CN112127832A - 一体式远程控制水泥头 - Google Patents

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CN112127832A CN202010921866.1A CN202010921866A CN112127832A CN 112127832 A CN112127832 A CN 112127832A CN 202010921866 A CN202010921866 A CN 202010921866A CN 112127832 A CN112127832 A CN 112127832A
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Abstract

本发明公开了本发明一体式远程控制水泥头，通过远程控电磁阀开/关，进而控制本体内部的气压，通过气压差控制活塞移动，进而带动限位杆、胶塞挡板，通过胶塞挡板的转动位置实现对胶塞的阻挡和释放；本发明一体式远程控制水泥头中，无外置的驱动结构，解决的了现有的远程控制水泥头由于驱动系统外置导致调运不便的问题；还具有体积小、操作方便的优点。

Description

一体式远程控制水泥头
技术领域
本发明属于油气田用修井作业工具技术领域，具体涉及一体式远程控制 水泥头。
背景技术
水泥头是在注水泥作业中内装胶塞，并具有压塞、交替管汇、阀门连接 的高压井口装置。随着钻井技术从浅井向深井发展，固井作业环境越来越复 杂，固井管串越来越长，固井压力越来越高，人工操作难也相应增大。针对 这些情况，国内外一些公司已经研制了远程控制水泥头。
远程控制水泥头是利用远程控制系统，施工人员在远离钻台的位置，远 程操作遥控器实现固井作业。现在常用的远程控制水泥头主要有两种：第一 种通过外接气源或液压源，其操作由人工转变为气动，但是水泥头本体上管 线复杂管线不易拆卸，本体上的驱动部件外露极易损坏；第二种是在水泥头 本体上背负气源或电源，整体调运方便，但是整个控制系统外露极易损坏。 这两种远程控制水泥头都需要在本体外背负驱动装置，在实际使用中，都要 考虑防碰撞问题，调运不便，增加了现场操作难度和井口时间。
发明内容
本发明的目的是提供一体式远程控制水泥头，解决的了现有的远程控制 水泥头由于驱动系统外置导致调运不便的问题。
本发明所采用的技术方案是，一体式远程控制水泥头，包括均为中空结 构且依次连接的旋转头总成、上胶塞释放总成、下胶塞释放总成、胶塞指示 总成，还包括流道筒，流道筒依次穿接旋转头总成、上胶塞释放总成、下胶 塞释放总成、胶塞指示总成中部；
旋转头总成、上胶塞释放总成、下胶塞释放总成侧壁上均开设相通的气 道，旋转头总成上连接与气道连通接头总成，上胶塞释放总成、下胶塞释放 总成结构相同，均包括连接于气道末端的气控系统，每个气控系统通过无线 信号连接电控系统，气控系统控制限位杆移动，每个限位杆穿过上胶塞释放 总成或下胶塞释放总成，流道筒位于每个限位杆正对位置均通过销钉连接胶 塞挡板。
本发明的特点还在于：
上胶塞释放总成、下胶塞释放总成均包括中空结构的主体，主体侧壁开 设连通旋转头总成的两个气体通道，气体通道末端连接气控系统，主体侧壁 位于两个气体通道末端均开设圆通道，圆通道内位于两个气体通道之间连接 贴合连接活塞，活塞将圆通道分为投塞气腔和装塞气腔，活塞位于装塞气腔 一端为阶梯状，另一端为楔形，限位杆上连接与活塞楔形端面贴合的楔形块。
气控系统包括连接在靠近活塞阶梯状一端的气体通道末端的胶塞安装 电磁阀和连接在另一个气体通道末端的胶塞释放电磁阀。
圆通道内位于投塞气腔一端连接堵塞，堵塞与上胶塞释放总成或下胶塞 释放总成之间连接密封圈a。
活塞上开设环槽，主体侧壁均开设外大内小的阶梯孔，每个阶梯孔内外 边缘连接堵头，还包括安全销，安全销穿过阶梯孔口径较小一端延伸至圆通 道，安全销外套接有凸起环，安全销外还套接压缩弹簧，压缩弹簧一端连接 堵头，另一端连接凸起环。
主体侧壁上位于限位杆正对位置开设凹槽，凹槽内连接U型密封塞，限 位杆一端与U型密封塞内壁接触连接，限位杆另一端穿过主体侧壁延伸至流 道孔。
旋转头总成、上胶塞释放总成、下胶塞释放总成侧壁上均开设相通的气 道具体包括：
旋转头总成上开设的气道a，旋转头总成外部开设有连通气道a的环槽 a；
上胶塞释放总成的主体内开设连通环槽a的气道b，气道b分别通过两 个支气道连通投塞气腔、装塞气腔，主体侧壁还开设连通投塞气腔的气道c， 上胶塞释放总成外还开设连通气道c的环槽b；
下胶塞释放总成的主体内开设连通环槽b的气道b，气道b分别通过两 个支气道连通投塞气腔、装塞气腔。
主体侧壁开设键槽，键槽内连接连杆，连杆一端固定连接销钉，连杆另 一端垂直连接装塞手柄，装塞手柄在主体的外壁上。
流道筒上正对每个限位杆位置均开设一个圆孔，流道筒上位于每个圆孔 边缘均通过销钉连接胶塞挡板边部，胶塞挡板被销钉分为挡板部分和稍部， 圆孔上位于稍部边缘连接限位块。
流道筒分别通过多个扶正翼连接旋转头总成、上胶塞释放总成、下胶塞 释放总成、胶塞指示总成，流道筒均匀开设多个流道孔。
本发明的有益效果是，
本发明一体式远程控制水泥头，通过远程控电磁阀开/关，进而控制本体 内部的气压，通过气压差控制活塞移动，进而带动限位杆、胶塞挡板，通过 胶塞挡板的转动位置实现对胶塞的阻挡和释放；本发明一体式远程控制水泥 头中，无外置的驱动结构，解决的了现有的远程控制水泥头由于驱动系统外 置导致调运不便的问题；还具有体积小、操作方便的优点。
附图说明
图1为本发明一体式水泥头的结构示意图；
图2为图1的A向视图；
图3为图1的放大图B；
图4为图2的C向视图；
图5为图2的D-D剖面图；
图6为下胶塞安装示意图；
图7为下胶塞释放示意图。
图中，1.下胶塞释放总成，1-1.主体，1-2.环槽，1-3.圆通道，1-4.限位块， 1-5.胶塞挡板，1-6.流道筒，1-7.活塞，1-8.安全销，1-9.堵头，1-10.U型密封 塞，1-11.限位杆，1-12.流道孔，1-13.堵塞，1-14.装塞气腔，1-15.圆孔，1-16. 扶正翼，1-17.投塞气腔，1-18.阶梯孔，1-19.压缩弹簧，1-20.键槽，1-21.连 杆，1-22.装塞手柄，2.气控系统，2-1.胶塞释放电磁阀，2-2.胶塞安装电磁阀， 2-3.环槽b，2-4.气道c，2-5.气道b，3.电控系统，4.上胶塞释放总成，5.旋转 头总成，5-1.气道a，5-2.环槽a，6.接头总成，7.胶塞指示总成，8胶塞。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一体式远程控制水泥头，如图1、图2及图3所示，包括均为中 空结构且依次连接的旋转头总成5、上胶塞释放总成4、下胶塞释放总成1、 胶塞指示总成7，还包括流道筒1-6，流道筒1-6依次穿接旋转头总成5、上 胶塞释放总成4、下胶塞释放总成1、胶塞指示总成7中部；
旋转头总成5、上胶塞释放总成4、下胶塞释放总成1侧壁上均开设相 通的气道，旋转头总成5上连接与气道连通接头总成6，上胶塞释放总成4、 下胶塞释放总成1结构相同，均包括连接于气道末端的气控系统2，每个气 控系统2通过无线信号连接电控系统3，控制系统控制限位杆1-11移动，每 个限位杆1-11穿过上胶塞释放总成4或下胶塞释放总成1，流道筒1-6位于 每个限位杆1-11正对位置均通过销钉连接胶塞挡板1-5。
上胶塞释放总成4、下胶塞释放总成1均包括中空结构的主体1-1，主 体1-1侧壁开设连通旋转头总成5的两个气体通道，气体通道末端连接气控 系统2，主体1-1侧壁位于两个气体通道末端均开设圆通道1-3，圆通道1-3 内位于两个气体通道之间连接贴合连接活塞1-7，活塞1-7将圆通道1-3分为 投塞气腔1-17和装塞气腔1-14，活塞1-7位于装塞气腔1-14一端为阶梯状， 另一端为楔形，限位杆1-11上连接与活塞1-7楔形端面贴合的楔形块。
气控系统包括连接在靠近活塞1-7阶梯状一端的气体通道末端的胶塞安 装电磁阀2-2和连接在另一个气体通道末端的胶塞释放电磁阀2-1。
圆通道1-3内位于投塞气腔1-17一端连接堵塞1-13，堵塞1-13与上胶 塞释放总成4或下胶塞释放总成1之间连接密封圈a。
活塞1-7上开设环槽1-2，主体1-1侧壁均开设外大内小的阶梯孔1-18， 每个阶梯孔1-18内外边缘连接堵头1-9，还包括安全销1-18，安全销1-8穿 过阶梯孔1-18口径较小一端延伸至圆通道1-3，安全销1-8外套接有凸起环， 安全销1-8外还套接压缩弹簧1-19，压缩弹簧1-19一端连接堵头1-9，另一 端连接凸起环。
主体1-1侧壁上位于限位杆1-11正对位置开设凹槽，凹槽内连接U型 密封塞1-10，限位杆1-11一端与U型密封塞1-10内壁接触连接，限位杆1-11 另一端穿过主体1-1侧壁延伸至流道孔1-6。
旋转头总成5、上胶塞释放总成4、下胶塞释放总成1侧壁上均开设相 通的气道具体包括：
旋转头总成5上开设的气道a5-1，旋转头总成5外部开设有连通气道 a5-1的环槽a5-2；
上胶塞释放总成4的主体1-1内开设连通环槽a5-2的气道b2-5，气道 b2-5分别通过两个支气道连通投塞气腔1-17、装塞气腔1-14，主体1侧壁还 开设连通投塞气腔1-17的气道c2-4，上胶塞释放总成4外还开设连通气道 c2-4的环槽b2-3；
下胶塞释放总成1的主体1-1内开设连通环槽b2-3的气道b2-5，气道 b2-5分别通过两个支气道连通投塞气腔1-17、装塞气腔1-14。
如图4所示，主体1-1侧壁开设键槽1-20，键槽1-20内连接连杆1-21， 连杆1-21一端固定连接销钉，连杆1-21另一端垂直连接装塞手柄1-22，装 塞手柄1-22在主体1-1的外壁上。
流道筒1-6上正对每个限位杆1-11位置均开设一个圆孔1-15，流道筒 1-6上位于每个圆孔1-15边缘均通过销钉连接胶塞挡板1-5边部，胶塞挡板 1-5被销钉分为挡板部分和稍部，圆孔1-15上位于稍部边缘连接限位块1-4。
流道筒1-6分别通过多个扶正翼1-16连接旋转头总成5、上胶塞释放总 成4、下胶塞释放总成1、胶塞指示总成7，流道筒1-6均匀开设多个流道孔 1-12。
本发明一体式远程控制水泥头中各部件的作用如下：
上胶塞释放总成4通过螺纹与旋转头总成5连接，上胶塞释放总成4通 过螺纹与下胶塞释放总成1连接，下胶塞释放总成1通过螺纹与胶塞指示总 成7连接，气控系统2和电控系统3安装在下胶塞释放总成1上。电控系统 3能够通过无线限号接收遥控器的信号。
旋转头总成5通过接口与泥浆管道连接，旋转头主体5上开有气道211， 与钻机气源接头总成6连接。胶塞指示总成7用来指示胶塞通过，上面开有 圆内孔，用来放置流道筒1-6。
主体1-1上开有中心圆孔，在中心圆孔中放置有流道筒1-6。围绕中心 圆孔加工了圆通道1-3，圆通道1-3中放置有活塞1-7，气体通道末端的胶塞 释放电磁阀2-1，胶塞释放电磁阀2-1能够接收外部的无线信号，并执行开/ 关命令。
旋转头总成5、上胶塞释放总成4、下胶塞释放总成1、胶塞指示总成7 中部均开设中心圆孔，流道筒1-6将中心圆孔分隔为两个流道：中心流道和 环空流道。流道筒1-6上连有多个扶正翼1-16，可帮助流道筒1-6在中心圆 孔中始终居中。流道筒1-6上加工有流道孔1-12，用于连通中心流道和环空 流道。
流道筒1-6上穿有销钉131，销钉131上穿有胶塞挡板1-5，胶塞挡板 1-5可绕销钉131旋转。流道筒1-6上加工有圆孔1-15，圆孔1-15的面积大 于胶塞挡板1-15的面积，可保证胶塞挡板1-5在水平位置时置于圆孔1-15 中。在流道筒1-6上连有挡板限位块1-4，可保证胶塞挡板1-5与流道筒1-6 始终处于平行位置。胶塞挡板1-5为圆弧状，圆弧的直径等于流道筒1-6的 直径，可保证中心通道始终为一个圆，在胶塞8下落时不刮蹭胶塞8。
圆通道1-3端部加工有螺纹，堵塞1-13通过螺纹安装在圆孔端部，堵 塞1-13上可以安装有密封圈，用于隔绝压力。圆通道1-3中放置有活塞1-7， 将圆通道1-3分为投塞气腔122和装塞气腔1-14。活塞1-7一端加工成楔形 即为斜面，以保证限位杆1-11能够顺利上下移动。活塞1-7上加工有环槽 1-2，环槽1-2的宽度大于安全销1-8的直径，保证安全销1-8能够平滑进出。 活塞1-7另一端加工有阶梯面，保证气压能随时作用在活塞1-7上。
当活塞1-7向右移动时，在楔形块的推动下限位杆1-11向下移动。当限 位杆1-11在泥浆液的推动下向上移动时，在楔形块的推动下活塞1-7向左移 动。
主体1-1上加工有阶梯孔1-18，阶梯孔1-18端部加工有螺纹，堵头1-9 通过螺纹安装在阶梯孔1-18端部。安全销1-8的一端安装在堵头1-9的圆孔 中，另一端安装在阶梯孔1-18的小孔中。安全销1-8上穿有压缩弹簧1-19， 压缩弹簧1-19的一端压在安全销1-8台阶突起面，另一端压在堵头1-9上。 安全销1-8保证活塞1-7在装塞气腔1-14漏气或者震动的情况下保持在预定 位置，不会出现活塞1-7滑动而导致胶塞8掉落。
主体1-1外安装有装塞手柄1-22，装塞手柄1-22通过连杆1-21与销钉 连接，连杆1-21端部加工有键槽1-20，通过键槽1-20保证连杆1-21和销钉 能同步旋转。
如图5所示，主体1-1上加工有圆孔1-4，圆孔1-4中放置有胶塞释放电 磁阀2-1，胶塞释放电磁阀2-1为2位三通的电磁气阀，同时在胶塞释放电 磁阀2-1旁边安装有胶塞安装电磁阀2-2。主体1-1上开有气道214，使胶塞 释放电磁阀2-1出气口与投塞气腔1-17相通，同理在主体1-1上开有气道使 胶塞安装电磁阀2-2与装塞气腔1-14相通。
本申请中胶塞释放电磁阀2-1、胶塞安装电磁阀2-2、电控系统3、气控 系统2等电器构件均能够接收无线信号。
本发明一体式远程控制水泥头工作原理为：
胶塞安装：
水泥头平放在钻台面，将钻机气源与水泥头连接，有压空气通过气道和 环槽填充至各个电磁阀进气口处。手动旋转装塞手柄1-22，将装塞手柄1-22 旋转至水平位，在连杆1-21的带动下销钉胶塞挡板1-5也旋转至水平位置。
操作遥控器，打开电源开关，通过无线信号线将胶塞安装电磁阀2-2打 开，压缩空气进入装塞气腔1-14。
压缩空气推动活塞1-7向右移动，活塞1-7的楔形面推动限位杆1-11向 下移动。当活塞1-7到达预定位置时，安全销1-8在压缩弹簧1-19的作用下 伸出，将活塞1-7卡死。此时限位杆1-11到达预定位置，将胶塞挡板1-5压 死。将下胶塞从顶部下入，直到下胶塞顶住胶塞挡板1-5，装塞完成，参看 图6。与此同理，装上胶塞8。
胶塞释放：
释放胶塞8时，水泥头已经悬挂在井口，并与钻机气源连接，各电磁阀 进口处已经充满压缩空气。操作遥控器，打开电源开关，通过无线信号线将 胶塞释放电磁阀2-1打开，压缩空气进入投塞气腔1-17。
投塞气腔1-17充气，安全销1-8在气压的作用下向上移动，同时活塞 1-7在气压的作用下向左移动。泥浆液进入水泥头本体，限位杆1-11在泥浆 压力的作用下向外移动，胶塞挡板1-5在自身重力的作用下绕着销钉旋转。 没有胶塞挡板1-5的阻挡，胶塞在泥浆液的作用下向下移动，完成胶塞8释 放，具体参看图7。与此同理，投上胶塞，完成整个工艺过程。
本发明还可在电控系统失灵或气路系统没气时完成投塞操作，具体操作 如下：当发现电控系统失灵或气路系统没气时，将安全销1-8拔出，在泥浆 压力的所用下限位杆1-11会向外移动，推动活塞1-7向左移动，到达限定位 置停止。胶塞挡板1-5在自身重力的作用下绕着销钉旋转。没有胶塞挡板1-5 的阻挡，胶塞在泥浆液的作用下向下移动，完成胶塞释放。

Claims (10)

1.一体式远程控制水泥头，其特征在于，包括均为中空结构且依次连接的旋转头总成(5)、上胶塞释放总成(4)、下胶塞释放总成(1)、胶塞指示总成(7)，还包括流道筒(1-6)，所述流道筒(1-6)依次穿接旋转头总成(5)、上胶塞释放总成(4)、下胶塞释放总成(1)、胶塞指示总成(7)中部；
所述旋转头总成(5)、上胶塞释放总成(4)、下胶塞释放总成(1)侧壁上均开设相通的气道，所述旋转头总成(5)上连接与气道连通接头总成(6)，所述上胶塞释放总成(4)、下胶塞释放总成(1)结构相同，均包括连接于气道末端的气控系统(2)，每个所述气控系统(2)通过无线信号连接电控系统(3)，所述气控系统(2)控制限位杆(1-11)移动，每个所述限位杆(1-11)穿过上胶塞释放总成(4)或下胶塞释放总成(1)，流道筒(1-6)位于每个限位杆(1-11)正对位置均通过销钉连接胶塞挡板(1-5)。
2.根据权利要求1所述一体式远程控制水泥头，其特征在于，所述上胶塞释放总成(4)、下胶塞释放总成(1)均包括中空结构的主体(1-1)，所述主体(1-1)侧壁开设连通旋转头总成(5)的两个气体通道，气体通道末端连接气控系统(2)，所述主体(1-1)侧壁位于两个气体通道末端均开设圆通道(1-3)，所述圆通道(1-3)内位于两个气体通道之间连接贴合连接活塞(1-7)，所述活塞(1-7)将圆通道(1-3)分为投塞气腔(1-17)和装塞气腔(1-14)，所述活塞(1-7)位于装塞气腔(1-14)一端为阶梯状，另一端为楔形，所述限位杆(1-11)上连接与活塞(1-7)楔形端面贴合的楔形块。
3.根据权利要求2所述一体式远程控制水泥头，其特征在于，所述气控系统(2)包括连接在靠近活塞(1-7)阶梯状一端的气体通道末端的胶塞安装电磁阀(2-2)和连接在另一个气体通道末端的胶塞释放电磁阀(2-1)。
4.根据权利要求2所述一体式远程控制水泥头，其特征在于，所述圆通道(1-3)内位于投塞气腔(1-17)一端连接堵塞(1-13)，所述堵塞(1-13)与上胶塞释放总成(4)或下胶塞释放总成(1)之间连接密封圈a。
5.根据权利要求2所述一体式远程控制水泥头，其特征在于，所述活塞(1-7)上开设环槽(1-2)，所述主体(1-1)侧壁均开设外大内小的阶梯孔(1-18)，每个所述阶梯孔(1-18)内外边缘连接堵头(1-9)，还包括安全销(1-18)，所述安全销(1-8)穿过阶梯孔(1-18)口径较小一端延伸至圆通道(1-3)，所述安全销(1-8)外套接有凸起环，所述安全销(1-8)外还套接压缩弹簧(1-19)，所述压缩弹簧(1-19)一端连接堵头(1-9)，另一端连接凸起环。
6.根据权利要求2所述一体式远程控制水泥头，其特征在于，所述主体(1-1)侧壁上位于限位杆(1-11)正对位置开设凹槽，所述凹槽内连接U型密封塞(1-10)，所述限位杆(1-11)一端与U型密封塞(1-10)内壁接触连接，所述限位杆(1-11)另一端穿过主体(1-1)侧壁延伸至流道孔(1-6)。
7.根据权利要求2所述一体式远程控制水泥头，其特征在于，所述旋转头总成(5)、上胶塞释放总成(4)、下胶塞释放总成(1)侧壁上均开设相通的气道具体包括：
旋转头总成(5)上开设的气道a(5-1)，所述旋转头总成(5)外部开设有连通气道a(5-1)的环槽a(5-2)；
所述上胶塞释放总成(4)的主体(1-1)内开设连通环槽a(5-2)的气道b(2-5)，所述气道b(2-5)分别通过两个支气道连通投塞气腔(1-17)、装塞气腔(1-14)，所述主体(1)侧壁还开设连通投塞气腔(1-17)的气道c(2-4)，所述上胶塞释放总成(4)外还开设连通气道c(2-4)的环槽b(2-3)；
所述下胶塞释放总成(1)的主体(1-1)内开设连通环槽b(2-3)的气道b(2-5)，所述气道b(2-5)分别通过两个支气道连通投塞气腔(1-17)、装塞气腔(1-14)。
8.根据权利要求1所述一体式远程控制水泥头，其特征在于，所述主体(1-1)侧壁开设键槽(1-20)，所述键槽(1-20)内连接连杆(1-21)，所述连杆(1-21)一端固定连接销钉，所述连杆(1-21)另一端垂直连接装塞手柄(1-22)，所述装塞手柄(1-22)在主体(1-1)的外壁上。
9.根据权利要求1所述一体式远程控制水泥头，其特征在于，所述流道筒(1-6)上正对每个限位杆(1-11)位置均开设一个圆孔(1-15)，所述流道筒(1-6)上位于每个圆孔(1-15)边缘均通过销钉连接胶塞挡板(1-5)边部，所述胶塞挡板(1-5)被销钉分为挡板部分和稍部，所述圆孔(1-15)上位于稍部边缘连接限位块(1-4)。
10.根据权利要求1所述一体式远程控制水泥头，其特征在于，所述流道筒(1-6)分别通过多个扶正翼连接旋转头总成(5)、上胶塞释放总成(4)、下胶塞释放总成(1)、胶塞指示总成(7)，所述流道筒(1-6)均匀开设多个流道孔(1-12)。
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