CN116537733B - 一体化井口装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井口装置技术领域，提供一种一体化井口装置，包括自下而上顺序连接的套管头本体、升高法兰以及完井法兰，套管头本体具有第一内腔，第一内腔的上下端分别密封连接有第一悬挂器总成和第二悬挂器总成；升高法兰具有第二内腔；完井法兰上具有介质输出孔；套管头本体下部连接有换热介质注入端，上端连接有排气端，换热介质注入端和排气端分别与环空相连通；通过环空、内管、第二内腔以及介质输出孔形成注入流体的流出密闭流道，以此实现单井的同注同采功能，可直接通过注入换热介质，换热介质直接通过流出密闭流道实现换热介质的流出，尤其能够快速适用于废弃井或闲置地热井的循环换热，整体技术方案实施便捷，能够快速完成改造装配。

Description

一体化井口装置

技术领域

本发明涉及井口装置技术领域，尤其涉及一种新老井通用的一体化井口装置。

背景技术

井口装置通常是用于安装在石油、天然气、地热钻井的井口处，用于控制气、液流体压力和方向。例如常规的采油树或采气树等。

在废弃油气井和闲置地热井的井内往往具有大量的地热能，为了利用钻井中大量的地热能，通常采用深井循环换热技术，这种技术方案具有绿色低碳，应用性强、稳定性好的特点。

而现有的深井循环换热技术通常为新钻井，对于老井或废弃井并不适用，而新钻井成本高，且使得现存的大量废弃旧井无法得到利用，使得井的利用率低。

发明内容

本发明提供一种一体化井口装置，用以解决现有技术中对于废弃油气井中地热能利用困难的缺陷。

本发明提供一种一体化井口装置，包括：自下而上顺序连接的套管头本体、升高法兰以及完井法兰；

所述套管头本体限定有第一内腔，所述第一内腔的上端密封连接有第一悬挂器总成，所述第一内腔的下端密封连接有第二悬挂器总成；

所述升高法兰限定有第二内腔，所述第二内腔与所述第一悬挂器总成连通；

所述完井法兰上具有介质输出孔，所述介质输出孔与所述第二内腔连通；

其中，所述第一悬挂器总成能够与井内的内管密封连接，以使所述内管穿越所述第一内腔并在所述内管四周形成环空，所述套管头本体上连接有换热介质注入端和排气端，所述换热介质注入端和所述排气端分别于所述环空相连通，且所述排气端位于所述换热介质注入端的上方。

根据本发明提供的一体化井口装置，还包括连接在所述套管头本体下端的底座总成，所述底座总成被构造为适于为所述套管头本体提供支撑。

根据本发明提供的一体化井口装置，所述完井法兰上设有电缆穿越孔、光纤穿越孔和取样孔，所述电缆穿越孔和所述光纤穿越孔中分别配置有密封组件，所述取样孔中连接有密封堵头。

根据本发明提供的一体化井口装置，所述第一悬挂器上还构造有多个用于线束密封穿越的穿越通道，以使线束能够通过所述穿越通道进入到所述环空区域内。

根据本发明提供的一体化井口装置，靠近所述第二悬挂器总成一端的所述套管头本体内配置有多个中间密封圈，所述中间密封圈之间设有注脂单流阀，以通过所述注脂单流阀注入密封材料实现所述套管头本体与表层套管之间的密封。

根据本发明提供的一体化井口装置，所述底座总成包括底座托架和底板，所述底板与所述底座托架连接，且所述底座托架具有能够容纳表层套管的腔体。

根据本发明提供的一体化井口装置，所述套管头本体的上部具有多个适于固定所述第一悬挂器总成的顶丝。

根据本发明提供的一体化井口装置，所述第一悬挂器总成为芯轴式悬挂器，所述第二悬挂器总成为卡瓦式悬挂器。

根据本发明提供的一体化井口装置，所述第二悬挂器总成包括卡瓦以及适于支撑所述卡瓦的托体，所述卡瓦配置为通过所述托体固定于所述套管头本体的下端。

根据本发明提供的一体化井口装置，所述托体的内壁上具有倒阶梯锥面，对应的所述卡瓦的外壁构造有配合阶梯锥面，以使所述托体和所述卡瓦锥面配合限位。

通过上述任一的实施例，本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的一种一体化井口装置，通过本发明的井口装置装配于井口位置，通过环空、内管、第二内腔以及介质输出孔形成注入流体的流出密闭流道，以此实现单井同注同采的循环换热功能，这使得在需要进行地热能利用时，直接通过注入换热介质，换热介质直接通过流出密闭流道实现换热介质的流出，不再需要通过单独钻井工作和独立的开采和注入通道，使其能够适用于新、旧井的循环换热。尤其在废弃油气井利用时，可通过直接套接装配的方式实现井下地热能的利用，整体技术方案实施便捷，制作成本低，能够快速完成改造装配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有油气井的井口位置处管件的结构示意图；

图2是本发明提供的井口装置的结构示意图；

图3是本发明提供的完井法兰端面的结构示意图；

图4是本发明提供的套管组件的结构示意图；

图5是本发明提供的第一悬挂器总成的结构示意图；

图6是本发明提供的第二悬挂器总成的结构示意图；

图7是本发明提供的井口装置连接到井口处循环换热的示意简图。

附图标记：

1：密封堵头；2：光纤穿越孔；3：电缆穿越孔；4：介质输出孔；5：完井法兰；6：升高法兰；6-1：第二内腔；7：第一悬挂器总成；8：套管头本体；8-1：环空；9：注脂单流阀；10：中间密封圈；11：排气端；11-1：排气阀；12：第二悬挂器总成；13：底座总成；14：顶丝；15：换热介质注入端；15-1：阀门；16：环形槽；17：穿越通道；18：台阶面；19：丝扣；20：卡瓦；21：托体；22：螺纹通孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“底部”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“配置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。此外，本申请中的术语“多个”指代为两个或两个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“具体的实施例”、“一些实施例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

一些现有的实施例中，在油气井中需要在井口位置进行套管程序以形成油气井的井口，在油气井套管程序中具有最外层的表层套管B以及在表层套管B内部能够伸入到井底。的内管A（或称油管），通常的现有实施例中，在内管顶端的井口位置设置采油树等井口装置进行油气的采集。而对于现有已现存的大量闲置井其地热能够利用困难。基于此，本发明能够提供一种适于地热能利用的一体化井口装置。

下面结合图2-图4描述本发明的一体化井口装置，尤其构造为适于废弃油气井的井口适用装置，并能够通过该井口装置实现循环换热。包括自下而上顺序连接的套管头本体8、升高法兰6以及完井法兰5，套管头本体8限定有第一内腔，第一内腔的上端密封连接有第一悬挂器总成7，第一内腔的下端密封连接有第二悬挂器总成12；升高法兰6限定有第二内腔6-1，第二内腔6-1与第一悬挂器总成7连通；完井法兰5上具有介质输出孔4，介质输出孔4与第二内腔6-1连通；其中，第一悬挂器总成7能够与井中的内管A密封连接，以使内管A穿越所述第一内腔并在第一内腔的四周配合形成环空8-1，套管头本体8上连接有换热介质注入端15和排气端11，换热介质注入端15和排气端11分别与环空8-1相连通，且排气端11位于换热介质注入端15的上方。

如图2所示，顺序连接套管头本体8、升高法兰6以及完井法兰5相互之间为密封连接，该密封连接通过在连接的面上设置密封圈实现，例如，完井法兰5与升高法兰6之间通过螺栓连接，在完井法兰5与升高法兰6的连接面之间设有橡胶密封圈，通过密封圈实现连接面之间的密封。同理，套管头本体8与升高法兰6的连接面之间也是同样的密封结构。且上下顺序连接的完井法兰5、升高法兰6和套管头本体8同轴配置。具体的示例中，第一悬挂器与套管头本体8之间是同轴配置的，第二悬挂器与套管头本体8之间也是同轴配置的，这使得整个井口装置为同轴式井口装置。

升高法兰6具有两端的法兰端面，两端法兰端面通过中部管体结构连接，管体结构限定有第二内腔6-1；套管头本体8的整体为管状结构，故内部限定有第一内腔，第一悬挂器总成7与连接在第一内腔的上端并与第一内腔的内壁密封连接，使得第一悬挂器总成7将第一内腔和第二内腔6-1分割开来；在工作状态时，井口装置连接有钻井的井口位置，在连接时，井中的内管A与第一悬挂器总成7密封连接，这就使得第一内腔中除了内管A以外的区域形成环空8-1，而整个井口装置在连接到油气井的井口时与凸出与地面的套管部分也是密封连接的，这就使得环空8-1区域为密闭的空间。

上述实施例中，靠近第二悬挂器总成12一端的套管头本体8内配置有多个中间密封圈10，中间密封圈10与表层套管之间设有注脂单流阀9，以通过注脂单流阀9注入密封材料实现中间密封圈10之间的密封，进而实现环空8-1与表层套管内部的流道空间的密封，以使得注入的换热介质由环空8-1区域进入到表层套管内部的流道空间中。具体的示例中，至少具有两个中间密封圈10，在两个中间密封圈10之间的套管头本体8上加工有益注脂孔，在注脂孔内配置由注脂单流阀9使其通过该单流阀注入脂类密封材料实现环空8-1的密封。

在井口装置装配时，将原有井口处的内管A与第一悬挂器总成7通过丝扣19螺纹连接，实现内管与第一悬挂器总成7的密封连接，而井口处的表层套管B通过中间密封圈10以及注脂单流阀9实现表层套管B外壁与套管头本体8下端的密封连接。由此，套管头本体8内的环空8-1密闭，环空8-1仅与表层套管内部的流道空间连通。

可以理解的是，如图4、图7所示，其中图7中的箭头表示换热介质的流动方向。环空8-1与换热介质注入端15和排气端11分别连通，排气端11用于排出混入环空8-1中的气体，这使得环空8-1内能够持续注入换热介质，而换热介质能够沿内管A的外壁朝井下注入，注入的换热介质在与地热能换热后通过内管A内部的流道进入到第一内腔中，而完井法兰5上设有介质输出孔4，以通过介质输出孔4实现换热介质的输出，以形成了循环换热流道，以实现了单井的同采同注。

进一步地，如图1所述，换热介质注入端15具有两个注入端口，每一换热介质注入端15上设置有阀门15-1，用于开关和控制注入换热介质的灌液速度，对于换热介质可以是任意的能够换热的流体。优选地，在本实施例中采用水作为换热介质。对应在排气端11上也设置有排气阀11-1。具体的示例中，换热介质注入端15配置在套管头本体8的底部，排气端11配置在套管头本体8的上部。

如图5所示，具体的示例，第一悬挂器外壁上构造有台阶面18，对应在套管头本体8上端的内壁上加工有与台阶面18能够配合的限位台阶，使得第一悬挂器能够连接在套管头本体8限定的第一内腔中。进一步地，对于第一悬挂器与套管头本体8之间的密封连接可以不作限定，例如可以是密封螺纹连接，也可以是其他密封连接结构。优选地，在第一悬挂器的外壁上加工有多个用于连接密封圈的环形槽16，通过在每一环形槽16内装设密封圈使得第一悬挂器与套管头本体8的内壁之间的连接为密封连接，且密封圈的方式便于拆卸，并能够利用换热过程中热胀效应使得密封效果更好。

进一步地，通过上述实施例可知，第一悬挂器的底端通过限位台阶装设于第一内腔中，而在第一悬挂器的顶部则通过顶丝14进行固定，对于顶丝14的数量不进行限定，多个顶丝14配置在套管头本体8的上部，通过转动顶丝14使得顶丝14与第一悬挂器抵接，多个顶丝14使得第一悬挂器的顶端固定于套管头本体8内。具体的示例中，在套管头本体8的上部的周向均布有四个径向螺纹孔，在四个螺纹孔内分别配置有顶丝14，四个顶丝14分别位于第一悬挂器的四个对称方向，以对第一悬挂器进行固定。

一些实施例，还包括连接在套管头本体8下端的底座总成13，底座总成13被构造为适于为套管头本体8提供支撑，并能够支撑整个井口装置。底座总成13能够为整个上部的各部件提供支撑，使得井口装置能够设置在井口位置的地面上，便于在闲置井的井口进行快捷装配。

工作状态时，底座总成13能够容纳表层套管B，使得表层套管B位于底座中的腔体内，且本发明的井口装置在进行装配时，能够直接通过第二悬挂器总成12直接与井口的表层套管B锁紧连接，并通过中间密封圈10以及注脂单流阀9实现密封，使得在废弃旧井中也能够快速进行循环换热。需要理解的是，即使能够利用现有的深井循环换热技术对现存的钻井进行改造，但其改造也需要对现存的井口装置进行全面改造，这无疑会加大工作难度，使得改造成本过高。而通过本发明的井口装置，能够与现有的井口处的表层套管快速进行结合，整体难度较小，装配便捷，成本低廉。

底座总成13包括底座托架和底板，底座托架具有能够容纳表层套管B的腔体，底板与底座托架连接。具体地，底座托架四周设有螺纹孔，对应的底板四周也设有螺纹孔，底板和底座托架通过长螺栓组进行连接，腔体的尺寸略大于表层套管B的尺寸配。在井口装置装配时，表层套管B能够穿越腔体，使得表层套管B位于底座托架的中心位置，并使得表层套管通过第二悬挂器总成12锁紧连接。

如图3所示，一些具体的示例，在完井法兰5上设有电缆穿越孔3、光纤穿越孔2和取样孔，电缆穿越孔3和光纤穿越孔2中分别配置有密封组件，取样孔中连接有密封堵头1。

电缆穿越孔3中配置有密封组件，该密封组件能够使得电缆穿越完井法兰5且穿越的电缆与完井法兰5之间是密封连接，该密封组件可以是现有的电缆穿越器，也可以是通过密封材质等结构组成的密封组件；具体根据实际需求进行选择。电缆穿越孔3使得电缆能够由外部输入到升高法兰6限定的第二内腔6-1中。同理，光纤穿越孔2中配置有密封组件，通过密封组件使得光纤能够穿越完井法兰5，且与穿越的光纤与完井法兰5之间是密封连接的。

密封堵头1通过螺纹或其他可拆卸的密封连接方式连接在完井法兰5上，使其能够通过取出密封堵头1以通过取样孔实现取样和观测。

在第一悬挂器总成7的本体上加工有多个用于线束密封穿越的穿越通道17，使得通过完井法兰5输入的线束能够通过穿越通道17进入到井下，以传输电能或传输信号，电缆和光纤用于对井下电潜泵等设备提供电能以及输入输出控制信号。具体地，在第一悬挂器总成7上设有与完井法兰5上的光纤穿越孔2相对应的光纤穿越通道17，光纤通过穿越通道17进入到环空8-1区域中，并由内管A进入到井底。随内管A一同进入井下，完成环空8-1内数据检测采集，电缆穿越孔3通过连接井下电潜泵组从内管A内部下入到设计位置。

具体的示例，第一悬挂器总成7为芯轴式悬挂器，第二悬挂器总成12为卡瓦式悬挂器。当然，对于第一悬挂器总成7和第二悬挂器总成12的类型选择可以根据实际需要进行更换或调整。

其中，卡瓦式悬挂器在连接到套管头本体8的下端时，是通过倒置的形式进行装设的，这使得卡瓦式悬挂器连接到套管头本体8上时形成倒卡瓦式悬挂器结构，通过卡瓦式悬挂器将表层套管进行锁紧，使得表层套管固定于套管头本体8内。

如图6所示，卡瓦式悬挂器包括卡瓦20以及适于支撑卡瓦的托体21，卡瓦20与托体21为分体式结构，卡瓦20配置为通过托体21固定于套管头本体8的下端。托体21固定连接在套管头本体8的下端，而卡瓦20通过托体21的固定连接使其限定于套管头本体8下端中。

具体地，托体21的内壁上具有倒阶梯锥面，对应的卡瓦20的外壁构造有配合阶梯锥面，以使托体21和卡瓦20锥面配合。

托体21通过螺栓连接到套管头本体8下端，且套管头本体8下端具有一沉台，由于托体21在紧固的过程中向上移动，使得托体21的倒阶梯锥面与卡瓦20外壁的配合阶梯锥面接触配合，使得卡瓦20在轴向限定。而由于锥面的接触配合进而逐步形成为过盈配合，使得卡瓦20的周向限定。这种分体结构的方式能够更好地适用于换热过程中的热膨胀。

进一步地，卡瓦20内部为空腔结构，卡瓦20悬挂器内壁四周为闭合性卡瓦20牙，牙尖宜尖锐，卡瓦20牙通过托体21在向上的移动过程中逐步收拢将表层套管B固定锁紧，托体21的向上移动过程也就是托体21通过螺栓固定到套管头本体8下端的连接过程。继续如图6所示，具体的示例中，托体21的四周设置有螺纹通孔22，螺栓穿过螺纹通孔22连接到套管头本体8的下端面上，以通过螺栓将卡瓦式悬挂器固定到套管头本体8下端。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明的实施例中，井口装置的装配，使得内管A外部的第一内腔形成环空8-1，通过环空8-1、内管A、第二内腔6-1以及介质输出孔4形成注入流体的流出密闭流道，以此能够实现单井的同注同采；与环空8-1连通有排气端11，通过排气端11能够排出混入环空8-1内的气体，以使得换热介质注入端15能够持续注入，实现循环换热功能；进一步，通过第二悬挂器与表层套管B的管体锁紧固定以及中间密封圈10的密封，使其能够直接装配于井口的管组件上，这使得本发明能够便捷适于废弃井口以及闲置井口上；进一步，本发明的完井法兰5的端面设置有光纤穿越孔2、电缆穿越孔3、出水孔、取样孔，外部光纤可以从完井法兰5中心孔进入主筒体内，沿内管A外壁穿越芯轴式悬挂器总成随内管A一同进入井下，完成全井筒内温度数据监测采集；完井法兰5上端连接观察孔堵头，可用于取样和观测等使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种一体化井口装置，其特征在于，包括：自下而上顺序连接的套管头本体、升高法兰以及完井法兰；

所述套管头本体限定有第一内腔，所述第一内腔的上端密封连接有第一悬挂器总成，所述第一内腔的下端密封连接有第二悬挂器总成；

所述升高法兰限定有第二内腔，所述第二内腔与所述第一悬挂器总成连通；

所述完井法兰上具有介质输出孔，所述介质输出孔与所述第二内腔连通；

其中，所述第一悬挂器总成能够与井内的内管密封连接，以使所述内管穿越所述第一内腔并在所述内管四周形成环空，所述套管头本体上连接有换热介质注入端和排气端，所述换热介质注入端和所述排气端分别于所述环空相连通，且所述排气端位于所述换热介质注入端的上方；

所述第二悬挂器总成包括卡瓦以及适于支撑所述卡瓦的托体，所述卡瓦配置为通过所述托体固定于所述套管头本体的下端；所述托体的内壁上具有倒阶梯锥面，对应的所述卡瓦的外壁构造有配合阶梯锥面，以使所述托体和所述卡瓦的锥面配合限位。

2.根据权利要求1所述的一体化井口装置，其特征在于，还包括连接在所述套管头本体下端的底座总成，所述底座总成被构造为适于为所述套管头本体提供支撑。

3.根据权利要求1或2所述的一体化井口装置，其特征在于，所述完井法兰上设有电缆穿越孔、光纤穿越孔和取样孔，所述电缆穿越孔和所述光纤穿越孔中分别配置有密封组件，所述取样孔中连接有密封堵头。

4.根据权利要求3所述的一体化井口装置，其特征在于，所述第一悬挂器上还构造有多个用于线束密封穿越的穿越通道，以使线束能够通过所述穿越通道进入到所述环空区域内。

5.根据权利要求3所述的一体化井口装置，其特征在于，靠近所述第二悬挂器总成一端的所述套管头本体内配置有多个中间密封圈，所述中间密封圈之间设有注脂单流阀，以通过所述注脂单流阀注入密封材料实现所述套管头本体与表层套管之间的密封。

6.根据权利要求2所述的一体化井口装置，其特征在于，所述底座总成包括底座托架和底板，所述底板与所述底座托架连接，且所述底座托架具有能够容纳表层套管的腔体。

7.根据权利要求3所述的一体化井口装置，其特征在于，所述套管头本体的上部具有多个适于固定所述第一悬挂器总成的顶丝。

8.根据权利要求3所述的一体化井口装置，其特征在于，所述第一悬挂器总成为芯轴式悬挂器，所述第二悬挂器总成为卡瓦式悬挂器。