CN114909102A - 一种石油钻井井口套管悬挂结构及套管的悬挂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种石油钻井井口套管悬挂结构，包括：圆柱形套管、卡瓦、套管头和密封环，所述套管头设有悬挂腔，所述圆柱形套管贯穿所述悬挂腔；所述卡瓦位于所述悬挂腔内并套设在所述圆柱形套管外侧，且咬合所述圆柱形套管，实现对所述圆柱形套管的悬挂；所述套管头还设有位于所述悬挂腔下部的台阶，所述卡瓦位于所述台阶上部，所述密封环位于所述台阶和卡瓦之间，且所述密封环的一侧与悬挂腔内壁接触，另一侧与所述圆柱形套管外壁接触，实现对悬挂腔内壁与圆柱形套管之间的密封。该悬挂结构具有良好的密封性，能够有效避免现有技术所存在的密封性差以及由此导致的气窜、井口带压等问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井井口套管头卡瓦安装及密封领域，尤其是涉及一种石油钻井井口套管悬挂结构及套管的悬挂方法。
背景技术
通常，在石油开采的钻井过程中，钻完一个开次后，都需要下入套管，然后进行固井，固井后套管通过卡瓦悬挂器或芯轴式悬挂器坐挂在井口套管头上，即完成套管坐挂。
目前，实现套管坐挂的套管悬挂器主要有两种：芯轴式悬挂器和卡瓦式悬挂器。其中，芯轴式悬挂器在具体施工作业时和套管串连在一起下入井筒，能实现全金属密封。但当套管的尺寸过大、吨位过大(超过300吨)时，芯轴式悬挂器的加工和下入难度较大。且在回接套管时，由于芯轴式悬挂器是和套管接在一起的，如若事先没有计算好套管的拉伸(伸长)量，就会出现固井后坐挂时，回接套管下部的插入头没有插入到回接筒内，或是在悬挂器偏上部悬挂器无法坐挂到套管头内。另外，芯轴式悬挂器需要特殊的套管头，并且不能互换，存在一定的局限性，需要进一步改进。
另一种是卡瓦式悬挂器，无论是对于回接套管，还是一次性下到井底的套管，当下到预定井深时，套管在钻套面上进行坐挂，然后进行注水泥固井施工，水泥浆体注完后上提套管至预定的坐挂吨位，将卡瓦放进套管头与套管外壁之间，卡瓦内壁有朝上的倒刺环，可以将套管咬合挂住，卡瓦底部坐在套管头内预留的位置上，完成坐挂；然后在套管头外壁预先加工的三道注脂孔注树脂，在卡瓦和套管头中间形成三道树脂(橡胶)密封环，作为主密封。这种卡瓦式悬挂器虽然使用方便，但是入井套管常存在的椭圆度偏高、卡瓦咬合不均匀等问题，导致密封达不到要求，而且，在高温下井筒的生产过程中，井口温度往往在90℃以上，会导致橡胶件(密封环)老化，使其被高压气体击穿，造成井口普遍带压，致使密封失效，造成安全问题。
因此，现有石油钻井井口套管悬挂结构的密封性有待提高。
发明内容
本发明提供一种石油钻井井口套管悬挂结构及套管的悬挂方法，具有良好的密封性，能够有效避免现有技术所存在的密封性差以及由此导致的气窜、井口带压等问题。
本发明的一方面，提供一种石油钻井井口套管悬挂结构，包括：圆柱形套管、卡瓦、套管头和密封环，该套管头设有悬挂腔，上述圆柱形套管贯穿悬挂腔；上述卡瓦位于悬挂腔内并套设在上述圆柱形套管外侧，且咬合该圆柱形套管，实现对该圆柱形套管的悬挂；上述套管头还设有位于悬挂腔下部的台阶，上述卡瓦位于该台阶上部，上述密封环位于该台阶和卡瓦之间，且该密封环的一侧与悬挂腔内壁接触，另一侧与上述圆柱形套管外壁接触，实现对悬挂腔内壁与圆柱形套管之间的密封。
根据本发明的一实施方式，上述卡瓦具有用于套设上述圆柱形套管的通孔，该通孔内壁上设有呈倒刺结构的卡瓦牙，且该卡瓦牙呈螺旋状均匀分布于通孔内壁上，上述卡瓦通过卡瓦牙咬合上述圆柱形套管。
根据本发明的一实施方式，上述卡瓦具有用于套设上述圆柱形套管的通孔，该通孔的半径由上至下逐渐减小，上述圆柱形套管的外径由上至下逐渐增大。
根据本发明的一实施方式，上述密封环的内径由上至下逐渐减小。
根据本发明的一实施方式，上述台阶下部与上述圆柱形套管贴合，该台阶上部为表面呈弧面的锥形结构，该锥形结构与上述圆柱形套管之间存在空隙，上述密封环下部具有与该台阶上部的锥形结构配合的凸起，该凸起的一侧与圆柱形套管贴合，另一侧与锥形结构贴合。
根据本发明的一实施方式，上述套管头上端设有与上述悬挂腔连通的注脂孔，用于向上述悬挂腔内注入树脂。其中，上述悬挂腔内还具有由该注入树脂形成的密封件。
根据本发明的一实施方式，上述密封环为金属材质。
根据本发明的一实施方式，上述圆柱形套管的长度可以为2-5m。
本发明的另一方面，还提供一种石油钻井井口套管的悬挂方法，包括：将卡瓦、密封环套设在圆柱形套管外侧，并使密封环位于卡瓦的下方；将套设有卡瓦和密封环的圆柱形套管下方至于套管头的悬挂腔内，并使密封环压合在位于悬挂腔下部的台阶上，获得上述的悬挂结构，实现套管悬挂。
本发明提供的石油钻井井口套管悬挂结构及套管的悬挂方法，该套管悬挂结构在不改变现有套管头结构的基础上，采用金属密封环的设计，使得该套管悬挂结构的密封性较好，可避免油气开采过程中发生气窜，解决了因井口悬挂因素造成的井口带压难题，具有很大的实用价值。
附图说明
图1为本发明一实施方式的套管结构的结构示意图；
附图标记说明：1：圆柱形套管；2：卡瓦；3：套管头；4：密封环；5、套管头悬挂腔；6、套管头悬挂腔下部的台阶；7、密封环凸起；8、法兰螺栓孔。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图对发明作进一步地详细说明。
本发明的一方面，提供一种石油钻井井口套管悬挂结构，如图1所示，该悬挂结构包括：圆柱形套管1、卡瓦2、套管头3和密封环4，该套管头3设有悬挂腔5，上述圆柱形套管1贯穿悬挂腔5；上述卡瓦2位于悬挂腔5内并套设在上述圆柱形套管1外侧，且咬合该圆柱形套管1，实现对该圆柱形套管1的悬挂；上述套管头3还设有位于悬挂腔下部的台阶6，上述卡瓦2位于该台阶6上部，上述密封环4位于该台阶6和卡瓦2之间，且该密封环4的一侧与悬挂腔5内壁接触，另一侧与上述圆柱形套管1外壁接触，实现对悬挂腔5内壁与圆柱形套管1之间的密封。
本发明提供的石油钻井井口套管悬挂结构，该套管悬挂结构在不改变现有套管头结构的基础上，采用金属密封环的设计，使得该套管悬挂结构的密封性较好，可避免油气开采过程中发生气窜，解决了因井口悬挂因素造成的井口带压难题，具有很大的实用价值。
为了增加卡瓦2与圆柱形套管1的密封性，在一些实施例中，上述卡瓦2具有用于套设上述圆柱形套管1的通孔，该通孔内壁上设有呈倒刺结构的卡瓦牙，且该卡瓦牙呈螺旋状均匀分布于通孔内壁上，上述卡瓦通过卡瓦牙咬合上述圆柱形套管1，卡瓦牙螺旋状的设置能解决传统的倒刺台阶面自上而下并排分布带来的密封性不佳问题。具体实施时，可以先将圆柱形套管1外壁进行曲面精加工，提高圆柱形套管1的圆度，便于卡瓦2通孔内壁上的卡瓦牙均匀咬合圆柱形套管1，提高悬挂结构的密封性。
在本发明的一具体实施方式中，卡瓦2外壁上也设计有呈螺旋状分布的倒刺结构的卡瓦牙，该卡瓦牙对套管头的悬挂腔5进行咬合，可进一步提高悬挂结构的密封性。
在一些实施例中，上述卡瓦2具有用于套设上述圆柱形套管1的通孔，该通孔的半径由上至下逐渐减小，上述圆柱形套管1的外径由上至下逐渐增大，以实现在重力的作用下，使得卡瓦牙咬合圆柱形套管的程度进一步提高，从而进一步提高悬挂结构的密封性。
在一些实施例中，上述密封环4的内径由上至下逐渐减小，可实现密封环4与圆柱形套管1更加贴合，增强密封性。
在一些实施例中，上述台阶下部与上述圆柱形套管1贴合，该台阶上部为表面呈弧面的锥形结构，该锥形结构与上述圆柱形套管1之间存在空隙，上述密封环4下部具有与该台阶上部的锥形结构配合的凸起7，该凸起7的一侧与圆柱形套管1贴合，另一侧与锥形结构贴合，即密封环4下部的凸起7延伸至锥形结构与圆柱形套管1之间形成的空隙内。通过该锥形结构的设计，在气体压力的作用下，更利于通过卡瓦2和位于密封环4下方的台阶6的挤压，提高密封环4的两侧分别与悬挂腔5内壁、圆柱形套管1外壁的贴合程度，进一步提高密封性。
在一些实施例中，上述套管头3上端设有与上述悬挂腔5连通的注脂孔，用于向上述悬挂腔5内注入树脂，通过注入树脂，树脂流入悬挂腔5的空隙内，在该空隙内凝固，形成密封件，能够进一步提高悬挂结构的密封性。
因此，在一些实施例中，上述悬挂腔5内还具有由注入树脂形成的密封件。
在一些实施例中，上述密封环4为金属材质，例如可以是软金属材质，
上述圆柱形套管1可以是短套管，具体地，在一些实施例中，上述圆柱形套管1的长度可以为2-5m。
本发明的另一方面，还提供一种石油钻井井口套管的悬挂方法，包括：将卡瓦2、密封环4套设在圆柱形套管1外侧，并使密封环4位于卡瓦2的下方；将套设有卡瓦2和密封环4的圆柱形套管1下放至套管头3的悬挂腔5内，并使密封环4压合在位于悬挂腔下部的台阶6上，获得上述的悬挂结构，实现套管悬挂。
本发明的悬挂方法，先对圆柱形套管1的外壁进行曲面精加工，提高圆柱形套管1外壁的圆度，以使得后续卡瓦2上的卡瓦牙能更加均匀地咬合圆柱形套管1，将卡瓦2和密封环4套设在圆柱形套管1外侧；根据坐挂吨位，设计好套管下放长度，即下放套管到达回接套管密封面上，将套管放置在转盘面上，然后进行固井水泥浆体施工，待水泥上返至井口或预定高度时，对套管头内壁、卡瓦和密封环进行清洁，避免大而硬的颗粒物粘附在表面上，影响密封效果；通过提升装置将圆柱形套管1稍稍上提，去掉转盘面上的套管吊卡，逐渐下放套管，卡瓦2和密封环4随着套管下移，进入套管头3的悬挂腔5内，密封环4下方的凸起7坐到套管头3下部的台阶上，该凸起7的一侧与圆柱形套管1贴合，另一侧与台阶的锥形结构贴合，在重力作用下，卡瓦2外壁上的卡瓦牙对套管头的悬挂腔5进行咬合，实现圆柱形套管1、卡瓦2、密封环4以及套管头3的紧密贴合，然后向套管头3上端的注脂孔内注入树脂，在法兰螺栓孔8中加入螺栓，完成悬挂结构的坐挂，同时实现密封环的金属密封与套管头的树脂密封。
Claims (10)
1.一种石油钻井井口套管悬挂结构，其特征在于，包括：圆柱形套管、卡瓦、套管头和密封环，所述套管头设有悬挂腔，所述圆柱形套管贯穿所述悬挂腔；所述卡瓦位于所述悬挂腔内并套设在所述圆柱形套管外侧，且咬合所述圆柱形套管，实现对所述圆柱形套管的悬挂；所述套管头还设有位于所述悬挂腔下部的台阶，所述卡瓦位于所述台阶上部，所述密封环位于所述台阶和卡瓦之间，且所述密封环的一侧与悬挂腔内壁接触，另一侧与所述圆柱形套管外壁接触，实现对悬挂腔内壁与圆柱形套管之间的密封。
2.根据权利要求1所述的悬挂结构，其特征在于，所述卡瓦具有用于套设所述圆柱形套管的通孔，所述通孔内壁上设有呈倒刺结构的卡瓦牙，且所述卡瓦牙呈螺旋状均匀分布于所述通孔内壁上，所述卡瓦通过所述卡瓦牙咬合所述圆柱形套管。
3.根据权利要求1所述的悬挂结构，其特征在于，所述卡瓦具有用于套设所述圆柱形套管的通孔，所述通孔的半径由上至下逐渐减小，所述圆柱形套管的外径由上至下逐渐增大。
4.根据权利要求1或3所述的悬挂结构，其特征在于，所述密封环的内径由上至下逐渐减小。
5.根据权利要求1所述的悬挂结构，其特征在于，所述台阶下部与所述圆柱形套管贴合，所述台阶上部为表面呈弧面的锥形结构，所述锥形结构与所述圆柱形套管之间存在空隙，所述密环下部具有与所述台阶上部的锥形结构配合的凸起，所述凸起的一侧与圆柱形套管贴合，另一侧与锥形结构贴合。
6.根据权利要求1所述的悬挂结构，其特征在于，所述套管头上端设有与所述悬挂腔连通的注脂孔，用于向所述悬挂腔内注入树脂。
7.根据权利要求6所述的悬挂结构，其特征在于，所述悬挂腔内还具有由所述注入树脂形成的密封件。
8.根据权利要求1所述的悬挂结构，其特征在于，所述密封环为金属材质。
9.根据权利要求1所述的悬挂结构，其特征在于，所述圆柱形套管的长度2-5m。
10.一种石油钻井井口套管的悬挂方法，其特征在于，包括：
将卡瓦、密封环套设在圆柱形套管外侧，并使密封环位于卡瓦的下方；
将套设有卡瓦和密封环的圆柱形套管下放至套管头的悬挂腔内，并使密封环压合在位于悬挂腔下部的台阶上，获得权利要求1-8任一项所述的悬挂结构，实现套管悬挂。
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