循环管汇内置式旋转水泥头的制作方法

本发明涉及油气装备，尤其涉及一种循环管汇内置式旋转水泥头。

背景技术：

1、水泥头主要用于固井作业，安装在套管顶端，是连接套管及地面管汇的固井装置。通过水泥头可以完成循环、打隔离液、注水泥浆、释放胶塞、投放座封球、替泥浆等作业，是固井作业地面管汇井口总枢纽。

2、目前，传统转盘驱动水泥头结构91(如图9所示)，循环管汇92通过焊接或螺纹连接在水泥头本体上，通过循环管汇旋塞阀93的开闭来切换流道，进而实现水泥头完成各种液体的注入。螺杆旋转式挡销结构94固定在水泥头本体侧面，通过旋转手轮，实现档销的伸出和缩回，档销缩回时，实现胶塞投放。

3、常用的水泥头外部连接有循环管汇，导致重心没在水泥头的回转中心上，在水泥头与管柱连接时，导致上扣时不易对正，容易造成扣的磨损，且外部循环管汇增加了水泥头的整体宽度，回转半径很大。

4、常规水泥头采用螺杆旋转式挡销结构，在固井施工时开启挡销需要旋转10-13圈，作业时需要记住转动手轮的圈数，容易出错，操作费时，并且容易发生以下现象：1)挡销开不到位，致使胶塞无法正常下行，投塞速度慢；2)挡销在未开启到位时因压差作用胶塞同时下行，造成胶塞密封圈被损伤。传统螺杆旋转式挡销结构，不易实现自动控制，给水泥头自动化升级，远程投塞带来难度。

5、由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种循环管汇内置式旋转水泥头，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种循环管汇内置式旋转水泥头，解决了现有技术中旋转水泥头外部连接有循环管汇，回转半径大；投塞机构为挡销式结构，作业时需要记住转动手轮的圈数，容易出错，投塞速度慢，不便于远程控制的问题，本发明内置循环管汇，水泥头整体宽度小，重心和回转中心重合，回转半径小；旋转阀改变连通状态，通道切换方便，投塞速度快；下外筒能相对水泥头本体转动，可以实现两者之间的带压相对转动，进而实现旋转套管固井，提高固井质量。

2、本发明的目的是这样实现的，一种循环管汇内置式旋转水泥头，包括水泥头本体，所述水泥头本体的顶部能拆卸地设置提升短接，所述水泥头本体的底部密封连接下外筒，且所述下外筒能相对所述水泥头本体转动；所述水泥头本体内沿轴向设置主流道和次流道，所述下外筒内沿轴向贯通设置下筒流道，所述主流道和所述次流道的底部设置旋转阀，所述旋转阀能旋转以使所述主流道或所述次流道与所述下筒流道连通；所述次流道位于所述旋转阀上方的侧壁上连通设置注入由壬，所述主流道和所述次流道的顶部呈能连通设置；所述主流道、所述次流道和所述旋转阀形成内置循环管汇结构；所述主流道内能投入胶塞，所述主流道、所述旋转阀和所述下筒流道能连通构成水泥头投塞通道；所述次流道、所述旋转阀和所述下筒流道能连通构成水泥头注液通道，所述水泥头投塞通道和所述水泥头注液通道通过所述旋转阀切换流通状态。

3、在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转阀上设置第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第二通孔倾斜设置于所述第一通孔的侧壁上，所述第二通孔用于连通所述次流道和所述第一通孔；所述第三通孔贯通设置于所述第一通孔的一侧壁上；所述第一通孔能轴向贯通连接所述主流道与所述下筒流道，或者所述第一通孔能径向连通所述次流道、所述第二通孔与所述第三通孔、所述下筒流道。

4、在本发明的一较佳实施方式中，所述第一通孔和所述第三通孔的周向夹角为90°，所述旋转阀能旋转90°以连通所述水泥头投塞通道或所述水泥头注液通道。

5、在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转阀的中心轴与所述水泥头本体的中心轴呈垂直设置，所述旋转阀的轴向两端分别铰接于所述水泥头本体的侧壁上，所述旋转阀的轴向一端设置旋转限位结构。

6、在本发明的一较佳实施方式中，所述水泥头本体的侧壁上设置第一安装通孔和第二安装通孔，所述第一安装通孔内密封连接侧盖，所述侧盖上设置贯通的第三安装通孔，所述旋转阀的轴向一端铰接于所述第三安装通孔内，所述旋转阀的轴向另一端铰接于所述第二安装通孔；所述旋转限位结构包括旋转轮和限位销，所述旋转轮与所述旋转阀的轴向一端固定连接，所述旋转轮上设置旋转豁口，所述限位销设置于所述侧盖上，所述旋转豁口的周向一端或另一端能与所述限位销抵靠接触。

7、在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转轮远离所述旋转阀的一端伸出所述第三安装通孔，所述旋转轮远离所述旋转阀的一端设置手轮接口。

8、在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转阀的轴向一端与所述第三安装通孔之间设置第一轴承，所述旋转阀的轴向另一端与所述第二安装通孔之间设置第二轴承。

9、在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转豁口的圆周角为90°。

10、在本发明的一较佳实施方式中，所述提升短接的第一端与所述水泥头本体能拆卸连接；所述提升短接自第一端向内设置过渡腔，所述过渡腔内设置隔板，所述隔板上设置导流孔，所述导流孔能自顶端连通所述主流道和所述次流道。

11、在本发明的一较佳实施方式中，所述下外筒的顶部套设于所述水泥头本体内，所述下外筒与所述水泥头本体之间设置第三轴承，所述水泥头本体的底端能拆卸地连接底盖，所述底盖轴向固定所述第三轴承，所述下外筒转动穿过所述底盖。

12、由上所述，本发明的循环管汇内置式旋转水泥头具有如下有益效果：

13、本发明的循环管汇内置式旋转水泥头中，主流道、次流道和旋转阀形成内置循环管汇结构，循环管汇内置式旋转水泥头不再设置外部的循环管汇，水泥头整体宽度小，重心和回转中心重合，回转半径小；旋转阀改变连通状态，即可实现水泥头投塞通道和水泥头注液通道的切换，满足投塞与未投塞状态的需求，通道切换方便，投塞速度快；旋转阀采用90°旋转结构，投塞速度快，旋转角度精确，便于远程控制；注入由壬处于侧面低位，从而使注入管线低位安装，降低现场连接管汇的难度；下外筒能相对水泥头本体转动，可以实现两者之间的带压相对转动，进而实现旋转套管固井，提高固井质量。

技术特征：

1.一种循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，包括水泥头本体，所述水泥头本体的顶部能拆卸地设置提升短接，所述水泥头本体的底部密封连接下外筒，且所述下外筒能相对所述水泥头本体转动；所述水泥头本体内沿轴向设置主流道和次流道，所述下外筒内沿轴向贯通设置下筒流道，所述主流道和所述次流道的底部设置旋转阀，所述旋转阀能旋转以使所述主流道或所述次流道与所述下筒流道连通；所述次流道位于所述旋转阀上方的侧壁上连通设置注入由壬，所述主流道和所述次流道的顶部呈能连通设置；所述主流道、所述次流道和所述旋转阀形成内置循环管汇结构；所述主流道内能投入胶塞，所述主流道、所述旋转阀和所述下筒流道能连通构成水泥头投塞通道；所述次流道、所述旋转阀和所述下筒流道能连通构成水泥头注液通道，所述水泥头投塞通道和所述水泥头注液通道通过所述旋转阀切换流通状态。

2.如权利要求1所述的循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，所述旋转阀上设置第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第二通孔倾斜设置于所述第一通孔的侧壁上，所述第二通孔用于连通所述次流道和所述第一通孔；所述第三通孔贯通设置于所述第一通孔的一侧壁上；所述第一通孔能轴向贯通连接所述主流道与所述下筒流道，或者所述第一通孔能径向连通所述次流道、所述第二通孔与所述第三通孔、所述下筒流道。

3.如权利要求2所述的循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，所述第一通孔和所述第三通孔的周向夹角为90°，所述旋转阀能旋转90°以连通所述水泥头投塞通道或所述水泥头注液通道。

4.如权利要求2所述的循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，所述旋转阀的中心轴与所述水泥头本体的中心轴呈垂直设置，所述旋转阀的轴向两端分别铰接于所述水泥头本体的侧壁上，所述旋转阀的轴向一端设置旋转限位结构。

5.如权利要求4所述的循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，所述水泥头本体的侧壁上设置第一安装通孔和第二安装通孔，所述第一安装通孔内密封连接侧盖，所述侧盖上设置贯通的第三安装通孔，所述旋转阀的轴向一端铰接于所述第三安装通孔内，所述旋转阀的轴向另一端铰接于所述第二安装通孔；所述旋转限位结构包括旋转轮和限位销，所述旋转轮与所述旋转阀的轴向一端固定连接，所述旋转轮上设置旋转豁口，所述限位销设置于所述侧盖上，所述旋转豁口的周向一端或另一端能与所述限位销抵靠接触。

6.如权利要求5所述的循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，所述旋转轮远离所述旋转阀的一端伸出所述第三安装通孔，所述旋转轮远离所述旋转阀的一端设置手轮接口。

7.如权利要求5所述的循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，所述旋转阀的轴向一端与所述第三安装通孔之间设置第一轴承，所述旋转阀的轴向另一端与所述第二安装通孔之间设置第二轴承。

8.如权利要求5所述的循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，所述旋转豁口的圆周角为90°。

9.如权利要求1所述的循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，所述提升短接的第一端与所述水泥头本体能拆卸连接；所述提升短接自第一端向内设置过渡腔，所述过渡腔内设置隔板，所述隔板上设置导流孔，所述导流孔能自顶端连通所述主流道和所述次流道。

10.如权利要求1所述的循环管汇内置式旋转水泥头，其特征在于，所述下外筒的顶部套设于所述水泥头本体内，所述下外筒与所述水泥头本体之间设置第三轴承，所述水泥头本体的底端能拆卸地连接底盖，所述底盖轴向固定所述第三轴承，所述下外筒转动穿过所述底盖。

技术总结
本发明为一种循环管汇内置式旋转水泥头，包括水泥头本体，水泥头本体的顶部设置提升短接，水泥头本体的底部密封连接下外筒，且下外筒能相对水泥头本体转动；水泥头本体内沿轴向设置主流道和次流道，下外筒内沿轴向贯通设置下筒流道，主流道和所述次流道的底部设置旋转阀，旋转阀能旋转以使主流道或次流道与下筒流道连通；次流道位于所述旋转阀上方的侧壁上连通设置注入由壬，主流道和次流道的顶部呈能连通设置；主流道、次流道和旋转阀形成内置循环管汇结构。本发明内置循环管汇，水泥头整体宽度小，重心和回转中心重合，回转半径小；通道切换方便，投塞速度快；下外筒和水泥头本体可以带压相对转动，实现旋转套管固井，提高固井质量。

技术研发人员：张怀文,王德贵,曲从锋,于永金,朱强,黄昭,惠坤亮,沈明,刘晓旭,胡原农,王天鹤
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15