一种套管头与油气井口一体化装置

技术领域

本发明涉及油气套管技术领域，具体是指一种套管头与油气井口一体化装置。

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。

由于套管头的封井装配需4-6小时，而水泥的凝固在1-3小时内完成，在套管头装完以前，高压层油气早已窜出井外，致使得25％的油井因冒气冒液而影响开采。

现有专利，如申请号为202310760420.9的一种井口套管头，包括套管头本体，所述套管头本体管壁内部的上方开设有空气腔，所述空气腔的内部适配有环形活塞，所述空气腔的内部位于环形活塞的上方设置有弹簧，所述空气腔的顶端口一周开设有多个复位腔，所述套管头本体的内壁一周位于空气腔的下方处均匀开设有多个出气口，所述套管头本体的内壁一周位于空气腔的中间处均匀开设有多个旋转口，所述旋转口的内部均设置有挡块。通过悬挂器挤压挡块溃缩并旋转，环形活塞即可被快速向空气腔的底部推去，从而使得空气被压缩并自出气口快速排出，即可对凸台的表面进行清洁，最终保证了凸台与悬挂器之间的密封性能。

此专利虽然保证了凸台与悬挂器之间的密封性能，但是悬挂器是安装在井口套管头本体内壁中，技术套管是安装在悬挂器内，悬挂器、技术套管和井口套管头本体内壁的三者之间无法保证密封性能。

发明内容

本发明要解决上述技术问题，提供一种套管头与油气井口一体化装置，防止套管头安装过程中消耗时间过长，导致高压油气外泄的问题，并且能够解决悬挂器、技术套管和井口套管头本体内壁三者之间的密封问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种套管头与油气井口一体化装置，包括套管头本体，所述套管头本体包括上套管头管体和下套管头管体，所述上套管头管体和下套管头管体之间法兰连接，所述上套管头管体和下套管头管体之间连通有平衡机构；

所述上套管头管体包括上连接管体和下连接管体，所述上连接管体内安装有转动的第一悬挂器，所述第一悬挂器的下端连接第一密封机构，所述上连接管体的下端外侧和下连接管体的上端内侧之间安装有第二密封机构；

所述第一密封机构包括上下滑动连接第一悬挂器的清扫环，所述清扫环和第一悬挂器之间安装有密封圈，所述第一悬挂器的外侧内部开设有环槽，所述环槽内安装有第一密封气囊，所述清扫环向上滑动的时候对第一密封气囊进行挤压；

所述第二密封机构包括上连接管体和下连接管体之间的片状弹簧和第二密封气囊，所述第二密封气囊的内侧连通有螺旋凸起，所述螺旋凸起和片状弹簧交错设置，所述第二密封气囊内注入非牛顿液体，当所述片状弹簧压缩的时候会挤压第二密封气囊内的非牛顿液体，

所述上套管头管体和下套管头管体的结构一致；

所述上连接管体内且位于清扫环的下方安装有凸台，所述清扫环的下端能够紧贴配合在凸台的顶部，所述平衡机构包括气体分离器，所述气体分离器的出气孔通过第一管道连通上套管头管体，所述气体分离器的进口通过第二管道连通下套管头管体，所述第一管道位于上套管头管体内凸台的下方，所述第二管道位于下套管头管体内凸台的下方。

优选地，所述上连接管体内开设有螺旋槽，所述第一悬挂器的外表面安装有配合螺旋槽使用的连接柱。

优选地，所述清扫环的上端安装有T型柱，所述第一悬挂器上开设配合T型柱移动的挤压孔且挤压孔连通环槽。

优选地，所述密封圈上开设配合T型柱使用的通孔。

优选地，所述下连接管体的上端内侧开设配合上连接管体安装的安装孔，所述连接管体螺纹安装在安装孔内。

优选地，所述片状弹簧和螺旋凸起设置在安装孔内且位于上连接管体下方。

优选地，所述第一管道和第二管道上均安装有开关阀和压力表，所述第一管道靠近气体分离器出气孔的位置安装有泄压阀。

采用以上结构后，本发明具有如下优点：

本发明技术套管安装在第一悬挂器内，并通过摩擦力推动第一悬挂器旋转，带动清扫环旋对凸台的表面进行清洁，保证了凸台与悬挂器之间的密封性能，同时通过第一密封机构、第二密封机构和平衡机构对悬挂器、技术套管和井口套管头本体内壁三者实施四道密封，实现了不用等灌注泥浆进行密封，即可开采，实现了灌注密封和开采同时进行的效果；

本发明的第二密封机构的片状弹簧压缩，片状弹簧压缩的反向作用力，会顶着下连接管体向上受力，使得下连接管体和上连接管体的螺纹锁止，使得第二密封气囊在安装孔的空间内实现密封效果，实现下连接管体和上连接管体之间的密封，同时螺旋凸起为螺旋密封，螺旋密封更具有连贯性和密封性，起始中间没有断点，密封效果更好；

本发明平衡机构的气体分离器中在重力的作用下,带有机械杂质的分离液体沿气体分离器的外壳壁排出,并与沙一起通过排液管排出，从液体和沙中清除的气体通过第一管道返回到井口设备的主管中，当液体和沙子停止从井中排出时,气流将被引导回井口设备的主井，保证了分离的气体可以从第一管道再次进入井内，对第一悬挂器实现压力密封，同时还保证了上套管头管体和下套管头管体内部的压力。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明主视的剖面图；

图4是本发明剖面的结构示意图；

图5是本发明上套管头管体的结构示意图；

图6是本发明第一悬挂器的安装示意图；

图7是本发明第一密封机构的安装示意图；

图8是本发明上套管头管体的爆炸图；

图9是本发明上套管头管体的爆炸剖视图。

如图所示：1、套管头本体；2、上套管头管体；2.1、上连接管体；2.2、下连接管体；2.3、螺旋槽；3、下套管头管体；4、平衡机构；4.1、气体分离器；4.2、第一管道；4.3、第二管道；4.4、开关阀；4.5、压力表；4.6、泄压阀；5、第一悬挂器；5.1、环槽；5.2、连接柱；5.3、挤压孔；6、第一密封机构；6.1、清扫环；6.2、密封圈；6.3、第一密封气囊；6.4、T型柱；7、第二密封机构；7.1、片状弹簧；7.2、第二密封气囊；7.3、螺旋凸起；8、安装孔；9、凸台；10、通孔。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。

下面结合全文对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1-图9所示，一种套管头与油气井口一体化装置，包括套管头本体1，套管头本体1包括上套管头管体2和下套管头管体3，上套管头管体2和下套管头管体3之间法兰连接，上套管头管体2和下套管头管体3之间连通有平衡机构4，通过平衡机构4进行调节上套管头管体2和下套管头管体3分别和第一悬挂器5之间的密封压力，能够在环形空间压力较高进行泄压以及在环形空间压力过低时进行补压，并且有助于补挤泥浆、监控和加注平衡液等施工作业。

如图3、图6和图7所示，上套管头管体2包括上连接管体2.1和下连接管体2.2，上连接管体2.1内安装有转动的第一悬挂器5，第一悬挂器5的下端连接第一密封机构6，上连接管体2.1的下端外侧和下连接管体2.2的上端内侧之间安装有第二密封机构7，技术套管安装在第一悬挂器5内，上连接管体2.1内且位于清扫环6.1的下方安装有凸台9，清扫环6.1的下端能够紧贴配合在凸台9的顶部，通过技术套管推动第一悬挂器5在上连接管体2.1内旋转移动至凸台9的表面，第一悬挂器5的清扫环6.1对凸台9的表面进行旋转清扫，同时紧贴配合在凸台9的表面，实现密封。

本实施例中，具体的：如图3、图4、图5、图6、图8和图9所示，第一密封机构6包括上下滑动连接第一悬挂器5的清扫环6.1，上连接管体2.1内开设有螺旋槽2.3，第一悬挂器5的外表面安装有配合螺旋槽2.3使用的连接柱5.2，当技术套管安装在第一悬挂器5内，通过摩擦力带动第一悬挂器5向下移动，第一悬挂器5通过连接柱5.2在螺旋槽2.3内移动，在具体实施的时候，连接柱5.2设置两个，当第一悬挂器5向下移动的时候，通过T型柱6.4带动清扫环6.1旋转靠近凸台9，对清扫环6.1对凸台9进行清扫，从而使得凸台9的表面在与清扫环6.1紧贴配合前被清洁干净，最终保证了凸台9与第一悬挂器5之间的密封性能，当清扫环6.1紧贴凸台9时，T型柱6.4向上移动，对第一密封气囊6.3进行挤压，第一密封气囊6.3内可注入气体或非牛顿液体，清扫环6.1和第一悬挂器5之间安装有密封圈6.2，第一悬挂器5的外侧内部开设有环槽5.1，环槽5.1内安装有第一密封气囊6.3，当清扫环6.1向上滑动的时候对第一密封气囊6.3进行挤压，清扫环6.1的上端安装有T型柱6.4，第一悬挂器5上开设配合T型柱6.4移动的挤压孔5.3且挤压孔5.3连通环槽5.1，密封圈6.2通过挤压孔5.3安装在T型柱6.4的外侧，T型柱6.4实现对密封圈6.2的限位，第一密封气囊6.3受力挤压之后，第一密封气囊6.3在环槽5.1内，实现第一悬挂器5和上连接管体2.1内壁的密封，于此同时，清扫环6.1对密封圈6.2进行挤压，密封圈6.2上开设配合T型柱6.4使用的通孔10，密封圈6.2位于技术套管和上连接管体2.1之间，密封圈6.2受力挤压，实现密封。

本实施例中，具体的：如图7-图9所示，第二密封机构7包括上连接管体2.1和下连接管体2.2之间的片状弹簧7.1和第二密封气囊7.2，第二密封气囊7.2的内侧连通有螺旋凸起7.3，螺旋凸起7.3和片状弹簧7.1交错设置，第二密封气囊7.2内注入非牛顿液体，当片状弹簧7.1压缩的时候会挤压第二密封气囊7.2内的非牛顿液体，螺旋凸起7.3和第二密封气囊7.2连通，非牛顿液体填充在螺旋凸起7.3和第二密封气囊7.2之间，螺旋凸起7.3和片状弹簧7.1交错设置，片状弹簧7.1会挤压螺旋凸起7.3和第二密封气囊7.2内的非牛顿液体，使用非牛顿液体的好处有，当下连接管体2.2缓慢旋转安装的时候，非牛顿液体受力挤压移动，当出现异常情况震动，或者压力过大的时候，非牛顿液体的黏度会变化在受到压力时它会产生黏度在压力不断加大的时候它的黏度会不断增强，这就导致在压力极强的时候，非牛顿流体会暂时变成一种固体，实现上连接管体2.1和下连接管体2.2之间的密封效果。

下连接管体2.2的上端内侧开设配合上连接管体2.1安装的安装孔8，上连接管体2.1螺纹安装在安装孔8内，在具体实施的时候，上连接管体2.1的下端外侧设置外螺纹，下连接管体2.2的安装孔8的内壁上设置内螺纹，上连接管体2.1通过外螺纹螺纹连接在下连接管体2.2的安装孔8内，片状弹簧7.1和螺旋凸起7.3设置在安装孔8内且位于上连接管体2.1下方，片状弹簧7.1是具有弹性的钢片做成弹簧的形状，当上连接管体2.1螺纹旋转安装在安装孔8内，且向下移动的时候，会压缩片状弹簧7.1，片状弹簧7.1会压缩螺旋凸起7.3，起到三个效果：

1、片状弹簧7.1压缩，当下连接管体2.2和上连接管体2.1螺纹安装好之后，片状弹簧7.1压缩的反向作用力，会顶着下连接管体2.2向上受力，使得下连接管体2.2和上连接管体2.1的螺纹锁止；

2、片状弹簧7.1压缩螺旋凸起7.3，使得第二密封气囊7.2在安装孔8的空间内实现密封效果，实现下连接管体2.2和上连接管体2.1之间的密封；

3、螺旋凸起7.3为螺旋密封，相对于台阶密封（现有技术），螺旋密封更具有连贯性和密封性，起始中间没有断点，密封效果更好。

本实施例中，具体的：如图1和图2所示，平衡机构4包括气体分离器4.1，气体分离器4.1的出气孔通过第一管道4.2连通上套管头管体2，气体分离器4.1的进口通过第二管道4.3连通下套管头管体3，第一管道4.2位于上套管头管体2内凸台9的下方，第二管道4.3位于下套管头管体3内凸台9的下方，在气体分离器4.1的下端连接外部用以去除地层水和机械杂质混合物的排液管，气体液流在气体分离器4.1中的分量发生在与气体分离器4.1的垂直轴径向对齐的离心力作用下。在重力的作用下,带有机械杂质的分离液体沿气体分离器4.1的外壳壁排出,并与沙一起通过排液管排出。从液体和沙中清除的气体通过第一管道4.2返回到井口设备的主管中。当液体和沙子停止从井中排出时,气流将被引导回井口设备的主井。

气体分离器4.1可以选用螺旋型离心机或立式气体分离器,螺旋型离心机在其设计中包含七个分离步骤,具有99.99%的稳定分离效率，可以配备自动液位控制和液体排放节点,以及加热和隔热系统，用于连接分离器的弯管内径等于井口设备主井口的内径。

第一管道4.2和第二管道4.3上均安装有开关阀4.4和压力表4.5，在具体实施的时候，第一管道4.2和第二管道4.3上且靠近连通上连接管体2.1和下连接管体2.2的上安装有带阀门的侧口，可进行补挤泥浆、监控和加注平衡液等施工作业，可从侧口注入泥浆，使得两个第一悬挂器5和第一管道4.2或第二管道4.3之间形成密封，即用来固定钻进井的井口，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，当底部的泥浆因为开采油气出现震动，第一悬挂器5、第一管道4.2和第二管道4.3出现密封不良，从底部涌入沙石或者气体的时候，可通过第二管道4.3进入气体分离器4.1内，进行分离，分离的气体可以从第一管道4.2再次进入井内，对第一悬挂器5实现压力密封，当第一悬挂器5内的压力过大的时候，也可以关闭第一管道4.2上的开关阀4.4，从泄压阀4.6进行泄压。

第一管道4.2靠近气体分离器4.1出气孔的位置安装有泄压阀4.6，压力表4.5用于精确显示各层管间的压力值，压力表4.5可选用机械压力表或数字压力表，压力表4.5采用以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于环境压力的仪表，开关阀4.4不仅可用于保护压力表4.5，而且可用于补挤泥浆、加注平衡液等施工作业,泄压阀4.6用于保护压力表4.5和维持上套管头管体2和下套管头管体3内的压力，两个开关阀4.4通过法兰和第一管道4.2与第二管道4.3固定连接，开关阀4.4从第一管道4.2或第二管道4.3上拆卸进行维修或者更换。

上套管头管体2和下套管头管体3的结构一致，本发明实现四道密封效果：

1、通过挤压第一密封气囊6.3实现第一悬挂器5和上连接管体2.1的密封；

2、通过挤压密封圈6.2，密封圈6.2位于技术套管和上连接管体2.1之间，密封圈6.2受力挤压，实现密封；

3、上连接管体2.1螺纹连接下连接管体2.2的时候，通过第二密封气囊7.2、螺旋凸起7.3与片状弹簧7.1的交错设置，实现上连接管体2.1和连接下连接管体2.2密封效果；

4、平衡机构4连通上套管头管体2和下套管头管体3，对其内部的气压调节，使得悬挂器、技术套管和井口套管头本体内壁的三者之间的压力密封。

本发明的工作原理：

首先，把上连接管体2.1通过外螺纹螺纹连接在下连接管体2.2的安装孔8内，片状弹簧7.1和螺旋凸起7.3设置在安装孔8内且位于上连接管体2.1下方，上连接管体2.1螺纹旋转安装在安装孔8内，且向下移动的时候，会压缩片状弹簧7.1，片状弹簧7.1会压缩螺旋凸起7.3，通过压力对第二密封气囊7.2内的非牛顿流体进行挤压，实现上连接管体2.1和下连接管体2.2之间的密封效果，然后通过法兰连接第一管道4.2和第二管道4.3，上套管头管体2和下套管头管体3通过法兰连接在一起，技术套管安装在第一悬挂器5内，通过技术套管推动第一悬挂器5在上连接管体2.1内旋转移动至凸台9的表面，第一悬挂器5的清扫环6.1对凸台9的表面进行旋转清扫，同时紧贴配合在凸台9的表面，实现密封，安装完毕之后，实现四道密封效果，可直接对油井进行开采，然后再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，节约时间。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，全文中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。