一种复合驱动芯轴锚定套管头的制作方法

本实用新型涉及井口装置技术领域，具体涉及一种复合驱动芯轴锚定套管头。

背景技术：

在芯轴悬挂器使用过程中，因固井质量或套管损坏等原因，会造成环空存在压力，导致芯轴悬挂器与套管头本体之间产生相对窜动，导致密封失效，甚至造成事故。

如何设计一种能够在满足芯轴悬挂器的悬挂的同时，避免管柱窜动，增加套管头的稳定性和可靠性的套管头成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中所存在的上述技术问题提供了一种复合驱动芯轴锚定套管头，其要解决的技术问题在于该套管头在能够满足芯轴悬挂器的悬挂的同时，可以避免管柱窜动，增加套管头的稳定性和可靠性。

为实现上述技术目的，本实用新型实施例提供了一种复合驱动芯轴锚定套管头，包括：

套管头壳体，具有竖向设置的内孔，该内孔具有锚定孔部和锥孔部，所述锚定孔部位于所述锥孔部的上侧，且所述锚定孔部与所述锥孔部的大端连接；所述套管头壳体的侧壁上还设有加压孔，所述加压孔的第一端与所述锚定孔部连接，所述加压孔的第二端延伸至所述套管头壳体的外侧,所述加压孔的第二端安装有单向阀；以及

锚定芯轴单元，包括锚定芯轴体以及由上至下顺次套设于所述锚定芯轴体外侧的卡瓦激发件、锚定卡瓦和环形活塞体，所述锚定芯轴体能够坐置于所述锥孔部上且于所述锚定芯轴体和所述锥孔部的连接处设有主密封；所述环形活塞体能够安装于所述锚定芯轴体与所述锚定孔部之间的环形空间中，并且，所述环形活塞体的内轮廓与所述锚定芯轴体可上下滑动且密封连接，所述环形活塞体的外轮廓与所述锚定孔部可上下滑动且密封连接；所述加压孔的第一端与所述环形活塞体和所述主密封之间的腔体连接；所述环形活塞体的上端与所述锚定卡瓦的下端相抵；所述锚定卡瓦为多个，且多个所述锚定卡瓦围绕所述锚定芯轴体的中心轴线布设；所述卡瓦激发件的外轮廓设有激发锥面，所述激发锥面的小端位于靠近所述锚定卡瓦侧；所述锚定卡瓦具有与所述激发锥面相匹配的内锥面，所述激发锥面与所述内锥面接触；所述锚定卡瓦的外侧设有齿形面，所述齿形面与所述锚定孔部相对应。

优选地，所述锚定芯轴体上设有多个燕尾凸起，所述燕尾凸起沿着所述锚定芯轴体的中心轴线方向延伸，所述燕尾凸起与所述锚定卡瓦上的燕尾槽相匹配。

优选地，所述锚定芯轴体的外轮廓上设有辅助密封部，所述辅助密封部与所述锚定孔部密封连接，所述辅助密封部位于所述主密封与所述环形活塞体之间；所述加压孔的第一端与所述辅助密封部和所述环形活塞体之间的腔体连接。

优选地，所述辅助密封部上设有至少一个环形密封槽，所述环形密封槽内设置有密封件。

优选地，所述套管头壳体上均匀布设有径向穿透所述套管头壳体侧壁的多个顶丝，所述顶丝的前端设有锥形顶部；所述卡瓦激发件的外侧顶端设有与所述锥形顶部相匹配的激发件外锥面。

优选地，所述卡瓦激发件的内侧顶端设有激发件内锥孔，所述锚定芯轴单元还包括压紧螺母盘，所述压紧螺母盘与所述锚定芯轴体的顶部螺接，所述压紧螺母盘的外侧设有与所述激发件内锥孔相匹配的锥形部。

优选地，所述环形活塞体的下端外侧设有第一施压槽，所述第一施压槽与所述加压孔的第一端连接。

优选地，所述主密封包括第一密封圈、第二密封圈和紧固环，所述第一密封圈位于所述第二密封圈的上侧，所述紧固环位于所述第二密封圈的下侧，所述紧固环与所述锚定芯轴体螺接。

优选地，所述燕尾槽与燕尾凸起的配合处具有缝隙。

优选地，所述压紧螺母盘的上顶面均匀布设有多个加力孔。

本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：一种复合驱动芯轴锚定套管头，包括套管头壳体与锚定芯轴单元，该锚定芯轴单元坐封于该套管头壳体内。该套管头能够满足芯轴悬挂器的悬挂，避免管柱窜动，增加套管头的稳定性和可靠性。

进一步地，该套管头壳体具有竖向设置的内孔，该内孔具有锚定孔部和锥孔部。所述锥孔部一方面为锚定芯轴单元提供支撑力，另一方面锥孔部与锚定芯轴单元之间密封连接，实现套管环空的密封。

更近一步地，环形活塞体、锚定卡瓦和卡瓦激发件组合形成液压激发机构，所述环形活塞体能够安装于所述锚定芯轴体与所述锚定孔部之间的环形空间中，并且，所述环形活塞体的内轮廓与所述锚定芯轴体可上下滑动且密封连接，所述环形活塞体的外轮廓与所述锚定孔部可上下滑动且密封连接，所述加压孔的第一端与所述环形活塞体和所述主密封之间的腔体连接。当通过加压孔向该腔体内注入承压介质时，该腔体的下端密封住，承压介质能够推动环形活塞体上移。所述环形活塞体的上端与所述锚定卡瓦的下端相抵，将力传递给锚定卡瓦，进一步推动锚定卡瓦上移。锚定卡瓦上移的过程中受到激发锥面的径向向外的推动力作用，也会逐渐沿着径向方向向外移动。所述锚定卡瓦的外侧设有齿形面，所述齿形面与所述锚定孔部相对应。齿形面与锚定孔部咬合接触，实现锚定芯轴体与套管头壳体的锚定。

又进一步地，所述燕尾槽与燕尾凸起之间形成燕尾连接结构，且燕尾槽和燕尾凸起之间配合处具有一定缝隙。燕尾连接结构能够避免锚定卡瓦从锚定芯轴体上掉落，另一方面还允许锚定卡瓦在锚定芯轴体的轴向和径向微动，进行锚定动作。

又进一步地，当通过加压孔向该腔体内注入承压介质时，锚定芯轴体整体上形成活塞结构，承压介质会向锚定芯轴体施加向下的压力，该向下的压力能够提高主密封处的接触压力，进一步的提高主密封的密封效果。除此之外，辅助密封部与套管头壳体的锚定孔部形成的密封也整体上提高了锚定芯轴单元与套管头壳体之间的密封性能。

又进一步地，顶丝、卡瓦激发件以及锚定卡瓦组合成为第一手动激发机构。旋转顶丝尾部，顶丝前端的锥形顶部挤压激发外锥面，使卡瓦激发件沿着锚定芯轴体的轴向方向向下移动，卡瓦激发件上的激发锥面挤压锚定卡瓦的内锥面使得锚定卡瓦径向向外移动，从而实现锚定。

又进一步地，压紧螺母盘、卡瓦激发件以及锚定卡瓦形成第二手动激发机构，利用压紧螺母盘上的加力孔，使用辅助工具(例如加力杆、螺栓等)可以旋转压紧螺母盘，压紧螺母盘的锥形部挤压卡瓦激发件上的激发件内锥孔，推动卡瓦激发件下移，卡瓦激发件下移同样可以激发锚定卡瓦实现锚定芯轴单元与套管头壳体之间的锚定。

综上所述，本实用新型的复合驱动芯轴锚定套管头上形成了液压激发机构，还可以形成第一手动激发机构和第二手动激发机构，各激发机构既可以单独工作实现锚定卡瓦的激发，也可以根据现场需要组合使用。该套管头能够满足芯轴悬挂器的悬挂，锚定芯轴体与套管头壳体锚定后，可以避免管柱窜动，增加套管头的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的复合驱动芯轴锚定套管头的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的复合驱动芯轴锚定套管头中套管头壳体的结构示意图；

图3为本实用新型一种实施例的复合驱动芯轴锚定套管头中锚定芯轴单元的结构示意图(为便于观察省略了剖面线)；

图4为图3中的局部放大图a；

图5为本实用新型一种实施例的复合驱动芯轴锚定套管头中环形活塞体的结构示意图；

图6为图3中的剖视图b-b；

图7为本实用新型一种实施例的复合驱动芯轴锚定套管头中卡瓦激发件的结构示意图；

图8为本实用新型一种实施例的复合驱动芯轴锚定套管头中压紧螺母盘的俯视图；

图9为本实用新型一种实施例的复合驱动芯轴锚定套管头的压紧螺母盘的操作原理示意图；

图10为本实用新型一种实施例的复合驱动芯轴锚定套管头中主密封的组成原理图。

图中，

10-套管头壳体，11-锚定孔部，12-加压孔，13-锥孔部，14-顶丝孔；

20-锚定芯轴单元，

21-锚定芯轴体，211-燕尾凸起，212-辅助密封部，2121-环形密封槽，213-第二施压槽，

22-环形活塞体，221-第一施压槽，222-外密封滑动面，223-内密封滑动面，

23-锚定卡瓦，231-燕尾槽，232-齿形面，233-内锥面，

24-卡瓦激发件，241-激发锥面，242-激发件内锥孔，243-第一导向孔，244-第二导向孔，245-激发件外锥面，

25-压紧螺母盘，251-锥形部，252-加力孔，26-辅助密封圈，27-主密封，271-第一密封圈，272-第二密封圈，273-紧固环，274-第三密封圈，275-第四密封圈，28-双公短节；

30-单向阀；

40-顶丝，41-锥形顶部；

50-井口阀门，60-压力测量件，70-加力杆。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细的解释和说明。

参考图1所示，一种复合驱动芯轴锚定套管头，包括套管头壳体10与锚定芯轴单元20，该锚定芯轴单元20坐封于该套管头壳体10内且与套管头壳体10锚定，能够满足芯轴悬挂器的悬挂，避免管柱窜动，增加套管头的稳定性和可靠性。

一般来说，套管头壳体10的外侧还可以安装多个井口阀门50和压力测量件60。井口阀门50例如可以为平板阀；压力测量件60例如可以为压力表。

参考图2，该套管头壳体10具有竖向设置的内孔，该内孔具有锚定孔部11和锥孔部13。锥孔部13一方面为锚定芯轴单元20提供支撑力，另一方面锥孔部13与锚定芯轴单元20之间密封连接，实现套管环空的密封。

锚定孔部11位于锥孔部13的上侧，且锚定孔部11与锥孔部13的大端连接。本实施例中，锚定孔部11的内孔直径与锥孔部13的大端直径相同，但应当理解，锚定孔部11的内孔直径也可以大于锥孔部13的大端直径，此处不作特别地限定。另外，锚定孔部11与锥孔部13可以直接相连，也可以通过其他结构间接相连。

套管头壳体10的侧壁上还设有加压孔12，加压孔12的第一端与锚定孔部11连接，加压孔12的第二端延伸至套管头壳体10的外侧。本实施例中，加压孔12的设置方向为沿着套管头壳体10的径向方向，或者说是水平设置的，除此之外，加压孔12也可以根据需要设置为倾斜的。

优选地，在加压孔12的第二端处安装单向阀30，当通过加压孔12向套管头壳体10内部注入承压介质(例如液压油、水等)时，单向阀30起到限制承压介质的流动方向的作用。此外，应当理解的是，可以将单向阀30集成到加压孔12中，也可以将单向阀30附装于套管头的安装工具中。

参考图3和图4，锚定芯轴单元20包括锚定芯轴体21以及由上至下顺次套设于锚定芯轴体21外侧的卡瓦激发件24、锚定卡瓦23和环形活塞体22。锚定芯轴体21的下端可以与双公短节28连接，双公短节28用于与管柱(例如表层套管)连接。

锚定芯轴体21能够坐置于锥孔部13上且于锚定芯轴体21和锥孔部13的连接处设有主密封27。优选地，参考图3，主密封27包括第一密封圈271、第二密封圈272和紧固环273，第一密封圈271位于第二密封圈272的上侧，第一密封圈271夹设于第二密封圈272和锚定芯轴体21之间。紧固环273位于第二密封圈272的下侧，紧固环273与锚定芯轴体21螺接，将第二密封圈272和第一密封圈271固定于锚定芯轴体21上。第二密封圈272的下端外侧设有与套管头壳体10的锥形部251相匹配的倒角结构。本实施例中，第一密封圈271优选为柔性材质(例如橡胶)，第二密封圈272优选为金属材质。

应当理解的是，主密封27的结构具有多种选择。参考图10，还可以为如下结构：主密封27包括由上至下套设于锚定芯轴体21上的第四密封圈275、第三密封圈274、第一密封圈271、第二密封圈272以及紧固环273，其中，第四密封圈275优选为具有矩形截面，且为柔性材质(例如高饱和氢化丁腈)；第三密封圈274、第一密封圈271和第二密封圈272形成组合密封，其中，第三密封圈274、第一密封圈271和第二密封圈27优选为金属材质，且第一密封圈271优选为柔性金属材质(例如304ss或者316ss等)。本实施例中，第三密封圈274和第一密封圈271的截面均设有向第二密封圈272凸出的梯形结构，第二密封圈272的截面上设有容纳上述梯形结构的梯形槽。当锚定芯轴体21承载时，第三密封圈274和第一密封圈271挤压第二密封圈272使其径向向外突出变形，与套管头壳体10之间形成密封连接。

环形活塞体22能够安装于锚定芯轴体21与锚定孔部11之间的环形空间中，并且，环形活塞体22的内轮廓(参考图5中的内密封滑动面223)与锚定芯轴体21可上下滑动且密封连接，环形活塞体22的外轮廓(参考图5中的外密封滑动面222)与锚定孔部11可上下滑动且密封连接，加压孔12的第一端与环形活塞体22和主密封27之间的腔体连接。当通过加压孔12向该腔体内注入承压介质时，该腔体的下端密封住，承压介质能够推动环形活塞体22上移。环形活塞体22的外轮廓内设有环形的槽体，该槽体内可以安装密封件(例如o型橡胶密封圈等)，从而环形活塞体22的外轮廓与套管头壳体10的锚定孔部11实现密封且可滑动连接。本实施例中，在锚定芯轴体21的外侧表面上与环形活塞体22的内侧表面相对应的位置也设置有可以安装密封件的槽体，从而环形活塞体22的内轮廓与锚定芯轴体21之间也实现了密封且可滑动连接。应当说明的是，用于安装密封圈的槽体可以设置为相对的表面上，例如，也可以在环形活塞体22的内表面设置用于安装密封圈的槽体，同时移除设置在锚定芯轴体21外轮廓的槽体。

参考图4和图5，环形活塞体22的下端外侧设有第一施压槽221。第一施压槽221与加压孔12的第一端连接。进一步优选地，在锚定芯轴体21上与第一施压槽221相邻的位置还可设置第二施压槽213。第一施压槽221和第二施压槽213形成便于承压介质注入的环形腔体。可以理解，仅设置第二施压槽213也可以实现相同的作用。

参考图4和图6，锚定卡瓦23为四个，且四个锚定卡瓦23围绕锚定芯轴体21的中心轴线布设。当然，还可以将锚定卡瓦23设置为其他数量，例如3个或者5个、6个均可。

参考图4和图7，卡瓦激发件24的外轮廓设有激发锥面241，激发锥面241的小端位于靠近锚定卡瓦23侧。锚定卡瓦23具有与激发锥面241相匹配的内锥面233，激发锥面241与内锥面233接触。卡瓦激发件24通过第一导向孔243与锚定芯轴体21同心连接，从而卡瓦激发件24能够沿着锚定芯轴体的中心轴线方向移动。

上述环形活塞体22、锚定卡瓦23和卡瓦激发件24组合形成液压激发机构。该液压激发机构的工作原理为：通过加压孔12向第一施压槽221和/或第二施压槽213注入承压介质时，承压介质推动环形活塞体22上移。环形活塞体22的上端与锚定卡瓦23的下端相抵，将力传递给锚定卡瓦23，推动锚定卡瓦23上移。锚定卡瓦23上移的过程中受到激发锥面241的推动作用，也会逐渐沿着径向方向向外移动。锚定卡瓦23的外侧设有齿形面232，齿形面232与锚定孔部11相对应。齿形面232与锚定孔部11锚合，实现锚定芯轴体21与套管头壳体10的锚定，起到限制锚定芯轴体21轴线窜动的作用。

参考图4和图6，锚定芯轴体21上设有多个燕尾凸起211，燕尾凸起211沿着锚定芯轴体21的中心轴线方向延伸，燕尾凸起211与锚定卡瓦23上的燕尾槽231相匹配。燕尾槽231与燕尾凸起211之间形成燕尾连接结构，且燕尾槽231和燕尾凸起211之间配合处具有一定缝隙。燕尾连接结构能够避免锚定卡瓦23从锚定芯轴体21上掉落，同时还允许锚定卡瓦23在锚定芯轴体21的轴向和径向方向上微动，进行锚定动作。

参考图4，锚定芯轴体21的外轮廓上设有辅助密封部212，辅助密封部212与锚定孔部11密封连接，辅助密封部212位于主密封27与环形活塞体22之间；加压孔12的第一端与辅助密封部212和环形活塞体22之间的腔体连接。当通过加压孔12向该腔体内注入承压介质时，锚定芯轴体21整体上形成活塞结构，承压介质会向锚定芯轴体21施加向下的压力，该向下的压力能够提高主密封27处的接触压力，进一步的提高主密封27的密封效果。除此之外，辅助密封部212与套管头壳体10的锚定孔部11形成的密封也整体上提高了锚定芯轴单元20与套管头壳体10之间的密封性能。

具体地，上述辅助密封部212可以为设置在锚定芯轴体21外轮廓上的环形密封槽2121，且环形密封槽2121内设置有辅助密封圈26(例如o型橡胶密封圈)。优选地，上述环形密封槽2121为多个。

参考图1、图2、图4和图7，套管头壳体10的上部具有法兰结构，且法兰结构处设有顶丝孔14。顶丝孔14的设置方向为沿着套管头壳体10的径向，顶丝40穿设于顶丝孔14内，顶丝40与顶丝孔14螺纹且密封连接。顶丝40的前端(即朝向套管头壳体10的中心方向端)设有锥形顶部41。卡瓦激发件24的外侧顶端设有与锥形顶部41相匹配的激发件外锥面245。顶丝40、卡瓦激发件24以及锚定卡瓦23组合成为第一手动激发机构。第一手动激发机构的工作原理为：旋转顶丝40尾部(裸露于套管头壳体10的外侧)，顶丝40前端的锥形顶部41挤压激发外锥面，使卡瓦激发件24沿着锚定芯轴体21的轴向方向向下移动，卡瓦激发件24上的激发锥面241挤压锚定卡瓦23的内锥面233使得锚定卡瓦23径向向外移动，从而实现锚定。

参考图4和图7，卡瓦激发件24的内侧顶端设有激发件内锥孔242，锚定芯轴单元20还包括压紧螺母盘25，压紧螺母盘25与锚定芯轴体21的顶部螺接，压紧螺母盘25的外侧设有与激发件内锥孔242相匹配的锥形部251，压紧螺母盘25的上顶面均匀布设有多个加力孔252，该加力孔252可以为螺纹孔、也可以为光孔。卡瓦激发件24通过其内中的第二导向孔244与压紧螺母盘25同心连接。压紧螺母盘25、卡瓦激发件24以及锚定卡瓦23形成第二手动激发机构。第二手动激发机构的工作原理为：参考图9，利用压紧螺母盘25上顶面的加力孔252，使用辅助工具(例如加力杆70、螺栓等，可以采用螺栓与加力孔252螺纹连接)旋转压紧螺母盘25，压紧螺母盘25的锥形部251挤压卡瓦激发件24上的激发件内锥孔242，推动卡瓦激发件24下移，卡瓦激发件24下移同样可以激发锚定卡瓦23实现锚定芯轴单元20与套管头壳体10之间的锚定动作。

综上，本实用新型的复合驱动芯轴锚定套管头上形成了液压激发机构，还可以形成第一手动激发机构和第二手动激发机构，各激发机构既可以单独工作实现锚定卡瓦23的激发，也可以根据现场需要组合使用。该套管头能够满足芯轴悬挂器的悬挂，避免管柱窜动，增加套管头的稳定性和可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。