CN117072104B - 一种油井套管头 - Google Patents

Abstract

一种油井套管头，涉及井口装置技术领域，包括套管头本体，套管头本体内设置有套管悬挂器，与套管悬挂器连接的套管的上端沿着周向均匀的设置有缺口A，缺口A处对应的套管悬挂器沿着周向均匀的设置有插孔，在插孔内滑动密封插装有插块，插块的外形尺寸小于缺口A，所述的顶丝的数量与插块的数量相等，且每个顶丝与一个插块位置相对，顶丝端部的锥面与插块端部的斜面配合，从而在顶丝旋进过程中对插块形成向下的压力，顶丝将插块压紧的状态下，顶丝的端部伸入到插孔内，顶丝上方的套管头本体内设置有刚性顶套。本发明解决了套管上窜的问题，且能够限制套管的转动，能够降低井口泄露故障，同时有利于井下工具的使用。

Description

一种油井套管头

技术领域

本发明属于井口装置技术领域，尤其涉及一种油井套管头。

背景技术

套管头主要用于悬挂和密封套管柱，并通过侧出口进行泥浆循环、固井、测试等作业,套管悬挂器位于套管头内，一般来讲，套管悬挂器下部的直径大于套管头内径，这样套管悬挂器就可以卡在套管头内，且在卡接处套管悬挂器与套管头内壁设置密封装置。套管悬挂器的下端与套管连接，由于井内压力变化，亦或热胀冷缩的温度变化，都会引起套管上窜，套管的上窜会带动套管悬挂器一同上窜，使套管悬挂器与套管头卡接处的密封失效。在现实使用中，为了避免套管悬挂器上窜，一般套管悬挂器的上部带有斜面，在套管头上设置有端部为锥面的顶丝，顶丝的锥面压在套管悬挂器的斜面上，限制套管悬挂器上窜。实际生产中，套管头上窜的力比较大，顶丝难以限制套管悬挂器，经常发生顶丝顶弯或顶断的情况，最终从顶丝与套管头的密封处发生泄露，酿成事故。

现有的连接油管管柱的井下工具的种类和工作方式有很多，比如一些油管锚在工作过程中需要旋转管柱，前提是借助套管管柱不动，但是套管与固井水泥之间实质存在套管缝隙，套管是会发生转动的，现有套管头内的套管悬挂器无法保证套管管柱不转动，从而无法满足与油管管柱连接的井下工具的相对套管转动的动作需求。

发明内容

为了解决顶丝难以限制套管悬挂器上窜的问题，以及解决套管管柱不发生转动的问题，本发明提供一种油井套管头，确保顶丝能够压住套管悬挂器，且不发生弯曲和断裂，而且本发明能够限制套管转动。

本发明提供的技术方案是：一种油井套管头，包括套管头本体，套管头本体内设置有套管悬挂器，套管悬挂器的下部与套管头本体内壁密封配合，套管悬挂器的下端与套管连接，套管头本体的侧面设置有顶丝，顶丝与套管头本体密封配合，位于套管头本体内侧的顶丝端部为锥面，套管头本体的上端设置有过渡法兰，过渡法兰与套管头本体通过螺栓密封连接，所述的套管悬挂器的上部伸入到过渡法兰内并且套管悬挂器的外侧与过渡法兰密封配合；与套管悬挂器连接的套管的上端沿着周向均匀的设置有缺口A，缺口A贯穿套管内外；缺口A处对应的套管悬挂器沿着周向均匀的设置有插孔，插孔贯穿套管悬挂器内外，在插孔内滑动密封插装有插块，插块的外形尺寸小于缺口A，所述的顶丝的数量与插块的数量相等，且每个顶丝与一个插块位置相对，靠近顶丝的插块的一端带有斜面，顶丝端部的锥面与插块端部的斜面配合，从而在顶丝旋进过程中对插块形成向下的压力，顶丝将插块压紧的状态下，顶丝的端部伸入到插孔内，能起到顶丝限制套管悬挂器转动的作用；顶丝上方的套管头本体内设置有刚性顶套，刚性顶套的下端抵在顶丝上，刚性顶套的上端抵在过渡法兰上，刚性顶套大幅分担了顶丝所承受的上顶力，从而基本规避了顶丝顶弯、顶断的情况。

进一步的技术方案是：所述的缺口A的圆心角为26度，缺口A的数量为7个；插块的圆心角为20度；插块的数量为9个；该设计保证至少有一个插块能够插入到缺口A内。

进一步的技术方案是：所述的刚性顶套的下端沿着周向带有弧形的缺口B，缺口B的数量与顶丝数量相同，缺口B的形状与顶丝的外形相匹配，缺口B能够增加刚性顶套与顶丝的接触面积，避免顶伤或变形。

进一步的技术方案是：所述的插孔为中间带有缩径段的孔，所述的插块分为两节，根据相对套管悬挂器的位置分别称之为内节和外节，内节和外节固定连接，内节和外节分别与插孔滑动密封配合，外节与插孔的缩径段之间设置有弹簧，在弹簧的作用下，插块具有向套管悬挂器外滑动的趋势。

进一步的技术方案是：与顶丝靠近的插孔的端部为喇叭状结构，从而避免顶丝伸入过深时伤害顶丝端部的锥面。

进一步的技术方案是：所述的套管上端固定连接有承转套，所述的缺口A位于承转套上。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

1.本发明的顶丝向下压紧套管悬挂器时，会伸入到套管悬挂器上的插孔内，顶丝限制套管悬挂器的转动；套管悬挂器的插孔内滑动插装的插块至少有一个能够插入到缺口A内，插块限制套管的转动，可见本发明限制了套管的转动，使得与油管管柱连接的井下工具能够借助套管固定不动的前提条件，发挥自身依靠旋转完成动作的功能。

2.本发明顶丝上方的刚性顶套分担了套管上顶力，能够避免顶丝顶弯、顶断，同时刚性顶套又不影响顶丝正常的旋进，不影响顶丝将套管悬挂器向下压紧；因此设置刚性顶套以后，能够一定程度的避免套管悬挂器上窜，能够避免套管悬挂器下部与套管头本体内侧之间的密封失效，能够降低泄露事故率。

3.在连接套管与套管悬挂器时，无论套管与套管悬挂器的呈现任何方位角，都会有至少一个插块能够伸入到缺口A中，因此，降低了套管悬挂器和套管连接处的加工制造难度。

附图说明

图1是本发明整体的剖面图。

图2是本发明中刚性顶套的剖面图。

图3是本发明中套管上端的剖面图。

图4是本发明中套管悬挂器与套管位置关系的俯视图一。

图5是本发明中套管悬挂器与套管位置关系的俯视图二。

图6是本发明中套管悬挂器与套管位置关系的俯视图三。

图7是本发明中插块处的局部视图。

图中：1、过渡法兰；2、套管悬挂器；3、刚性顶套；4、套管；5、插块；6、顶丝；7、缺口B；8、缺口A；9、插孔；10、内节；11、缩径段；12、弹簧；13、外节；14、套管头本体。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例包括套管头本体14，套管头本体14内设置有套管悬挂器2，套管悬挂器2的下部与套管头本体14内壁密封配合，套管悬挂器2的下端与套管4连接，套管头本体14的侧面设置有顶丝6，顶丝6与套管头本体14密封配合，位于套管头本体14内侧的顶丝6端部为锥面，套管头本体14的上端设置有过渡法兰1，过渡法兰1与套管头本体14通过螺栓密封连接，所述的套管悬挂器2的上部伸入到过渡法兰1内并且套管悬挂器2的外侧与过渡法兰1密封配合；以上为现有技术中已经存在的技术特征，在此不再赘述。

本实施例的创新点在于：与套管悬挂器2连接的套管4的上端沿着周向均匀的设置有缺口A8，缺口A8贯穿套管4内外；或者也可以在套管4的上端固定连接一个承转套，缺口A8设置在承转套上。缺口A8的数量有7个，缺口的圆心角为26度。缺口A8处对应的套管悬挂器2沿着周向均匀的设置有插孔9，插孔9贯穿套管悬挂器2的内外，插孔9的数量有9个，在每个插孔9内滑动密封插装有一个插块5，插块5的圆心角为20度，插块5的外形尺寸小于缺口A8，当插块5与缺口A8对位后，插块5能够插入到缺口A8内，以限制套管4转动。

若将插孔9数量设置成与缺口A8数量相同，那么旋紧套管4与套管悬挂器2时，就必须保证缺口A8和插块5一一对位，显然这对加工制造提出了非常严格和精细的要求，在大面积生产和不同生产厂商供货的情况下，这样严格和精细的要求显得非常不切合实际，为了实现插块5对缺口A8的插接，本发明将插孔9的数量设计成为9个，而缺口A8的数量设计成为7个，如图4-图6所示，在假设套管悬挂器2不转动的情况下，图4是本发明中套管悬挂器2与套管4位置关系的俯视图一，此时有一个插块5（将该插块5命名为第一个插块5）正好插入到其中一个缺口A8的中央，限制套管4转动，由于缺口A8的圆心角是26度，而插块5的圆心角是20度，所以二者之间有±3度的活动空间；假设套管4相对套管悬挂器2逆时针方向转动，那么只要转动角度小于3度，第一个插块5都能够插入到缺口A8中；图5是本发明中套管悬挂器2与套管4位置关系的俯视图二，在图5中可以看出，套管悬挂器2不转动，套管4只逆时针转动了2.74度就有另一个插块5（将该插块5命名为第五个插块5）能够插入到缺口A8中，套管4转动角度大于2.74度，小于3度时，第一个插块5和第五个插块5都能够插入到缺口A8中，可见，插块5插入缺口A8中有中间衔接角度区间，确保始终会有插块5插入缺口A8中；套管4转动角度大于3度，小于8.74度（2.74度+6度=8.74度）时，第五个插块5能够插入到缺口A8中；图6是本发明中套管悬挂器2与套管4位置关系的俯视图三，在图6中可以看出，套管悬挂器2依然不转动的情况下，套管4逆时针转动到8.45度时，再有另一个插块5（将该插块5命名为第九个插块5）正好能够插入到缺口A8中，套管4转动角度大于8.45度，小于8.74度时，第五个插块5和第九个插块5都能够插入到缺口A8中，套管4转动角度大于8.74度，小于14.45度（8.45度+6度=14.45度）时，第九个插块5能够插入到缺口A8中，以此类推，就会发现，套管4与套管悬挂器2旋紧后，无论套管4相对套管悬挂器2的位置如何，都至少会有一个插块5能够插入到缺口A8中，插块5限制套管4的转动是能够得到保证的。

所述的顶丝6的数量与插块5的数量相等，且每个顶丝6与一个插块5位置相对，靠近顶丝6的插块5的一端带有斜面，顶丝6端部的锥面与插块5端部的斜面配合，从而在顶丝6旋进过程中对插块5形成向下的压力，顶丝6将插块5压紧的状态下，顶丝6的端部伸入到插孔9内，对套管悬挂器2的转动进行了限制，可见，本发明顶丝6既可以起到下压套管悬挂器2，限制其上窜的作用，又可以起到限制套管悬挂器2转动的作用。由于顶丝6的直径大于插孔9，因此需要将插孔9的端部加工为喇叭状结构，从而避免顶丝6伸入过深时伤害顶丝6端部的锥面。

现有技术中，顶丝6材质的选用，是利弊权衡后的选择，若选用硬度大的材质，则脆性大，顶丝6较容易顶断，若选用韧性大的材质，则硬度不够，顶丝6较容易顶弯。为了解决顶丝6顶断、顶弯的问题，顶丝6上方的套管头本体14内设置有刚性顶套3，刚性顶套3的下端抵在顶丝6上，刚性顶套3的上端抵在过渡法兰1上，刚性顶套3大幅分担了顶丝6承受的上顶力，通过这样简单又合理的设计，基本规避了顶丝6顶断、顶弯的问题；同时，刚性顶套3又不影响顶丝6正常的旋进，不影响顶丝6将套管悬挂器2向下压紧。顶丝6可靠的情况下，套管悬挂器2不会上窜，套管悬挂器2下部与套管头本体14之间密封不会失效，发生井口泄露的概率将减小。刚性顶套3的下端沿着周向带有弧形的缺口B7，缺口B7的数量与顶丝6数量相同，缺口B7的形状与顶丝6的外形相匹配，缺口B7能够增加刚性顶套3与顶丝6之间的接触面积，从而降低顶伤的情况。

如图7所示，插孔9为中间带有缩径段的孔，插块5分为两节，根据相对套管悬挂器2的位置分别称之为内节10和外节13，内节10和外节13固定连接，内节10和外节13分别与插孔9滑动密封配合，所述的斜面位于外节13的端部，缩径段11限制内节10和外节13滑动的最大行程，外节13与插孔9的缩径段11之间设置有弹簧12，在弹簧12的作用下，整个插块5具有向套管悬挂器2外滑动的趋势，这样能够避免在连接套管4时，插块5误插入到缺口A8中。

Claims (5)

1.一种油井套管头，包括套管头本体（14），套管头本体（14）内设置有套管悬挂器（2），套管悬挂器（2）的下部与套管头本体（14）内壁密封配合，套管悬挂器（2）的下端与套管（4）连接，套管头本体（14）的侧面设置有顶丝（6），顶丝（6）与套管头本体（14）密封配合，位于套管头本体（14）内侧的顶丝（6）端部为锥面，套管头本体（14）的上端设置有过渡法兰（1），过渡法兰（1）与套管头本体（14）通过螺栓密封连接，所述的套管悬挂器（2）的上部伸入到过渡法兰（1）内并且套管悬挂器（2）的外侧与过渡法兰（1）密封配合；其特征在于：与套管悬挂器（2）连接的套管（4）的上端沿着周向均匀的设置有缺口A（8），缺口A（8）贯穿套管（4）内外；缺口A（8）处对应的套管悬挂器（2）沿着周向均匀的设置有插孔（9），插孔（9）贯穿套管悬挂器（2）内外，在插孔（9）内滑动密封插装有插块（5），插块（5）的外形尺寸小于缺口A（8），所述的顶丝（6）的数量与插块（5）的数量相等，且每个顶丝（6）与一个插块（5）位置相对，靠近顶丝（6）的插块（5）的一端带有斜面，顶丝（6）端部的锥面与插块（5）端部的斜面配合，从而在顶丝（6）旋进过程中对插块（5）形成向下的压力，顶丝（6）将插块（5）压紧的状态下，顶丝（6）的端部伸入到插孔（9）内，所述的缺口A（8）的圆心角为26度，缺口A（8）的数量为7个；插块（5）的圆心角为20度；插块（5）的数量为9个；

顶丝（6）上方的套管头本体（14）内设置有刚性顶套（3），刚性顶套（3）的下端抵在顶丝（6）上，刚性顶套（3）的上端抵在过渡法兰（1）上。

2.根据权利要求1所述的一种油井套管头，其特征在于：所述的刚性顶套（3）的下端沿着周向带有弧形的缺口B（7），缺口B（7）的数量与顶丝（6）数量相同，缺口B（7）的形状与顶丝（6）的外形相匹配。

3.根据权利要求1所述的一种油井套管头，其特征在于：所述的插孔（9）为中间带有缩径段的孔，所述的插块（5）分为两节，根据相对套管悬挂器（2）的位置分别称之为内节（10）和外节（13），内节（10）和外节（13）固定连接，内节（10）和外节（13）分别与插孔（9）滑动密封配合，外节（13）与插孔（9）的缩径段（11）之间设置有弹簧（12），在弹簧（12）的作用下，插块（5）具有向套管悬挂器（2）外滑动的趋势。

4.根据权利要求1所述的一种油井套管头，其特征在于：与顶丝（6）靠近的插孔（9）的端部为喇叭状结构，从而避免顶丝（6）伸入过深时伤害顶丝（6）端部的锥面。

5.根据权利要求1所述的一种油井套管头，其特征在于：所述的套管（4）上端固定连接有承转套，所述的缺口A（8）位于承转套上。