CN117569769A - 双层阻隔式采油井口套管头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层阻隔式采油井口套管头，包括：套管头本体，套管头本体中心穿设有技术套管，套管头本体底端螺接有表层套管，表层套管套设于技术套管外侧，套管头本体内壁上部设置有凸台，悬挂器卡接在凸台和技术套管之间，套管头本体侧端连接有侧口管，侧口管与套管头本体内腔连通，套管头本体内壁连接有双层的阻隔环组件，阻隔环组件内环端连接有橡胶环，橡胶环贴合在技术套管侧壁。本发明通过在套管头本体内设置双层的阻隔环组件，利用橡胶环与技术套管紧密接触，更有效的减少阻隔环组件与结构件的间隙，实现对悬挂器底端的密封，避免产生泄露风险，解决悬挂器在高压作用下被顶出导致技术套管晃动的问题，提高结构的稳定性和密封性。

Description

双层阻隔式采油井口套管头

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，更具体地说，本发明涉及双层阻隔式采油井口套管头。

背景技术

套管头，即用来固定钻进井的井口，连接井口套管柱，用以支持技术套管和油层套管的重力，密封各层管间的环形空间，为安装防喷器、油管头，采油树提供过渡连接，并且通过套管头本体上的两个侧口，可进行补挤泥浆、监控和加注平衡液等施工作业。套管头使用时，由侧口管通入高压流体，会对悬挂器产生冲击，使悬挂器松动产生渗漏。

现有技术中，如申请号为202311018014.1的中国专利，公开了供一种采油井口套管头，包括管体组件，所述管体组件包括套管头管体、表层套管和技术套管，所述表层套管设置在套管头管体的底端口内部，所述套管头管体的内部位于表层套管的上方自上而下依次设置有上层防冲组件和下层防冲组件，所述技术套管的外部穿插于套管头管体的内部并位于表层套管的内部，所述技术套管的外部穿过上层防冲组件和下层防冲组件的内部。此装置采用多个上层挡片之间环绕成一无底碗状结构并自该无底碗状结构的底端口处紧贴配合在技术套管的外部，但是此种结构上层挡片之间，以及挡片和技术套管之间仍为刚性接触，在受压时结构变形仍存在离缝和渗漏风险。因此，有必要提出双层阻隔式采油井口套管头，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了双层阻隔式采油井口套管头，包括：

套管头本体，套管头本体中心穿设有技术套管，套管头本体底端螺接有表层套管，表层套管套设于技术套管外侧，套管头本体内壁上部设置有凸台，悬挂器卡接在凸台和技术套管之间，套管头本体侧端连接有侧口管，侧口管与套管头本体内腔连通，套管头本体内壁连接有双层的阻隔环组件，阻隔环组件内环端连接有橡胶环，橡胶环贴合在技术套管侧壁。

优选的，套管头本体、技术套管、表层套管和悬挂器同心设置，表层套管和技术套管之间设有间隙。

优选的，阻隔环组件包括：

支撑环，支撑环连接于套管头本体内壁，套管头本体内壁底端设置有对支撑环底端限位的限位块，支撑环顶端与悬挂器底端抵接；

第一阻隔环和第二阻隔环，第一阻隔环和第二阻隔环间隔连接于支撑环内壁，第一阻隔环连接于支撑环底端，第一阻隔环和第二阻隔环内环端与橡胶环连接。

优选的，支撑环、第一阻隔环和第二阻隔环中空设置，并且第一阻隔环和第二阻隔环内环端开口设置，第一阻隔环内腔与支撑环内腔连通，支撑环内壁中部连接有挡环。

优选的，橡胶环套设在第一阻隔环和第二阻隔环内环端，橡胶环中部连接有凸棱，凸棱延伸至第一阻隔环和第二阻隔环腔体内并与其内壁紧密连接。

优选的，第一阻隔环和第二阻隔环内环端均设置有记忆合金环，记忆合金环压紧凸棱外侧，第一阻隔环和第二阻隔环内设有加热件，记忆合金环与加热件连接，第一阻隔环底端连接有压力传感器，当第一阻隔环受到的压力超过预设值时，加热件通电发热使记忆合金环升温后缩短。

优选的，支撑环侧壁开设有溢流口，溢流口位于第二阻隔环上方，支撑环腔体顶端连接有液位传感器，支撑环外侧通过设置有溢流管路，溢流管路穿出套管头本体与抽吸泵连接，溢流管路上设有阀门。

优选的，套管头本体可拆卸连接于支撑组件上，支撑组件包括：

平台，平台中心设置有向下凹陷的支撑座，套管头本体安装于支撑座内，套管头本体上设置有与支撑座卡接的台阶面；平台底端均匀连接有多个液压伸缩杆，液压伸缩杆底端连接有底座。

优选的，支撑组件还包括：

侧板，两个侧板对称连接于平台顶端；

转板，转板呈弯折型设置，转板的两转臂之间设置为钝角，转板的第一转臂与侧板顶端铰接，转板的第二转臂远离侧板的一侧连接有橡胶垫，第二转臂远离第一转臂的一端开设有滑槽；

磁性杆，磁性杆滑动连接于滑槽内，且磁性杆顶端与滑槽之间连接有弹簧；

电磁块，电磁块连接于平台内，平台顶端开设有槽口，槽口尺寸与磁性杆适应设置，电磁块通电后与磁性杆相吸引。

优选的，支撑组件还包括：

弧形杆，弧形杆滑动连接于侧板的弧形通孔内，弧形杆一端与第一转臂靠近侧板的一侧连接，弧形杆贯穿侧板后向上螺旋延伸，并且弧形杆另一端连接有压块，弧形杆上套设有复位弹簧，复位弹簧连接于侧板和第一转臂之间。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供的双层阻隔式采油井口套管头，通过在套管头本体内设置双层的阻隔环组件，利用橡胶环与技术套管紧密接触，更有效的减少阻隔环组件与结构件的间隙，实现对悬挂器底端的密封，避免产生泄露风险，解决悬挂器在高压作用下被顶出导致技术套管晃动的问题，提高结构的稳定性和密封性。

本发明所述的双层阻隔式采油井口套管头，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明双层阻隔式采油井口套管头的结构示意图；

图2为本发明双层阻隔式采油井口套管头的剖面结构示意图；

图3为本发明图2中A处局部放大结构示意图；

图4为本发明中阻隔环组件的剖面结构示意图；

图5为本发明双层阻隔式采油井口套管头与支撑组件的安装结构示意图；

图6为本发明图5中B处局部放大结构示意图；

图7为本发明中转板的剖面结构示意图。

图中：1.套管头本体；2.技术套管；3.表层套管；4.凸台；5.悬挂器；6.侧口管；7.橡胶环；11.支撑环；12.第一组隔环；13.第二阻隔环；14.限位块；15.挡环；16.凸棱；17.记忆合金环；18.溢流口；19.液位传感器；20.溢流管路；21.平台；22.支撑座；23.液压伸缩杆；24.底座；25.侧板；26.橡胶垫；27.第一转臂；28.第二转臂；29.滑槽；30.磁性杆；31.电磁块；32.弧形杆；33.复位弹簧。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1：

如图1-4所示，本发明提供了双层阻隔式采油井口套管头，包括：

套管头本体1，套管头本体1中心穿设有技术套管2，套管头本体1底端螺接有表层套管3，表层套管3套设于技术套管2外侧，套管头本体1内壁上部设置有凸台4，悬挂器5卡接在凸台4和技术套管2之间，套管头本体1侧端连接有侧口管6，侧口管6与套管头本体1内腔连通，套管头本体1内壁连接有双层的阻隔环组件，阻隔环组件内环端连接有橡胶环7，橡胶环7贴合在技术套管2侧壁。

套管头本体1、技术套管2、表层套管3和悬挂器5同心设置，表层套管3和技术套管2之间设有间隙。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

本发明提供一种双层阻隔式采油井口套管头，套管头包括：套管头本体1、技术套管2、表层套管3，在套管头本体1内壁设置凸台4，在凸台4上设置悬挂器5来固定技术套管2，悬挂器5采用现有的悬挂器5结构即可，表层套管3螺接在套管头本体1底端，并且表层导管3和技术套管2之间设有间隙，在套管头本体1外侧设置侧口管6，侧口管6能够与表层导管3和技术套管2之间的间隙连通，通过侧口管6通入的高压流体(泥浆、平衡液等)，经过缝隙向下排出。在套管头本体1内设置阻隔环组件，阻隔环组件内环端设置橡胶环7，橡胶环7能够与技术套管2紧密接触，使双层的阻隔环组件将高压流体更好的阻隔。

本发明提供双层阻隔式采油井口套管头，通过在套管头本体1内设置双层的阻隔环组件，利用橡胶环7与技术套管2紧密接触，更有效的减少阻隔环组件与结构件的间隙，实现对悬挂器5底端的密封，避免产生泄露风险，解决悬挂器5在高压作用下被顶出导致技术套管2晃动的问题，提高结构的稳定性和密封性。

实施例2：

如图2-4所示，在上述实施例1的基础上，阻隔环组件包括：

支撑环11，支撑环11连接于套管头本体1内壁，套管头本体1内壁底端设置有对支撑环11底端限位的限位块14，支撑环11顶端与悬挂器5底端抵接，支撑环11与悬挂器5之间可设置有橡胶圈；

第一阻隔环12和第二阻隔环13，第一阻隔环12和第二阻隔环13间隔连接于支撑环11内壁，第一阻隔环12连接于支撑环11底端，第一阻隔环12和第二阻隔环13内环端与橡胶环7连接。

支撑环11、第一阻隔环12和第二阻隔环13中空设置，并且第一阻隔环12和第二阻隔环13内环端开口设置，第一阻隔环12内腔与支撑环11内腔连通，支撑环11内壁中部连接有挡环15。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

阻隔环组件使用时，支撑环11安装在套管头本体1内壁，并通过限位块14对支撑环11底端进行限位固定，支撑环11与限位块14焊接，保证支撑环11受压时不发生移动，支撑环11内侧间隔设置第一阻隔环12和第二阻隔环13，两个阻隔环的结构相同，并且均在内环端连接橡胶环7，当受到高压冲击时，第一阻隔环12和第二阻隔环13对高压流体实现阻挡，橡胶环7对阻隔环和技术套管2之间进行密封，橡胶环7具有一定的预压缩量，当阻隔环受高压发生微量变形时，橡胶环7具有弹性使其始终保持与技术套管2贴紧，避免产生泄露，提高密封性能。支撑环11、第一阻隔环12和第二阻隔环13中空设置，能够降低结构件的质量，并且中空设置的第一阻隔环12和第二阻隔环13能够在保持结构稳定的同时，具有一定的变形能力，在受到高压流体的冲击时，第一阻隔环12可以发生微量变形，对冲击进行缓冲，进而减少悬挂器3受到的冲击。而第一阻隔环12与支撑环11内腔连通，第二阻隔环13与支撑环11内腔不连通，使第二组隔环13的刚度大于第一阻隔环12，能够更好的保持与技术套管2的紧密接触，在第一阻隔环12已经发生泄露时，能够进一步实现阻隔。

实施例3：

如图2-4所示，在上述实施例2的基础上，橡胶环7套设在第一阻隔环12和第二阻隔环13内环端，橡胶环7中部连接有凸棱16，凸棱16延伸至第一阻隔环12和第二阻隔环13腔体内并与其内壁紧密连接。

第一阻隔环12和第二阻隔环13内环端均设置有记忆合金环17，记忆合金环17压紧凸棱16外侧，第一阻隔环12和第二阻隔环13内设有加热件，记忆合金环17与加热件连接，第一阻隔环12底端连接有压力传感器，当第一阻隔环12受到的压力超过预设值时，加热件通电发热使记忆合金环17升温后缩短。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

在橡胶环7中部设凸棱16，凸棱16将橡胶环7稳固的连接在阻隔环内环端，并且增加橡胶环7与阻隔环连接处的蜿蜒程度和密封环节，避免高压气体从橡胶环7与阻隔环的接缝处泄露，将泄露位置控制在橡胶环7和技术套管2接缝处。

在阻隔环内设置记忆合金环17，记忆合金环17对橡胶环7的凸棱16进行捆绑，通过压力传感器检测第一阻隔环12受到的压力，用来表征套管头本体1内进入的高压提3对第一阻隔环12的冲击力，当检测到的压力达到预设值时，控制器对加热件通电，将热量传导至记忆合金环17上，使记忆合金环17升温后缩短收紧，使橡胶环7能够更牢固的贴合在技术套管2表面，提高密封效果，防止发生泄露，避免橡胶环7长期处于高压环境中时发生失效，弹性变成无法紧密贴合技术套管避免的情况，提高了阻隔环组件使用的可靠性。

实施例4：

如图2-4所示，在上述实施例3的基础上，支撑环11侧壁开设有溢流口18，溢流口18位于第二阻隔环13上方，支撑环11腔体顶端连接有液位传感器19，支撑环11外侧通过设置有溢流管路20，溢流管路20穿出套管头本体1与抽吸泵连接，溢流管路20上设有阀门。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

当高压流体已经突破阻隔环组件的阻挡，向上方的悬挂器5流动时，若不进行处理会直接作用在悬挂器5底面，推动悬挂器5发生晃动。因此在第二组隔环13和悬挂器5之间形成腔体空间，高压流体经过第二组隔环13后会积聚在此腔体内，并经过溢流口18流动至支撑环11的腔体内；挡环15对溢流的流体进行阻挡，防止流体进入第一阻隔环12的空腔内；当支撑环11腔体内的立体达到预设量时，液面与液位传感器19接触，液位传感器19产生触发信号，将触发信号传输至控制器，提示工作人员高压流体溢流量已达到极限值，工作人员将抽吸泵与溢流管路20连接，并开启溢流管路20的阀门，将溢流处的液体抽吸出来，支撑环11和气内侧腔体进行清理，使套管头能够继续使用，延长套管头的使用寿命，降低维护成本。

实施例5：

如图5-7所示，在上述实施例1的基础上，套管头本体1可拆卸连接于支撑组件上，支撑组件包括：

平台21，平台21中心设置有向下凹陷的支撑座22，套管头本体1安装于支撑座22内，套管头本体1上设置有与支撑座22卡接的台阶面；平台21底端均匀连接有多个液压伸缩杆23，液压伸缩杆23底端连接有底座24；

侧板25，两个侧板25对称连接于平台21顶端；

转板，转板呈弯折型设置，转板的两转臂之间设置为钝角，转板的第一转臂27与侧板25顶端铰接，转板的第二转臂28远离侧板25的一侧连接有橡胶垫26，第二转臂28远离第一转臂27的一端开设有滑槽29；

磁性杆30，磁性杆30滑动连接于滑槽29内，且磁性杆30顶端与滑槽29之间连接有弹簧；

电磁块31，电磁块31连接于平台21内，平台21顶端开设有槽口，槽口尺寸与磁性杆30适应设置，电磁块31通电后与磁性杆30相吸引；

弧形杆32，弧形杆32滑动连接于侧板25的弧形通孔内，弧形杆32一端与第一转臂27靠近侧板25的一侧连接，弧形杆32贯穿侧板25后向上螺旋延伸，并且弧形杆32另一端连接有压块34，弧形杆32上套设有复位弹簧33，复位弹簧33连接于侧板25和第一转臂27之间。

上述技术方案的工作原理及有益效果为：

现有的套管头本体1通过吊装移动至使用位置附近，然后进行人为调整，在对套管头本体1进行更换或维护时，需将其取出维护后安装时再重新定位。因此设置支撑组件，将套管头本体1安装在支撑组件上，安装时，首先将底座24安装在采油井口附近的地面上，启动液压伸缩杆23调节其输出端的伸出长度，来调整平台21的高度。将套管头本体1吊装至平台21上方，并靠近平台21中心的支撑座22，将套管头本体1下降与转板接触，侧口管6和侧板25交错布置，第二转臂28上的橡胶垫26抵接在套管头本体1的外侧面，两个转板对称设置，使套管头本体1能够夹设在两个转板第二转臂28的橡胶垫26之间，对套管头本体1的位置进行纠偏，实现快速定位安装。同时套管头本体1向下移动使与橡胶垫26之间存在摩擦，带动两个第二转臂28向下转动，即带动转板转动，同时压缩橡胶垫26，直至套管头本体1安装在支撑座22的台阶面上，此时第二转臂28与平台21垂直，磁性杆30正对平台21上方的槽口，控制器对电磁块31通电，使电磁块31对磁性杆30产生吸引力，吸引磁性杆30向下滑动，穿过槽口与磁性杆30吸附，从而对套管头本体1的两侧进行限位。在转板转动的时，第一转臂27推动弧形杆32转动同时对复位弹簧33蓄能，弧形杆32端部的压块34压接在套管头本体1的顶端，对其竖直方向进行限位。在需要对套管头拆卸时，对电磁块31断电，并向上吊装套管头本体1使各部件脱离即可。

通过上述结构设计，为套管头提供了支撑组件，撑组件的位置经过首次定位后，在需要维护或更换时，将套管头本体1与支撑组件快速拆卸即可，无需重复定位，在套管头本体1与支撑组件安装时能够快速安装至支撑座22内，通过第二转臂28的夹持纠偏降低了安装难度，并且平台21高度可调，使套管头能够适用不同的采油井口。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“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的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，包括：

套管头本体(1)，套管头本体(1)中心穿设有技术套管(2)，套管头本体(1)底端螺接有表层套管(3)，表层套管(3)套设于技术套管(2)外侧，套管头本体(1)内壁上部设置有凸台(4)，悬挂器(5)卡接在凸台(4)和技术套管(2)之间，套管头本体(1)侧端连接有侧口管(6)，侧口管(6)与套管头本体(1)内腔连通，套管头本体(1)内壁连接有双层的阻隔环组件，阻隔环组件内环端连接有橡胶环(7)，橡胶环(7)贴合在技术套管(2)侧壁。

2.根据权利要求1所述的双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，套管头本体(1)、技术套管(2)、表层套管(3)和悬挂器(5)同心设置，表层套管(3)和技术套管(2)之间设有间隙。

3.根据权利要求1所述的双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，阻隔环组件包括：

支撑环(11)，支撑环(11)连接于套管头本体(1)内壁，套管头本体(1)内壁底端设置有对支撑环(11)底端限位的限位块(14)，支撑环(11)顶端与悬挂器(5)底端抵接；

第一阻隔环(12)和第二阻隔环(13)，第一阻隔环(12)和第二阻隔环(13)间隔连接于支撑环(11)内壁，第一阻隔环(12)连接于支撑环(11)底端，第一阻隔环(12)和第二阻隔环(13)内环端与橡胶环(7)连接。

4.根据权利要求3所述的双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，支撑环(11)、第一阻隔环(12)和第二阻隔环(13)中空设置，并且第一阻隔环(12)和第二阻隔环(13)内环端开口设置，第一阻隔环(12)内腔与支撑环(11)内腔连通，支撑环(11)内壁中部连接有挡环(15)。

5.根据权利要求4所述的双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，橡胶环(7)套设在第一阻隔环(12)和第二阻隔环(13)内环端，橡胶环(7)中部连接有凸棱(16)，凸棱(16)延伸至第一阻隔环(12)和第二阻隔环(13)腔体内并与其内壁紧密连接。

6.根据权利要求5所述的双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，第一阻隔环(12)和第二阻隔环(13)内环端均设置有记忆合金环(17)，记忆合金环(17)压紧凸棱(16)外侧，第一阻隔环(12)和第二阻隔环(13)内设有加热件，记忆合金环(17)与加热件连接，第一阻隔环(12)底端连接有压力传感器，当第一阻隔环(12)受到的压力超过预设值时，加热件通电发热使记忆合金环(17)升温后缩短。

7.根据权利要求4所述的双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，支撑环(11)侧壁开设有溢流口(18)，溢流口(18)位于第二阻隔环(13)上方，支撑环(11)腔体顶端连接有液位传感器(19)，支撑环(11)外侧通过设置有溢流管路(20)，溢流管路(20)穿出套管头本体(1)与抽吸泵连接，溢流管路(20)上设有阀门。

8.根据权利要求1所述的双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，套管头本体(1)可拆卸连接于支撑组件上，支撑组件包括：

平台(21)，平台(21)中心设置有向下凹陷的支撑座(22)，套管头本体(1)安装于支撑座(22)内，套管头本体(1)上设置有与支撑座(22)卡接的台阶面；平台(21)底端均匀连接有多个液压伸缩杆(23)，液压伸缩杆(23)底端连接有底座(24)。

9.根据权利要求8所述的双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，支撑组件还包括：

侧板(25)，两个侧板(25)对称连接于平台(21)顶端；

转板，转板呈弯折型设置，转板的两转臂之间设置为钝角，转板的第一转臂(27)与侧板(25)顶端铰接，转板的第二转臂(28)远离侧板(25)的一侧连接有橡胶垫(26)，第二转臂(28)远离第一转臂(27)的一端开设有滑槽(29)；

磁性杆(30)，磁性杆(30)滑动连接于滑槽(29)内，且磁性杆(30)顶端与滑槽(29)之间连接有弹簧；

电磁块(31)，电磁块(31)连接于平台(21)内，平台(21)顶端开设有槽口，槽口尺寸与磁性杆(30)适应设置，电磁块(31)通电后与磁性杆(30)相吸引。

10.根据权利要求9所述的双层阻隔式采油井口套管头，其特征在于，支撑组件还包括：

弧形杆(32)，弧形杆(32)滑动连接于侧板(25)的弧形通孔内，弧形杆(32)一端与第一转臂(27)靠近侧板(25)的一侧连接，弧形杆(32)贯穿侧板(25)后向上螺旋延伸，并且弧形杆(32)另一端连接有压块(34)，弧形杆(32)上套设有复位弹簧(33)，复位弹簧(33)连接于侧板(25)和第一转臂(27)之间。