的作用力，棘爪42在限位部223的限制下相对于安装座静止，并且能够推动棘轮41转动。
[0065] 当活塞22带动棘爪42沿着导向通道21运动至关闭进球口15时，棘爪42与棘轮41上的齿再次干涉，棘轮41对棘爪42产生背向于限位部223方向的作用力，因此棘轮41能够扭簧的弹力作用，向远离限位部223的方向转动，从而能够越过棘轮41。越过棘轮41后，棘爪42在压簧的作用下复位，压在限位部223上。
[0066] 在本公开的一些实施方式中，如图2所示，棘轮机构4的外部设置有外壳40，对棘轮机构4进行保护。外壳40罩设在棘轮41外部，并且与导向通道21连通，沿着棘爪42的运动方向延伸，为棘爪42提供运动空间。
[0067] 进一步的，如图2、图3所示，储球组件3包括储球容器30，储球腔31为储球容器30的内腔，转盘32设置为圆形结构，储球容器30和储球腔31设置为与转盘32相适配的形状。储球容器30与外壳40连接，以使外壳40的内部空间与储球腔31连通，以供连接棘轮41和转盘32的传动轴穿过。也即，导向通道21、外壳40和储球容器30构成了连通的空间。储球容器30上可以设置盖板301，打开盖板301能够向储球腔31中放置清管球。盖板301可以设置在储球容器30远离棘轮机构4一侧。盖板301可以通过例如快拆、螺栓等紧固件固定在储球容器30上，便于安装拆卸。
[0068] 在本公开的一些实施方式中，如图6、图7所示，球阀1还包括设置在阀腔12中的球形阀芯10，球形阀芯10包括相互分隔且交错设置的第一阀芯通道101和第二阀芯通道102。球形阀芯10被配置为：转动至第一位置时，通过第一阀芯通道101连通进液通道13、出液通道14；转动至第二位置时，通过第二阀芯通道102连通进液通道13、出液通道14，并且第一阀芯通道101与进球口15连通，以使清管球进入第一阀芯通道101中。
[0069] 清管球进入第一阀芯通道101后，球形阀芯10从第二位置回到第一位置，第一阀芯通道101与进液通道13、出液通道14连通，进液通道13进入阀腔12中的原油从而能够推动阀腔12中的清管球进入出液通道14。
[0070] 球形阀芯10的设置可以在投放清管球的过程中保证油路通道不断流，不憋压，可带压操作，无需将阀内压力放空，极大的简化了操作，使用方便，出错率更低，有效提高了工作效率。
[0071] 在本公开的一些具体实施方式中，如图6、图7所示，球形阀芯10的第一阀芯通道101设置为直线通道，第二阀芯通道102设置为环绕第一阀芯通道101的环形通道。第一阀芯通道101设置为直线通道，有利于清管球在第一阀芯通道101中顺利运动。
[0072] 详细地，第一阀芯通道101的两端位于球形阀芯10的相对两侧，第二阀芯通道102的两端位于球形阀芯10另外的相对两侧，第一阀芯通道101的两端的位置与第二阀芯通道102的两端互成90°夹角。
[0073] 在本公开的一些具体实施方式中，第一阀芯通道101用于与进液通道13连通的一端设置有用于挡住清管球的限位件103，防止清管球意外进入进液通道13中。限位件103可以设置为板状结构，并且限位件103上设置有多个用于使原油通过的小孔。
[0074] 在本公开的一些具体实施方式中，如图6所示，球阀1包括与球形阀芯10密封配合的第一密封阀座111和第二密封阀座112。第一密封阀座111与第二密封阀座112对接，并且通过密封圈或其它密封结构与球形阀芯10配合。第一密封阀座111和第二密封阀座112将球形阀芯10抱合在中间。第一密封阀座111和第二密封阀座112使得阀体11的相对两侧均得到密封。即使球形阀芯10处于半开状态下，也可以保证阀腔12中的原油不会外漏。
[0075] 在本公开的一些实施方式中，如图6、图7所示，阀腔12的内壁与球形阀芯10的外壁之间设置有用于填充空隙的填充套104。详细地，阀腔12的内壁与球形阀芯10的外壁之间具有空隙，原油中携带的杂质或进球口15进入的杂质等容易积存在这些空隙中，影响球形阀芯10转动。在阀腔12与球形阀芯10之间空隙中设置填充套104能够避免杂质积存，从而较少磨损，有利于延长球阀1的使用寿命。
[0076] 填充套104的结构、形状可以根据空隙的形状进行设置，并且避让进液通道13、出液通道14、进球口等位置，例如设置为框型结构。填充套104可以采用耐腐蚀、耐磨的材料制造，例如尼龙塑料等。
[0077] 在本公开的一些具体实施方式中，如图2所示，球阀1还包括用于驱动球形阀芯10在第一位置、第二位置之间转动的球阀驱动机构16。球阀驱动机构16可以包括驱动电机，或者其它驱动机构。驱动电机通过驱动杆与球形阀芯10连接，驱动杆伸入球阀1的阀腔12中，并且能够相对球阀1转动，带动阀腔12中的球形阀芯10转动。驱动杆与球阀1之间密封配合，防止原油泄漏。
[0078] 在本公开的一些实施方式中，如图2所示，投球组件2还包括向活塞22提供动力的活塞驱动机构23，活塞驱动机构23包括但不限于齿轮齿条机构、丝杆螺母机构、电机、气压缸、液压缸、电缸中等。在较佳的实施方式中，包括丝杠螺母机构，以及通过丝杠螺母机构与活塞22传动连接的电机。
[0079] 在本公开的一些具体实施方式中，投球装置还包括控制系统，控制系统被配置为：控制球阀驱动机构16驱动球形阀芯10运动至第二位置，然后控制活塞驱动机构23驱动活塞
22运动至打开进球口15。如图1所示的实施方式中，控制系统还包括控制面板5，控制面板5可以与投球装置安装在一起，技术人员可以通过控制面板5上的按钮操作控制系统，投放清管球。在本公开其它的实施方式中，控制系统也可以设置为能够进行远程操控。
[0080] 控制系统的电路中可以设置过流保护装置，若因机械等故障造成电机堵转，过流保护装置会停止供电，可以防止电机烧毁。各驱动机构可以采取24或48VDC的低压安全电压驱动，保证了人员的使用安全。
[0081] 控制系统可以设置智能投球功能，例如检测油路通道井口回压等参数变化情况，并基于参数情况实现定时投球、调整投球数量等；还可以实现原油压力实时监测，远程监视与控制，投球装置可以自动运行。
[0082] 本公开的投球装置工作过程如下。
[0083] 初始状态下，球形阀芯10在第一位置，球阀1的进液通道13、出液通道14通过球形阀芯10的第一阀芯通道101连通，投球组件2的活塞22关闭球阀1的进球口15。
[0084] 需要投放清管球时，球阀驱动机构16驱动球形阀芯10从第一位置转动至第二位置，进液通道13、出液通道14通过第二阀芯通道102连通，第一阀芯通道101与进球口15对应。活塞驱动机构23驱动活塞22沿着导向通道21运动，以打开进球口15，活塞22同时带动棘爪42运动并拨动棘轮41。棘轮41带动储球组件3的转盘32转动预定角度，以使转盘32上的一个球槽321运动至与连接通道33对应的位置。球槽321中的清管球在重力作用下通过连接通道33进入导向通道21，然后通过进球口15进入阀腔12中球形阀芯10的第一阀芯通道101。
[0085] 活塞驱动机构23驱动活塞22关闭进球口15，球阀驱动机构16驱动球形阀芯10从第二位置转动至第一位置，进液通道13、出液通道14通过球形阀芯10的第一阀芯通道101连通。通过进液通道13进入的液体将第一阀芯通道101中的清管球推入出液通道14中，清管球进入油路通道中，清管油路通道的内壁。
[0086] 以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本公开的范围由所附权利要求来限定。
