一种上下金属密封的单级套管头的制作方法
【专利摘要】一种上下金属密封的单级套管头，其套管挂是两端细中间粗的加长颈套管挂，在套管挂外圆的中上部位与转换法兰的中心孔壁之间，装有一组由压紧圈、内密封圈、外密封圈和调节垫圈组成的锥面膨胀式金属密封组件；在套管挂外圆的中下部位与套管四通的中心孔壁之间，装有一组由下垫环、X型密封圈、上垫环、拼紧螺母和紧定螺钉组成的上下楔入式金属密封组件。另外，还可通过转换法兰上的注脂阀和小阶台孔，向套管悬挂器与转换法兰以及套管四通之间的凹槽、环形空间和缝隙内注入密封脂，从而起到双重密封的保险作用；可以有效地密封套管与套管之间、套管与油管之间的腐蚀性高温高压介质，特别适合在含硫的和高温高压的油气井上使用。
【专利说明】 一种上下金属密封的单级套管头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油机械，油气井钻采设备中的套管头。
【背景技术】
[0002]单级套管头是石油、天然气开采过程中，普通油气井必须使用的一种基础设备，通常以底座、套管四通、套管悬挂器和盖法兰为核心，外加旁通道上的阀门或测井零部件等所组成，用来固定井位、联接套管柱和井口其它设备。在油气井高温、高压和酸性介质的作用下，套管悬挂器上的橡胶密封件比较容易损坏。而现有采用金属密封件的套管头虽形式多样，但其密封性能容易受到零件结构、压紧力度、加工精度和装配技术等因素的影响，其密封效果差强人意。
【发明内容】
[0003]本实用新型针对套管头中使用的橡胶密封件寿命短，金属密封件密封效果欠佳的问题，进行认真地选型和试验，研制一种密封性能较好的金属密封单级套管头。
[0004]本实用新型包括底座、套管四通、套管悬挂器、转换法兰、顶丝部件和注脂阀，其独特之处是:套管悬挂器中的套管挂，是两端细中间粗的加长颈套管挂；在套管挂外圆的中上部位与转换法兰的中心孔壁之间，装有一组由压紧圈、内密封圈、外密封圈和调节垫圈组成的锥面膨胀式金属密封组件；在套管挂外圆的中下部位与套管四通的中心孔壁之间，装有一组由下垫环、X型密封圈、上垫环、拼紧螺母和紧定螺钉组成的上下楔入式金属密封组件。
[0005]另外，在套管挂外圆的上端与转换法兰的中心孔壁之间，加工有一道凹槽；在转换法兰的圆锥体部位，加工有两个与凹槽相通的小阶台斜孔；在两个小阶台斜孔的外端口处，分别装有一个注脂阀和一个泄压阀。在转换法兰下方法兰的圆周边上，加工有两个水平的小阶台孔，与中心处的阶台通孔下端相通；在两个水平的小阶台孔外端口处，分别装有一个注脂阀和一个泄压阀。
[0006]由于本实用新型采用加长颈的套管挂，在套管挂的上下两处装有两组不同结构的金属密封组件，可以有效地密封套管与套管之间、套管与油管之间的腐蚀性高温高压介质。另外，在套管挂的上端处、转换法兰中心阶台通孔的孔壁上，还加工有一道凹槽；在套管悬挂器外圆与转换法兰以及套管四通的中心孔壁之间，还存在着环形空间和缝隙；这些凹槽、环形空间和缝隙，均可通过注脂阀和小阶台孔，接受外来注塑枪注入的密封脂，从而起到双重密封的保险作用，使之适合在含硫的和高温高压的油气井上使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型全剖视的总体结构示意图；
[0008]图2为图1中压紧圈零件的水平俯视示意图。
[0009]附图中标号所示的零部件名称如下:[0010]1、底座，2、套管四通，3、套管挂，4、下垫环，5、X型密封圈，6、上垫环，7、转换法兰，8、注脂阀，9、压紧圈、10、内密封圈，11、外密封圈，12、调节垫圈，13、泄压阀，14、螺栓螺母，15、导向螺钉，16、密封垫环，17、顶丝部件，18、拼紧螺母，19、紧定螺钉。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0012]图1中，本实用新型中的套管悬挂器，由套管挂(3)和两组金属密封组件所组成。套管悬挂器中的套管挂(3)，是两端细中间粗的加长颈套管挂；中间的通孔是容纳油气管的过道，通孔上端的细牙螺纹用来联接装卸用的吊扣，通孔下端的锥螺纹用来联接内套管。由下垫环(4)、X型密封圈(5)、上垫环(6)、拼紧螺母(18)和紧定螺钉(19)组成的一组上下楔入式金属密封组件，安装在套管挂(3)外圆的中下部与套管四通(2)的中心孔壁之间；X型密封圈(5)与截面呈梯形凸起的下垫环(4)和上垫环(6)相互吻合后，在套管四通(2)中心孔内的台阶和套管悬挂器安装套管后的重力作用下，使X型密封圈(5)膨胀，达到密封的效果。由压紧圈(9)、内密封圈(10)、外密封圈(11)和调节垫圈(12)组成的另一组锥面膨胀式金属密封组件，安装在套管挂(3)外圆的上部与转换法兰(7)的中心孔壁之间；在联接套管四通(2)和转换法兰(7)的多根螺栓螺母(14)的压力作用下，使内密封圈(10)和外密封圈(11)的锥面相互挤压膨胀，进行密封。套管悬挂器与套管四通(2)、转换法兰(7)、注脂阀(8)、泄压阀(13)、螺栓螺母(14)、导向螺钉(15)、密封垫环(16)和顶丝部件(17)等零部件组合后，焊接在底座(1)上，交油气田使用。
[0013]套管四通(2)中心是阶台通孔，用来安装套管悬挂器；阶台通孔的下端是锥管螺纹，用来联接表套管；上方是法兰，用均布的多只螺栓螺母(14)和密封垫环(16)与转换法兰(7)相联接；在上方法兰的圆周边上，加工有数个两端有螺纹、并与中心孔相通的水平阶台孔，孔中各装有一个顶丝部件(17)，用来压紧套管悬挂器；套管四通(2)的中下方是两段不同直径的圆柱体，在直径较粗的圆柱体对应的两侧，加工有两个平面；在两个平面的中间部位，加工有一个与中心孔贯通的旁通孔，在两个平面的旁通孔口处，均加工有多只螺纹孔和一道梯形垫环槽，以便用螺栓螺母和密封垫环来联接旁通道上的其它阀门或测井零部件。
[0014]转换法兰(7)上方和下方是法兰，上下法兰之间是过渡的圆柱体和圆锥体，中心是阶台通孔。下法兰采用多根螺栓螺母(14)和一个密封垫环(16)，与套管四通(2)相联接；上法兰也采用螺栓螺母和密封垫环，与其它井口设备相联接。转换法兰(7)中心的阶台通孔，下半部分安装套管悬挂器，上半部分是容纳油气管的过道；在阶台通孔下端的第一层台阶的水平面上，加工有两个小螺纹孔。在套管挂(3)的上端处、转换法兰(7)中心阶台通孔的孔壁上，还加工有一道凹槽；在转换法兰(7)的圆锥体部位，加工有两个与凹槽相通的小阶台斜孔；在两个小阶台斜孔的外端口处，分别装有一个注脂阀(8)和一个泄压阀(13)。在转换法兰(7)下方法兰的圆周边上，加工有两个水平的小阶台孔，与中心处的阶台通孔下端相通；在两个水平的小阶台孔外端口处，也分别装有一个注脂阀(8)和一个泄压阀(13)。
[0015]图2中:套管悬挂器上方的锥面膨胀式金属密封组件中，压紧圈(9)的中间是通孔，上面是凸起的台阶，下面对称地加工有两个阶台孔，外圆的周边上对称地切有两个凹槽；压紧圈(9)的上面与外密封圈(11)接触，下面周边与套管四通(2)接触，下面的两个阶台孔与转换法兰(7)中心孔下端第一层台阶平面上的两个小螺纹孔相对，装有两根导向螺钉(15)，以保证压紧圈(9)外圆周边上的两个凹槽，与转换法兰(7)下方法兰圆周边上的两个水平小阶台孔相对，以方便密封脂的流动。
[0016]在套管头安装就绪后，用注塑枪通过注脂阀(8)向套管头内注入的密封脂，当密封脂从另一端的泄压阀(13)溢出后，证明套管悬挂器与套管四通(2)、转换法兰(7)之间的凹槽、环形空间和缝隙已充满密封脂。
【权利要求】
1.一种上下金属密封的单级套管头，包括底座、套管四通、套管悬挂器、转换法兰、顶丝部件和注脂阀，其特征是:套管悬挂器中的套管挂(3)，是两端细中间粗的加长颈套管挂；在套管挂(3)外圆的中上部位与转换法兰(7)的中心孔壁之间，装有一组由压紧圈(9)、内密封圈(10)、外密封圈(11)和调节垫圈(12)组成的锥面膨胀式金属密封组件；在套管挂(3)外圆的中下部位与套管四通(2)的中心孔壁之间，装有一组由下垫环(4)、X型密封圈(5)、上垫环(6)、拼紧螺母(18)和紧定螺钉(19)组成的上下楔入式金属密封组件。
2.根据权利要求1所述的上下金属密封的单级套管头，其特征是:在套管挂(3)的上端处、转换法兰(7)中心阶台通孔的孔壁上，加工有一道凹槽；在转换法兰(7)的圆锥体部位，加工有两个与凹槽相通的小阶台斜孔；在两个小阶台斜孔的外端口处，分别装有一个注脂阀(8)和一个泄压阀(13)。
3.根据权利要求1所述的上下金属密封的单级套管头，其特征是:套管悬挂器上方的锥面膨胀式金属密封组件中，压紧圈(9)的中间是通孔，上面是凸起的台阶，下面对称地加工有两个阶台孔，外圆的 周边上对称地切有两个凹槽。
【文档编号】E21B33/04GK203822240SQ201420259942
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月18日 优先权日:2014年5月18日
【发明者】姜玉虎, 杨培建, 丁中铭, 姜金维, 张学清, 周世海 申请人:江苏宏泰石化机械有限公司