一种旋转水泥头技术领域
本发明涉及旋转尾管固井技术领域，特别涉及一种旋转水泥头。
背景技术
石油工业不断发展的今天，钻井技术得到快速发展，固井质量的好坏直接
影响到一口井的生产寿命和单井产能。而旋转尾管固井技术逐渐成为主流发展趋
势，旋转水泥头在固井作业方面发挥了巨大的作用。特别地，在固井过程中，为
了达到较好的固井质量，下入尾管需要在下入、钻井液循环或固井过程中旋转。
目前，国内各大油田和公司较多的是利用旋转短节这一部件来实现固井过程中的
旋转功能。但是旋转短节并没有设置用于容纳胶塞的腔室，为了实现胶塞替浆需
要借助其它部件或者增加其它工序。因此，急需一种结构简单、便于操作的旋转
水泥头。
发明内容
针对上述的问题，本发明提出了一种旋转水泥头，这种旋转水泥头能够用
胶塞替浆。
根据本发明的第一方面，提出了一种旋转水泥头包括：本体，其设置有中
空的腔室以将流体导入至固井套管；顶盖，其设置于本体的顶端，其能够连接至
吊卡，以使旋转水泥头带动钻具旋转；由壬接口，其包括均与腔室流体连通的第
一由壬接口和第二由壬接口，第一由壬接口和第二由壬接口设置于本体的上部，
并且第一由壬接口更靠近顶盖，所述第一由壬接口能够连接替浆管线，所述第二
由壬接口能够连接注水泥管线；螺旋挡销，其设置于本体上，并且位于第一由壬
接口和第二由壬接口之间，螺旋挡销能够将胶塞滞留于腔室中，当进行胶塞替浆
时，螺旋挡销释放胶塞下行。
采用本发明的旋转水泥头进行旋转尾管固井时，螺旋挡销将胶塞滞留于本
体腔室的第一由壬接口和第二由壬接口之间，当进行胶塞替浆时螺旋挡销旋出，
胶塞下行，从而实现胶塞替浆。由此使得旋转水泥头结构简单，操作简便的情况
下实现胶塞替浆。
在一个实施例中，旋转水泥头还包括设置于第二由壬接口下方的投球器，
投球器包括推进筒和设置于所述推进筒外侧的推进杆，所述推进筒上设置有与本
体的腔室流体连通的投球孔，用于从该投球孔向推进筒中投球，推进杆用于将容
纳于推进筒中的球推入腔室中。由此当需要向固井套管投球进行憋压作业时，操
作投球器通过投球孔向固井套管投球，操作简便。
在一个实施例中，旋转水泥头还包括旋转内套，旋转内套构造为管状，并
且旋转内套轴承连接于本体的下端部。从而旋转水泥头实现钻具的旋转作业。
在一个实施例中，旋转内套的下端连接有下保护接头，以连接钻具。确保
了旋转内套与钻具连接的可靠性，提高旋转水泥头工作的可靠性。
在一个实施例中，旋转水泥头还包括与本体的下端部连接的外筒，外筒套
装于旋转内套的外表面，并且旋转内套轴承连接于外筒。由此提高旋转内套与本
体的连接强度。
在一个实施例中，旋转内套和外筒之间设置有旋转密封组合，以封闭旋转
内套和外筒之间的间隙。提高旋转内套与外筒的旋转密封，增强本体腔室的密封
性能，确保旋转水泥头连续旋转工作状态下的可靠性，并且增强旋转水泥头的环
境适应能力。
在一个实施例中，旋转内套沿本体的轴线方向构造为大体梯形，旋转内套
包括截面较大的上台阶部和截面较小的下台阶部，旋转内套的上台阶部通过第一
轴承连接于本体的下端部以将旋转内套轴承连接于本体的下端部，旋转内套的下
台阶部通过第二轴承连接于外筒以将旋转内套轴承连接于外筒。确保旋转内套旋
转性能的前提下，在出现钻具和尾管的重量很重的情况下，上台阶部的轴承以及
下台阶部的轴承，特别是下台阶部的轴承能够承受部分载荷以及载荷的冲击力，
避免全部重载加压到钻台面上。
在一个实施例中，外筒的内壁上设置有钩状部，第二轴承设置于所述钩状
部上。由此当旋转内套承受重载和冲击时，外筒上的钩状部以及第二轴承能够承
受部分载荷和冲击，从而使得旋转钻头在重载情况下旋转，并且能够承受一定的
冲击。
根据本发明的第二方面，还提出了一种固井方法，其包括以下步骤：步骤1，
安装胶塞：打开顶盖，将螺旋挡销旋入旋转水泥头本体的腔室内，放入胶塞，旋
转挡销将胶塞滞留于腔室中，扣上顶盖，并将顶盖连接至吊卡；步骤2，连接作
业管线：将替浆管线连接至第一由壬接口，注水泥管线连接至第二由壬接口；步
骤3，注水泥：自所述注水泥管线向本体内注入水泥；步骤4，胶塞替浆：旋出
螺旋挡销，释放胶塞，自替浆管线注入泥浆，胶塞在泥浆的推动下下行；其中，
注水泥步骤中吊卡使得旋转水泥头带动钻具旋转。从而在不影响注水泥作业的情
况下能够迅速实现胶塞替浆，操作简单，利于固井质量的提高。
在一个实施例中，步骤1还包括将球通过投球孔放入投球器的推进筒中，
当需要投球憋压时，旋转推进杆将推进筒中的球推入腔室中。由此实现投球憋压
作业。
需要说明的是，本发明中使用的方位术语“上”和“下”以及“顶”和“底”
是旋转水泥头正常工作状态下相对于井口的位置，距离井口的高度较低的位置为
“下”或者“底”，距离井口的高度较高的位置为“上”或“顶”。
与现有技术相比，本发明的优点在于，本发明的旋转水泥头具有容纳胶塞
的腔室，当进行胶塞替浆时能够释放胶塞下行，由此使得旋转水泥头在满足结构
简单，操作简便的情况下进行胶塞替浆。另外，旋转水泥头包括投球器，当需要
憋压作业时操作投球器进行投球操作，由此简化憋压作业工序。进一步地，旋转
水泥头通过旋转内套连接于钻具，旋转内套轴承连接于本体上，优选地，旋转内
套轴承连接于包绕于旋转内套外表面的外筒，外筒与本体连接，由此强化旋转水
泥头旋转的可靠性，另外旋转内套包括截面较大的上台阶部和截面较小的下台阶
部，以及外筒的内壁上设置的钩状部，特别是下台阶部的轴承能够承受部分载荷
和冲击力，由此减少施加到钻台面上的载荷，提高了旋转水泥头工作的可靠性和
稳定性。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是根据本发明的一个优选实施例的旋转水泥头的半剖视图，其中示出
了投球器的半剖示意图。
在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘
制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明提出的旋转水泥头包括顶盖10、本体20、由壬接口以
及螺旋挡销220。下面将详细地描述本发明的旋转水泥头及其各个部件。
如图1所示，本体20设置有中空的腔室200，如图所示中空的腔室200沿
本体的轴线方向贯通，腔室200通过由壬接口导入泥浆及水泥浆，腔室200的底
端端口通过钻具(例如钻杆，未示出)连通固井套管(未示出)，由此能够将例
如水泥浆、泥浆等流体导入到固井套管以进行固井作业。
如图所示，顶盖10设置于本体20的顶端可以连接到吊卡(未示出)上，
固井作业首要的步骤是安装胶塞(未示出)：打开顶盖10，将螺旋挡销220向内
旋入旋转水泥头本体20的腔室200内，放入胶塞，旋转挡销220阻挡胶塞下行，
从从而将胶塞滞留在腔室200中，扣上顶盖10，并且将顶盖10连接至吊卡，由
此当吊卡旋转时能够带动本体20旋转，从而旋转的本体20带动钻具以及固井套
管旋转，以实现固井旋转作业。
固井作业的第二步骤是连接作业管线，如图1所示，由壬接口包括均与腔
室200流体连通的第一由壬接口210和第二由壬接口210’，第一由壬接口210和
第二由壬接口210’设置于本体20的上部，并且第一由壬接口210较靠近顶盖10。
第一由壬接口210和第二由壬接口210’设置的目的是连接作业管线，即第一由壬
接口210连接替浆管线，第二由壬接口210’连接注水泥管线，由此通过调节第一
由壬接口和第二由壬接口的打开或者关闭，通过该旋转水泥头实现不同的施工作
业。
需要说明的是，本发明中所使用的“外”是相对于本体的腔室200而言的，
远离腔室200的方向为外，与之相反的方向为“内”。
螺旋挡销220设置于本体20上，并且位于第一由壬接口210和第二由壬接
口210’之间，螺旋挡销220能够将胶塞(未示出)滞留于腔室中，使胶塞位于第
一由壬接口210和第二由壬接口210’之间，具体操作为：螺旋挡销220向内旋进
腔室200，第一由壬接口210关闭，第二由壬接口210’打开，螺旋挡销220阻挡
胶塞向下移动，胶塞从而滞留在腔室200中。固井作业的第三步骤是注水泥，此
时水泥浆可以自注水泥管线通过第二由壬接口210’进入旋转水泥头的下部，进而
进入固井套管中。而当进行固井作业的第四步骤，即胶塞替浆时，螺旋挡销220
向外旋出腔室200，打开第一由壬接口210，关闭第二由壬接口210’，由此释放
胶塞，胶塞下行，泥浆推动胶塞向下压紧水泥浆。通过以上可以看出，通过旋转
水泥头能够便捷地实现不同操作，并且在这些过程中吊卡可以带动本体20始终
处于旋转状态，由此实现较好的固井。
在一个优实施例中，本发明的旋转水泥头还包括投球器，如图所示，投球
器设置在第二由壬接口210’的下方，投球器包括推进筒和设置于推进筒外侧的推
进杆，推进筒上设置有与本体20的腔室200流体连通的投球孔230，用于从该投
球孔230向腔室200投球。也就是说固井作业的首要步骤中还可以包括将球通过
投球孔230放入投球器的推进筒中，当需要投球憋压时，旋转推进杆以将推进筒
中的球推入本体20的腔室200中。投球时，球通过投球孔230进入到投球器的
推进筒中，操作人员通过旋转推进筒外侧的旋进杆将推进筒中的球推入到本体20
的腔室200中，球在腔室200中一路向下移动直到撞到固井套管中的球座，以进
行憋压作业。投球器设置于第二由壬接口210’的下方，在不影响固井作业的其它
施工操作的情况下，便于操作人员的操作。
优选地，如图1所示，旋转水泥头还包括旋转内套60，旋转内套60用来连
接到钻具，例如钻杆，钻杆的下端连接固井套管，旋转内套60构造为管状，其
作用是连通本体20的腔室200、钻具的内腔以及固井套管的内腔，如图所示，旋
转内套60轴承连接于本体20的下端部。由此实现本体20的不断旋转带动旋转
内套60旋转，并且钻杆以及固井套管联动地不断旋转。
进一步地，如图1所示，旋转水泥头还包括外筒30，外筒30与本体20的
下端部连接，外筒30可以采用任何措施连接于本体20的下端部，如图所示采用
螺纹连接至本体20的下端部。外筒30构造为套筒状，如图所示外筒30套装在
旋转内套60的外表面，而且旋转内套60轴承连接于外筒30，由此旋转内套60
与外筒30相对转动。
另外，如图1所示，旋转内套60和外筒30之间设置有旋转密封组合50，
用来封密旋转内套60和外筒30之间的间隙。以此提高本体腔室200的气密性，
使其能够承受较高的压力。
此外，如图所示，旋转内套60沿本体20的轴线方向构造为大体梯形，旋
转内套60包括截面较大的上台阶部610和截面较小的下台阶部620。如图所示，
上台阶部610轴承连接于本体20的下端部，由此实现旋转内套60通过第一轴承
40连接于本体20的下端部，下台阶部620通过第二轴承70连接于外筒30以将
旋转内套60轴承连接于外筒30。进一步地，外筒30的内壁上设置有钩状部，第
二轴承70设置于所述钩状部上。由此当旋转内套承受重载和冲击时，外筒上的
钩状部以及第二轴承70能够承受部分载荷和冲击，从而使得旋转钻头在重载情
况下旋转，并且能够承受一定的冲击。
作为优选的实施例，旋转内套60的下端连接有下保护接头80，例如可以采
用螺纹连接，通过该下保护接头80连接钻具，例如钻杆，钻杆的下端连接固井
套管，由此将水泥浆或者泥浆送入固井套管中实现固井。另外如图1所示，旋转
内套60与本体20之间，外筒30与本体20之间以及旋转内套60与下保护接头
80之间均设置有密封圈，确保旋转钻头旋转过程中本体腔室200的气密性。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围
的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本发明并
不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方
案。