一种套管头快速连接结构

技术领域

本发明属于石油或天然气钻井设备技术领域，尤其涉及一种套管头快速连接结构。

背景技术

套管头是用于各层套管之间、套管与防喷器之间的连接以及用于完井后与采油(气)井口之间的支持与连接的装置。现有套管头使用和操作国内也有相关规定，例如《SY/T6789-2010套管头使用规范》、《GB/T22513-2013石油天然气工业钻井和采油设备井口装置和采油树》，这些规范虽然对现有套管头使用操作方法有重要的指导意义，但在使用中还是存在诸多问题，例如套管头连接后的密封问题、套管头快速安装的问题等。

中国实用新型专利CN201520142865.1公开了一种井口套管连接装置，包括套管头、套管和表层套管，套管外侧设有坐封块，坐封块的外表面设有具有齿状结构的卡瓦体，卡瓦体的外表面设有锥套，锥套的内表面与卡瓦体的外表面具有相配合的锥面，锥套的外表面设有防腐锁紧层，锥套上通过调节螺栓连接有与表层套管连接的套管卡瓦，套管卡瓦的外表面设有锁紧盘，套管头上设有固定环，固定环上设有调节螺栓通过的螺栓孔。虽然该结构能够在一定程度上实现快速安装的效果，但其采用相互配合的锥套和卡瓦体导致整体结构庞大；并且对卡瓦与锥套配合处要求较高，一旦其配合不好，将导致卡瓦受力不均，会严重影响套管头的使用寿命。

因此，如何提供一种能够快速连接且使用方便的套管头成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种套管头快速连接结构，能够有效降低现有套管头连接结构的复杂性，并且提高连接的可靠度。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种套管头快速连接结构，包括相互配合的第一管套体和第二管套体；所述第一管套体底部设置有凹腔；所述凹腔的侧壁设置有两个以上的第一通道，第一通道内设置有锁紧装置；所述第二管套体沿周向设置有凹槽，且凹槽与第一通道相对应；

其中，第一通道包括依次设置且孔径不同的第一孔径段、第二孔径段和第三孔径段，第三孔径段设置有第一内螺纹；

所述锁紧装置包括锁紧套，以及螺纹连接在锁紧套内的锁紧顶杆，在锁紧顶杆的一侧还活动连接有锁紧卡块；锁紧套外侧设置有第一外螺纹，且第一外螺纹与第一内螺纹配合连接；锁紧套外侧沿周向设置有限位槽，还包括限位垫片，所述限位垫片一端卡合在限位槽内，另一端通过螺钉固定在第一管套体外侧；

凹槽内设置有第一锥面，所述锁紧卡块上设置有第二锥面，且第一锥面与第二锥面相配合，当旋转锁紧顶杆时，第一锥面与第二锥面相对移动。

进一步地，所述锁紧卡块右侧设置有连接槽，锁紧顶杆一侧设置有连接头，且连接头卡合在连接槽内。

进一步地，所述锁紧卡块左侧设置有凸起，在凸起的上侧设置有第二锥面，凸起的下侧设置有第三锥面，且第二锥面与第三锥面偏心设置，以及第二锥面的锥度大于第三锥面的锥度。

更进一步地，所述第二锥面的锥度为24°-28°。

进一步地，还包括密封装置，所述密封装置设置在第二管套体顶端面的波形密封装置，以及设置在第二管套体周向的橡胶密封装置，且橡胶密封装置位于凹槽下方。

在本申请中，一种套管头快速连接结构，包括相互配合的第一管套体和第二管套体；具体使用时，其中第一管套体内设置有套管，第二管套体内设置有悬挂器或套管，通过两者配合，形成套管与套管之间的支撑与连接，或者是形成套管与悬挂器之间的支撑和连接。在具体连接中，第一管套体呈圆柱环形套状结构，包括在第一管套体底部通过阶梯孔形成的凹腔，凹腔的侧壁设置有两个以上的第一通道，例如设置两个、或三个、或四个，其中多个第一通道沿着凹腔的周向均匀布置，且第一通道贯穿凹腔的侧壁。

第二套管体也呈圆柱环形套状结构，在第二套管体顶部外侧，沿周向设置有凹槽，其中凹槽与第一通道相对应，凹槽的横截面为梯形，较大的一面朝外；在本申请中周向是指沿套管体回转轴线旋转的方形。其中，第一通道包括依次设置且孔径不同的第一孔径段、第二孔径段和第三孔径段，第三孔径段设置有第一内螺纹。靠近凹腔的一侧为第一孔径段，其孔径相对第二孔径大，且第一孔径顶部与凹腔顶部之间的距离H2小于凹槽顶部到第二管套体顶部的距离H1,同时凹槽内侧宽度大于第一孔径段的孔径，以此更有利于第一管套体和第二管套体之间的锁紧和密封。第二孔径段直径最小，第三孔径直径最大，在第一孔径和第三孔径之间设置一个较小的第二孔径，能够有利于提高整体结构的可靠性和稳定性，同时第二孔径较小，以此在第一通道内形成台阶结构，还能够对设置在第一孔径和第三孔径内的部件达到限位效果，提高本申请结构的组装效率。

在本申请中，锁紧装置包括锁紧套，以及螺纹连接在锁紧套内的锁紧顶杆，在锁紧顶杆的一侧还活动连接有锁紧卡块；其中，锁紧套也呈管套结构，在锁紧套外侧设置有第一外螺纹，且第一外螺纹与第一内螺纹配合连接；锁紧套内侧设置有第二内螺纹，其中锁紧杆上设置有第二外螺纹，第二外螺纹与第二内螺纹配合连接，锁紧卡块与锁紧杆活动连接。首先将锁紧套旋合在第三孔径内，然后再将锁紧顶杆旋合在锁紧套内，如此装配方便，并且采用双螺旋配合控制，更有利于调节锁紧后本申请整体结构的可靠度。

为了防止在转动锁紧杆时，带动锁紧套旋转，进而出现锁紧失效现象，本申请在锁紧套外侧沿周向设置有限位槽，还包括限位垫片，其中限位垫片与限位槽相匹配，限位垫片可选择平垫结构，限位垫片一端卡合在限位槽内，另一端通过螺钉固定在第一管套体外侧；利用限位垫片限制锁紧套的径向移动，进而提高本申请结构锁紧的可靠度。在本申请中采用锥面结构配合锁紧，具体地，在凹槽内设置有第一锥面，所述锁紧卡块上设置有第二锥面，且第一锥面与第二锥面相配合，当旋转锁紧顶杆时，第一锥面与第二锥面相对移动；即当向外侧旋转锁紧顶杆，此时第一管套体与第二管套体逐渐分离，两者构成处于解锁状态；当向内侧旋转锁紧顶杆，此时第一管套体与第二管套体逐渐贴合并发生挤压，两者构成处于锁紧状态。

本申请产生的有益效果为，通过在第一管套体上开设第一通道，以及设置相配合的锁紧装置，然后利用锥面挤压达到锁紧效果；整体结构简单；并且在锁紧装置中设置双螺旋连接结构，以及通过锥面锁紧结构，能够进一步提高锁紧的可靠度，以及能够快速调节锁紧和解锁状态，实现快速连接。

附图说明

图1为本发明第一视角示意图；

图2为图1中A处放大示意图；

图3为本发明第一管套体第一视角示意图；

图4为图3中B处放大示意图；

图5为本发明第二管套体第一视角示意图。

图6为图5中C处放大示意图；

图7为本发明锁紧套第一视角示意图。

图8为本发明锁紧卡块第一视角示意图。

图9为本发明锁紧顶杆第一视角示意图。

附图标记：

100第一管套体、110凹腔、120第一通道、121第一孔径段、122第二孔径段、123第三孔径段、200第二管套体、210凹槽、211第一锥面、300锁紧装置、310锁紧套、311限位槽、312限位垫片、320锁紧顶杆、321连接头、330锁紧卡块、331第二锥面、332第三锥面、333凸起、334连接槽、410波形密封装置、420橡胶密封装置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，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，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参考附图1至附图8，本申请一种套管头快速连接结构，包括相互配合的第一管套体100和第二管套体200；所述第一管套体100底部设置有凹腔110；所述凹腔110的侧壁设置有两个以上的第一通道120，第一通道120内设置有锁紧装置300；所述第二管套体200沿周向设置有凹槽210，且凹槽210与第一通道120相对应；其中，第一通道120包括依次设置且孔径不同的第一孔径段121、第二孔径段122和第三孔径段123，第三孔径段123设置有第一内螺纹；所述锁紧装置300包括锁紧套310，以及螺纹连接在锁紧套310内的锁紧顶杆320，在锁紧顶杆320的一侧还活动连接有锁紧卡块330；锁紧套310外侧设置有第一外螺纹，且第一外螺纹与第一内螺纹配合连接；锁紧套310外侧沿周向设置有限位槽311，还包括限位垫片312，所述限位垫片312一端卡合在限位槽311内，另一端通过螺钉固定在第一管套体100外侧；凹槽210内设置有第一锥面211，所述锁紧卡块330上设置有第二锥面331，且第一锥面211与第二锥面331相配合，当旋转锁紧顶杆320时，第一锥面211与第二锥面331相对移动。

本申请在具体，参考图1、一种套管头快速连接结构，包括相互配合的第一管套体100和第二管套体200；具体使用时，其中第一管套体100内设置有套管，第二管套体200内设置有悬挂器或套管，通过两者配合，形成套管与套管之间的支撑与连接，或者是形成套管与悬挂器之间的支撑和连接。在具体连接中，参考图3，第一管套体100呈圆柱环形套状结构，包括在第一管套体100底部通过阶梯孔形成的凹腔110，凹腔110的侧壁设置有两个以上的第一通道120，例如设置两个、或三个、或四个，其中多个第一通道120沿着凹腔110的周向均匀布置，且第一通道120贯穿凹腔110的侧壁。

参考图5，第二套管体也呈圆柱环形套状结构，在第二套管体顶部外侧，沿周向设置有凹槽210，其中凹槽210与第一通道120相对应，凹槽210的横截面为梯形，较大的一面朝外；在本申请中周向是指沿套管体回转轴线旋转的方形。其中，参考图4，第一通道120包括依次设置且孔径不同的第一孔径段121、第二孔径段122和第三孔径段123，第三孔径段123设置有第一内螺纹。靠近凹腔110的一侧为第一孔径段121，其孔径相对第二孔径大，且第一孔径顶部与凹腔110顶部之间的距离H2小于凹槽210顶部到第二管套体200顶部的距离H1,同时凹槽210内侧宽度大于第一孔径段121的孔径，以此更有利于第一管套体100和第二管套体200之间的锁紧和密封。第二孔径段122直径最小，第三孔径直径最大，在第一孔径和第三孔径之间设置一个较小的第二孔径，能够有利于提高整体结构的可靠性和稳定性，同时第二孔径较小，以此在第一通道120内形成台阶结构，还能够对设置在第一孔径和第三孔径内的部件达到限位效果，提高本申请结构的组装效率。

在本申请中，参考图2，锁紧装置300包括锁紧套310，以及螺纹连接在锁紧套310内的锁紧顶杆320，在锁紧顶杆320的一侧还活动连接有锁紧卡块330；其中，锁紧套310也呈管套结构，在锁紧套310外侧设置有第一外螺纹，且第一外螺纹与第一内螺纹配合连接；锁紧套310内侧设置有第二内螺纹，其中锁紧杆上设置有第二外螺纹，第二外螺纹与第二内螺纹配合连接，锁紧卡块330与锁紧杆活动连接。首先将锁紧套310旋合在第三孔径内，然后再将锁紧顶杆320旋合在锁紧套310内，如此装配方便，并且采用双螺旋配合控制，更有利于调节锁紧后本申请整体结构的可靠度。

为了防止在转动锁紧杆时，带动锁紧套310旋转，进而出现锁紧失效现象，本申请在锁紧套310外侧沿周向设置有限位槽311，还包括限位垫片312，其中限位垫片312与限位槽311相匹配，限位垫片312可选择平垫结构，限位垫片312一端卡合在限位槽311内，另一端通过螺钉固定在第一管套体100外侧；利用限位垫片312限制锁紧套310的径向移动，进而提高本申请结构锁紧的可靠度。在本申请中采用锥面结构配合锁紧，具体地，在凹槽210内设置有第一锥面211，所述锁紧卡块330上设置有第二锥面331，且第一锥面211与第二锥面331相配合，当旋转锁紧顶杆320时，第一锥面211与第二锥面331相对移动；即当向外侧旋转锁紧顶杆320，此时第一管套体100与第二管套体200逐渐分离，两者构成处于解锁状态；当向内侧旋转锁紧顶杆320，此时第一管套体100与第二管套体200逐渐贴合并发生挤压，两者构成处于锁紧状态。

相对于现有技术，本申请通过在第一管套体100上开设第一通道120，以及设置相配合的锁紧装置300，然后利用锥面挤压达到锁紧效果；整体结构简单；并且在锁紧装置300中设置双螺旋连接结构，以及通过锥面锁紧结构，能够进一步提高锁紧的可靠度，以及能够快速调节锁紧和解锁状态，实现快速连接。

进一步地，在本申请的其他实施例中，参考图2、图8、图9，锁紧卡块330呈多边形立体结构，在锁紧卡块330右侧设置有具有单侧开口的连接槽334，锁紧顶杆320一侧设置有连接头321，且连接头321卡合在连接槽334内；在具体实施中，连接头321与锁紧顶杆320形成相互配合的连接部，例如连接头321可选择球状结构或T形结构或其他现有技术形状的结构，而对应的连接槽334设置与之相对应的槽状结构，两者装配后形成配合；在本申请中通过转动锁紧顶杆320，进而带动锁紧卡块330与第二管套体200贴合或远离，连接头321采用球状结构其连接效果最佳。

进一步地，在本申请的其他实施例中，参考图2、图8，所述锁紧卡块330左侧设置有凸起333，在凸起333的上侧设置有第二锥面331，凸起333的下侧设置有第三锥面332，且第二锥面331与第三锥面332偏心设置，以及第二锥面331的锥度大于第三锥面332的锥度。具体地，采用凸起333结构，更方便与凹槽210内的锥面抵接；且采用上侧和下侧形成不同锥度的锥面结构，尤其是下侧形成的第三锥面332的锥度小于第二锥面331的锥度，能够更好的避免锁紧卡块330与第二管套体200之间产生的干涉。需要说明的是，本申请中的锥度是指锥面与锁紧卡块330移动方向投影面之间的角度。在本申请中还采用偏心设置，即以本申请中锁紧顶杆320的轴线作为基准线，基准线到第二锥面331的距离小于基准线到第三锥面332的距离，两者形成偏心结构，结合本申请锁紧装置300用于对第一管套体100和第二管套体200之间相对位置的锁紧，采用上述偏心结构能够提高锁紧装置300的承载力，进一步提升本申请结构的可靠性。

更进一步地，在本申请的其他实施例中，所述第二锥面331的锥度为24°-28°；在具体设置中，应避免出现自锁现象，即应同时兼顾锁紧性能和解锁性能两种状态，以及还应兼顾提升状态和管内流体冲击状态，经测试，当锥度大于9.2°时，即可避免出现解锁；但当锥度设置在24°-28°时，其锁紧性能和解锁性能最佳，尤其是在其锥度选择在25.7°-26.9°时效果最好。在测试不同锥度的锁紧效果时，还应该结合各部件的材料进行综合评判，本实施例中所选择的材料如下：锁紧卡块330选择低碳合金钢20CrN i Mo，第二管套体200选择中碳合金钢40CrN i2Mo，两者配合后第一锥面211和第二锥面331的锥度选择在25.7°-26.9°时锁紧效果最好，锁紧装置300的寿命也最佳。

进一步地，在本申请的其他实施例中，还包括密封装置，例如可选择密封垫或其他现有密封结构；为了提高密封效果，防止在高压甚至超高压大于等于175MPa时出现泄露或因泄露引起的套管头其他失效；所述密封装置包括设置在第二管套体200顶端面的波形密封装置410，以及设置在第二管套体200周向的橡胶密封装置420，且橡胶密封装置420位于凹槽210下方。在其他实施例中，为了进一步提高密封效果，还可选择在第二管套体200顶端面和/或第二管套体200周向面设置多重密封结构，例如在第二管套体200顶端面设置波形密封装置410和橡胶密封装置420，其中波形密封装置410包括现有市售产品中的波形弹簧，通过将其设置在第二管套体200顶端面其中顶端面与第一管套体100凹腔110的顶面相对应并经锁紧装置300的驱动，导致两者在锁紧状态下尽可能的贴合，设置波形弹簧与橡胶密封的组合结构，以此进一步提高密封效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。