自导向套管振动引鞋的制作方法

本发明涉及一种固井工具，特别涉及一种自导向套管振动引鞋。

背景技术：

石油工程固井作业中，为了提高固井质量通常会采用振动固井技术来提高固井质量，另面对大斜度井或水平井时，会采取旋转式浮鞋或引鞋来解决不好下入的问题。

现阶段的振动固井技术可分为两类，一类是在井口加动力使套管旋转或振动，但面对工艺复杂、成本高以及扭矩大有风险的问题；二类是采用偏心叶轮式振动固井方式，但轴向振动不足对固井质量提升效果不明显。

在水平井和大斜度井作业中，采取的旋转式浮鞋大多为偏头式可旋转头加单过流孔或多过流孔的结构，但面对坍塌或缩径的井段同样存在下入困难携屑能力不足的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自导向套管振动引鞋，用于解决现有技术中的上述问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自导向套管振动引鞋，包括：

短套管，为空心圆管结构，其前端的内腔设置若干环形滚珠内槽，其管壁上设置与所述滚珠内槽相连通的滚珠安装孔；

接箍，为空心圆管结构，其一端与所述短套管的后端螺纹连接，其另一端用于与套管串连接；

定位盘，包括第一定位盘、第二定位盘、第三定位盘和第四定位盘；所述各定位盘结构相同，均设有中心定位孔和若干均匀分布的过流孔；所述各定位盘均设置与所述短套管的内腔内，并与所述短套管固定连接；

第一动力涡轮轮，包括涡轮轴和设置于涡轮轴外的若干螺旋叶片；所述第一动力涡轮设置于所述短套管的内腔内、所述第一定位盘与第二定位盘之间；其涡轮轴的第一端与所述第一定位盘的中心定位孔以间隙配合的方式套装，涡轮轴的第二端与所述第二定位盘的中心定位孔以间隙配合的方式套装；在所述涡轮轴的第二端还设有连接部，用于与偏心块组件相连接；

偏心块组件，所述偏心块组件包括偏心块轴和偏心块，所述偏心块固设于所述偏心块轴上，并位于所述偏心块轴轴线的同一侧；所述偏心块组件设置于所述短套管的内腔内、所述第二定位盘与第三定位盘之间；所述偏心块轴的第一端与所述第二定位盘的中心定位孔以间隙配合的方式套装；偏心块轴的第二端与所述第三定位盘的中心定位孔以间隙配合的方式套装；在偏心块轴的第一端设置连接配合部，与所述连接部固定连接；

第二动力涡轮，包括涡轮轴和设置于涡轮轴外的若干螺旋叶片；所述第二动力涡轮设置于所述短套管的内腔内、所述第三定位盘与第四定位盘之间；其涡轮轴的第一端与所述第三定位盘的中心定位孔以间隙配合的方式套装，涡轮轴的第二端与所述第四定位盘的中心定位孔以间隙配合的方式套装；

偏心头，大致为带有圆柱形内腔的半橄榄球状，其一端设置定位圆柱面，所述定位圆柱面设置与所述环形滚珠内槽数量相等，位置、形状相对应环形滚珠外槽；其另一端的顶部为平面，且该端设有与所述平面相交的斜截面；所述定位圆柱面与所述短套管的后端相套接；所述环形滚珠外槽与对应的环形滚珠内槽形成滚珠容纳空间；

若干滚珠，设置于由所述滚珠容纳空间内；

定位器，其上设有中心定位孔、减震孔和定位弧面；所述定位器设置于所述偏心头的圆柱形空腔内，与偏心头固定连接；所述定位弧面与所述偏心头圆柱形内腔相配合；

钻头，设置于所述短套管的空腔内，其后端与所述第二动力涡轮的涡轮轴相连接；其前端穿过所述定位器的中心定位孔并从所述偏心头的圆柱形空腔探出。

优选的，所述各定位盘与所述短套管通过销钉固定连接。

优选的，所述连接部为插入扁，所述连接配合部为与插入扁相配合的插入槽。

优选的，所述偏心块包括若干螺旋叶片和劣弧圆柱筒；所述螺旋叶片设置于所述偏心块轴与所述劣弧圆柱筒之间，并于两者相连接。

进一步优选的，所述劣弧圆柱筒为135度弧圆柱筒。

优选的，所述第一动力涡轮的涡轮轴与螺旋叶片之间和所述第二动力涡轮的涡轮轴与螺旋叶片之间均采用焊接方式连接。

优选的，所述钻头的后端与所述第二动力涡轮的涡轮轴通过螺纹相连接。

优选的，根据权利要求6所述的自导向套管振动引鞋，其特征在于：所述钻头的下部设置若干合金刀头，所述各合金刀头沿螺旋线方向环绕钻头外部。所述螺旋线的螺距为5毫米。

优选的，所述短套管设置两道环形滚珠内槽；所述环形滚珠内槽的截面形状为半圆形。

优选的，所述第一动力涡轮与所述第二定位盘之间、所述偏心块轴与所述第三定位盘之间、所述第二动力涡轮与第四定位盘之间均设有防水推力轴承。

优选的，所述定位器与所述偏心头通过所述定位弧面与所述圆柱形内腔之间通过盈配合相连接。

如上所述，本发明的自导向套管振动引鞋，具有以下有益效果：

（1）结构新颖，简单合理，特别适用于固井要求高的井，在下套管过程中，偏心头可以随时调节转向，引导套管下入，尤其适用于大斜度井和水平井；

2、在循环过程中，携屑能力得到极大增强，并对井底岩屑剪切破碎作用明显，提高了对井眼的清洗净化效果；

3、在循环固井过程中，提高了钻井液或水泥的动切力，提高了顶替效率，减少了固井过程中的混窜情况；

4、固井时，通过剪切搅拌和振动作用使固井水泥的胶结强度得到了提升，提高了固井质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2、图3分别为定位盘主视图和俯视图；

图4为偏心头的轴测图；

图5为偏心头的主视图；

图6为A—A剖视图；

图7为偏心头的侧视图；

图8、图9分别为定位器的主视图和俯视图；

图10为第一动力涡轮的轴测图；

图11为第二动力涡轮的轴测图；

图12为偏心块组件的轴测图；

图13为钻头的零件图；

图中：1接箍、2短套管、3定位盘、31第一定位盘、32第二定位盘、33第三定位盘、34第四定位盘、4第一动力涡轮、5防水推力轴承、6偏心块组件、7销钉、8第二动力涡轮、9滚珠、10钻头、11定位器、12偏心头、301中心定位孔、302过流孔、201环形滚珠内槽、

202滚珠安装孔、401涡轮轴、402螺旋叶片、403插入扁、601偏心块轴、602螺旋叶片、603劣弧圆柱筒、604插入槽、801涡轮轴、802螺旋叶片、121定位圆柱面、122环形滚珠外槽、123斜截面、111中心定位孔、112减震孔、113定位弧面、101合金刀头。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1至图12，本发明提供一种自导向套管振动引鞋，包括：

短套管2，为空心圆管结构，其前端的内腔设置若干环形滚珠内槽201，其管壁上设置与滚珠内槽201相连通的滚珠安装孔202；

接箍1，为空心圆管结构，其一端与短套管2的后端螺纹连接，其另一端用于与套管串连接；

定位盘3，包括第一定位盘31、第二定位盘32、第三定位盘33和第四定位盘34；所述各定位盘结构相同，均设有中心定位孔301和若干均匀分布的过流孔302；所述各定位盘均设置与短套管3的内腔内，并与短套管3固定连接；各定位盘3与短套管2通过销钉7固定连接。

第一动力涡轮轮4，包括涡轮轴401和设置于涡轮轴401外的若干螺旋叶片402；第一动力涡轮4设置于所述短套管的内腔内、第一定位盘31与第二定位盘32之间；其涡轮轴401的第一端与第一定位盘31的中心定位孔301以间隙配合的方式套装，涡轮轴401的第二端与第二定位盘32的中心定位孔301以间隙配合的方式套装；在涡轮轴401的第二端还设有连接部，连接部为插入扁403，用于与偏心块组件6相连接；

偏心块组件6，包括偏心块轴601和偏心块，所述偏心块包括若干螺旋叶片602和劣弧圆柱筒603；螺旋叶片602设置于偏心块轴601与劣弧圆柱筒603之间，并于两者相连接。

所述劣弧圆柱筒603为135度弧圆柱筒。

所述偏心块固设于所述偏心块轴601上，并位于偏心块轴601轴线的同一侧；所述偏心块组件设置于所述短套管3的内腔内、所述第二定位盘32与第三定位盘33之间；偏心块轴601的第一端与第二定位盘32的中心定位孔301以间隙配合的方式套装；偏心块轴601的第二端与第三定位盘33的中心定位301孔以间隙配合的方式套装；在偏心块轴601的第一端设置与插入扁相配合的插入槽，所示插入扁403与插入槽604相插接；

第二动力涡轮8，包括涡轮轴801和设置于涡轮轴801外的若干螺旋叶片802；第二动力涡轮8设置于短套管2的内腔内、第三定位盘33与第四定位盘34之间；其涡轮轴801的第一端与第三定位盘33的中心定位孔301以间隙配合的方式套装，涡轮轴801的第二端与第四定位盘34的中心定位孔301以间隙配合的方式套装；

偏心头12，大致为带有圆柱形内腔的半橄榄球状，其一端设置定位圆柱面121，所述定位圆柱面设置与环形滚珠内槽201数量相等，位置、形状相对应环形滚珠外槽122；其另一端的顶部为平面，且该端设有与所述平面相交的斜截面123；定位圆柱面12与短套管3的后端相套接；环形滚珠外槽122与对应的环形滚珠内槽201形成滚珠容纳空间；

若干滚珠9，设置于由所述滚珠容纳空间内；

定位器11，其上设有中心定位孔111、减震孔112和定位弧面113；所述定位器设置于所述偏心头的圆柱形空腔内，与偏心头固定连接；定位弧面113与偏心头12圆柱形内腔相配合；

钻头10，设置于短套管2的空腔内，其后端与第二动力涡轮8的涡轮轴801通过螺纹相连接；其前端穿过定位器11的中心定位孔111并从偏心头12的圆柱形空腔探出。钻头10的下部设置若干合金刀头101，所述各合金刀头沿螺旋线方向环绕钻头外部。所述螺旋线的螺距为5毫米。

在另一实施例中：第一动力涡轮4的涡轮轴401与螺旋叶片402之间和所述第二动力涡轮8的涡轮轴801与螺旋叶片802之间均采用焊接方式连接。

在另一实施例中：短套管2设置两道环形滚珠内槽201。环形滚珠内槽201截面形状为半圆形。

在另一实施例中：第一动力涡轮4与第二定位盘31之间、偏心块轴601与第三定位盘31之间、第二动力涡轮8与第四定位盘34之间均设有防水推力轴承5。

在另一实施例中：定位器11与偏心头12通过定位弧面113与所述圆柱形内腔之间通过盈配合相连接。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。