一种固井水泥头技术领域
本发明创造属于石油钻探工程设备技术领域，尤其涉及一种固井施工中的固井水
泥头。
背景技术
固井作业为石油钻井工程的一道关键工序，因为固井作业为一次性作业，施工风
险较大，所以对于施工的连续性要求很高。现在使用的水泥头的释放胶塞装置为在水泥头
本体上对称的焊接两组套筒及档杆组件，档杆后端为螺杆结构，前端为光杆结构，螺杆于套
之间为螺纹联结。档杆伸入水泥头内腔时可以支撑住胶塞，并防止胶塞意外下行而进入套
管，当需要释放胶塞时则通过施工人员在水泥头一侧旋转档杆，档杆通过螺纹的作用于套
筒之间发生位移，可以将档杆退出水泥头，从而释放胶塞，实现将水泥浆于替浆液隔离并且
一直将水泥浆顶替进环空中的作用，从而完成固井作业。这种水泥头存在以下几个问题：1、
螺杆于套筒之间的螺纹联结螺纹因变形或颗粒卡死而无法旋转；2、因套管真空较大等原因
而导致螺纹联结扭矩过大，施工人员无法打开；3、传递扭矩的花键变形无法传递扭矩；4、井
口障碍物过多，操作不方便，钻台面湿滑易摔倒；5、井口手工具操作可能落井；6、在特殊条
件或程序下，水泥头离钻台面过高，导致施工人员无法正常操作，需要使用吊篮将施工人员
调至空中，但是在空中旋退档杆非常不方便，对于操作人员以及钻台面人员均不安全，可能
会发生碰伤、高空坠落以及高空落物。
发明内容
本发明创造为解决现有技术中的问题，提供了一种固井水泥头，结构简单、使用方
便，能够远程动作实现释放胶塞，降低施工风险。
本发明创造提供的固井水泥头，包括水泥头本体、固井胶塞、阀芯以及气动执行机
构；所述水泥头本体设有第一通孔，所述阀芯设置于构成所述第一通孔的所述水泥头本体
的内壁上，所述固井胶塞设置于所述第一通孔内并位于所述阀芯的上方；所述阀芯内设有
第二通孔，所述第二通孔的内径大于所述固井胶塞的大径；所述阀芯的一侧连接有连杆，所
述连杆穿过所述水泥头本体的壁体与所述气动执行机构连接；所述阀芯能够通过所述连杆
在所述气动执行机构的驱动下在垂直于所述第一通孔的轴线的平面内转动，所述阀芯在转
动过程中能够使所述第一通孔和第二通孔的轴线重合或形成一定的夹角。
其中，所述第一通孔和第二通孔均呈柱状，所述第二通孔的直径优选的等于所述
第一通孔的直径。
其中，所述阀芯的轴线垂直于所述第一通孔的轴线，所述第二通孔的轴线垂直于
所述阀芯的轴线，所述连杆与所述阀芯同轴设置，使得所述阀芯绕垂直于所述第一通孔的
轴线的自身轴线转动。
其中，所述构成第一通孔的所述水泥头本体的内壁上开设有凹槽，所述阀芯的两
端设置于所述凹槽内。
其中，所述水泥头本体顶端设有内螺纹；底端设有外螺纹。
其中，所述气动执行机构包括壳体、设置在所述壳体内的齿轮、与所述齿轮啮合的
齿条、以及与所述齿条顶端连接的活塞；所述壳体内包围形成封闭的气室，所述活塞将所述
气室分隔为相互独立的若干腔体；所述若干腔体中，未包含有所述齿条的若干第一腔体通
过连通通道相互连通，并连通有气孔B；所述若干腔体中，包含有所述齿条的第二腔体连通
有气孔A；所述齿轮与所述连杆连接并能够带动所述连杆转动。
优选的，所述齿轮位于所述气室中央，所述齿条和活塞分别设置为2个；所述两个
齿条分别设置于所述气室的顶面和底面，并绕所述齿轮呈中心对称设置；所述两个活塞分
别设置于所述两个齿条的顶端，并将所述气室分隔为相互独立的3个腔体，其中包含有所述
齿条的第二腔体位于中央，未包含有所述齿条的两个第一腔体对称设置于所述第二腔体两
侧。
本发明创造结构简单、使用方便，通过气动执行器的气动阀芯转动，可实现远程释
放胶塞，施工人员远离井口危险区域，避免了人员受伤以及工具掉落井内等风险。而且当水
泥头处在高空时，可以避免进行高空作业，在钻台面即可完成释放固井胶塞工作，极大的降
低了施工风险，避免了高空坠物、高空落物、工具掉落井底等问题；而且采用气动执行方式，
可靠性高。避免了现在的水泥头因为螺纹质量或清洁问题导致手柄无法旋转等问题，有利
于提高释放固井胶塞的成功率；由于气动执行器执行迅速，释放固井胶塞耗时更短，提高了
施工连续性及安全性。
附图说明
图1是本发明创造一种实施方式的结构示意图。
图2是图1中气动执行机构的结构示意图。
其中，1-水泥头本体；11-第一通孔；12-内螺纹；13-外螺纹；14-凹槽；2-固井胶塞；
3-阀芯；31-第二通孔；32-连杆；4-气动执行机构；41-壳体；42-齿轮；43-齿条；44-活塞；45-
气室；5-气孔A；6-气孔B；7-第一腔体；8-第二腔体。
具体实施方式
下面通过结合附图对本发明创造进行进一步说明。
本发明创造结构一种实施方案如图1所示，包括水泥头本体1、固井胶塞2、阀芯3以
及气动执行机构4；所述水泥头本体1设有第一通孔11，所述阀芯3设置于构成所述第一通孔
11的所述水泥头本体1的内壁上，所述固井胶塞2设置于所述第一通孔11内并位于所述阀芯
3的上方；所述阀芯3内设有第二通孔31，所述第二通孔31的内径大于所述固井胶塞2的大
径；所述阀芯3的一侧连接有连杆32，所述连杆32穿过所述水泥头本体1的壁体与所述气动
执行机构4连接；所述阀芯3能够通过所述连杆32在所述气动执行机构4的驱动下在垂直于
所述第一通孔11的轴线的平面内转动，所述阀芯3在转动过程中能够使所述第一通孔11和
第二通孔31的轴线重合或形成一定的夹角。
其中，所述第一通孔11和第二通孔31均呈柱状，所述第二通孔31的直径优选的等
于所述第一通孔11的直径，使得所述固井胶塞2能够在两个所述通孔的轴线重合时无阻碍
地下落。
其中，所述阀芯3的轴线垂直于所述第一通孔11的轴线，所述第二通孔31的轴线垂
直于所述阀芯3的轴线，所述连杆32与所述阀芯3同轴设置，使得所述阀芯3绕垂直于所述第
一通孔11的轴线的自身轴线转动。
其中，所述构成第一通孔11的所述水泥头本体1的内壁上开设有凹槽14，所述阀芯
3的两端设置于所述凹槽14内，使得所述凹槽14对所述阀芯3起到限位作用。
其中，所述水泥头本体1顶端设有内螺纹12；底端设有外螺纹13，便于和其它设备
连接。
其中，所述气动执行机构4(图2)包括壳体41、设置在所述壳体41内的齿轮42、与所
述齿轮42啮合的齿条43、以及与所述齿条43顶端连接的活塞44；所述壳体41内包围形成封
闭的气室45，所述活塞44将所述气室45分隔为相互独立的若干腔体；所述若干腔体中，未包
含有所述齿条43的若干第一腔体7通过连通通道相互连通，并连通有气孔B 6；所述若干腔
体中，包含有所述齿条43的第二腔体8连通有气孔A 5；所述齿轮42与所述连杆32连接并能
够带动所述连杆32转动。
优选的，所述齿轮42位于所述气室45中央，所述齿条43和活塞44分别设置为2个；
所述两个齿条43分别设置于所述气室45的顶面和底面，并绕所述齿轮42呈中心对称设置；
所述两个活塞44分别设置于所述两个齿条43的顶端，并将所述气室分隔为相互独立的3个
腔体，其中包含有所述齿条43的第二腔体8位于中央，未包含有所述齿条43的两个第一腔体
7对称设置于所述第二腔体8两侧。所述气室45的对称设计能够保证气动执行机构4的稳定
性。
本发明创造使用前，所述第一通孔11和第二通孔31的轴线不重合(即二者之间形
成一定夹角)，所述固井胶塞2被所述阀芯3阻挡而无法下落。需要工作时，气动执行机构4通
过气孔A 5进气，第二腔体8内气压增大，推动活塞44向两侧运动，活塞44带动齿条43做直线
运动，并通过啮合作用实现齿轮42的旋转运动。连杆32在齿轮42的带动下旋转，进而带动阀
芯3旋转，使得第二通孔31运动至与第一通孔11轴线重合的位置，此时固井胶塞2可以从第
二通孔31内掉落下去，从而完成作业。
通过气动执行机构4的驱动阀芯3转动，可实现远程释放固井胶塞2，施工人员远离
井口危险区域，避免了人员受伤以及工具掉落井内等风险。而且当水泥头处在高空时，可以
避免进行高空作业，在钻台面即可完成释放固井胶塞2工作，极大的降低了施工风险，避免
了高空坠物、高空落物、工具掉落井底等问题；采用气动执行方式，可靠性高。避免了现在的
水泥头因为螺纹质量或清洁问题导致手柄无法旋转等问题；由于气动执行器执行迅速，释
放固井胶塞耗时更短，提高了施工连续性及安全性。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本
发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造
的保护范围之内。