一种175MPa三层超高压套管头的制作方法

本发明涉及石油钻采设备，具体为一种175mpa三层超高压套管头。

背景技术：

1、采油井口装置主要由套管头、油管头和采油树三大部分组成。其中，套管头的作用是连接表层套管，并通过套管悬挂器悬挂井中的多层套管，套管悬挂器的主密封与副密封、法兰垫环组成一个密闭的环形空间，通过井口装置上的试压孔来检测主密封、副密封以及法兰垫环的密封性能，对保障井口装置安全使用至关重要。

2、现阶段，国内部署了越来越多的超深井等风险探井。这些井具有埋藏深、压力系数高、单井设计产量高、井口流体温度高等特点，甚至出现了完井深度超过8000米，地层压力超过180mpa，地层温度达到170℃，预计关井压力超过135mpa的超高压力井。目前国内使用的采气井口设备最高可以承压138mpa，主要分布在新疆油田南缘区块、塔里木山前、西南油气田的川西北区块，但是该承压水平的井口设备已经完全满足不了这些特殊井的生产安全需求。基于此，发明人有目的的提供了一种结构简单巧妙、承压水平高的175mpa三层超高压套管头。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种结构简单巧妙、承压水平高的175mpa三层超高压套管头，以解决现有技术中符合行业标准api 6a的规定范围的井口设备已经完全满足不了特殊井生产安全需求的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种175mpa三层超高压套管头，其包括套管四通以及芯轴悬挂器，套管四通包括由顶部至底部依次布置且首尾密封连接的上层四通本体、中层四通本体以及下层四通本体，相邻两个四通本体之间也通过螺栓固定连接，各四通本体的旁通分别安装有手动平板阀，所述上层四通本体的顶部设置有与其匹配的上部法兰，并且上部法兰通过螺栓与上层四通本体固定连接，所述下层四通本体的顶部设置有与其匹配的密封支撑底盘，所述的芯轴悬挂器包含上层芯轴悬挂器、中层芯轴悬挂器以及下层芯轴悬挂器，上层芯轴悬挂器、中层芯轴悬挂器以及下层芯轴悬挂器分别与上层四通本体、中层四通本体以及下层四通本体匹配连接，各层芯轴悬挂器匹配设置有螺纹连接的套管，所述芯轴悬挂器包括悬挂器本体以及设置在悬挂器本体外圆面上的中部金属密封以及下金属密封，中部金属密封受到径向的挤压力向下变形产生过盈进行密封，下金属密封受到轴向的挤压力向上变形产生过盈进行密封。

4、作为本方案进一步的优化或者改进。

5、所述中部金属密封同轴套接在悬挂器本体的外圆面上，中部金属密封的底部与悬挂器本体形成的台阶接触，中部金属密封上方同轴设置有套接于悬挂器本体上的压圈，压圈上方同轴设置有套接于悬挂器本体上的卡簧，初始状态下，卡簧将压圈约束与中部金属密封接触，所述压圈的顶部设置为激发锥形面一，该锥形面一与悬挂器本体轴线之间的距离由下至上逐渐减小。

6、作为本方案进一步的优化或者改进。

7、所述下金属密封同轴套接在悬挂器本体的外圆面上，下金属密封的顶部与悬挂器本体形成的台阶接触，下金属密封下方同轴设置有套接于悬挂器本体上的密封圈托圈，密封圈托圈下方同轴设置有螺纹连接于悬挂器本体上的并紧螺母，并紧螺母将密封圈托圈约束与下金属密封接触，所述密封圈托圈的底部设置为激发锥形面二，该锥形面二与悬挂器本体轴线之间的距离由下至上逐渐增大。

8、作为本方案进一步的优化或者改进。

9、所述悬挂器本体的顶部开设有环形的沟槽，沟槽内设置有与其匹配的顶部金属密封，顶部金属密封的截面为矩形结构并且该矩形结构的四个边角倒角形成23°的斜面，通过拧紧螺栓，使得上部法兰与上层四通本体压紧/上层四通本体与中层四通本体压紧/上层四通本体与下层四通本体压紧，压缩该顶部金属密封，使其变形，顶部金属密封内外两侧23°斜面紧贴悬挂器本体上的沟槽以及上部法兰上沟槽，进而产生过盈实现密封。

10、作为本方案进一步的优化或者改进。

11、所述的悬挂器本体上设置有两道s型密封圈，s型密封圈位于中部金属密封与下金属密封之间。

12、作为本方案进一步的优化或者改进。

13、所述中层芯轴悬挂器的悬挂器本体与上层四通本体相互嵌套配合并且配合处设置有二次密封，所述下层芯轴悬挂器的悬挂器本体与中层四通本体相互嵌套配合并且配合处设置有二次密封，二次密封包括橡胶密封与金属密封。

14、作为本方案进一步的优化或者改进。

15、所述悬挂器本体的外圆面设置有凸起的台阶，中层金属密封设置在该台阶的顶部，下金属密封设置在该台阶的下部，各个四通本体上设置有匹配的顶丝，顶丝与锥形面一正对布置。

16、作为本方案进一步的优化或者改进。

17、所述四通本体上设置有激发锥面，激发锥面与悬挂器本体轴线之间的距离由下至上逐渐增大，激发锥面与锥形面二接触。

18、作为本方案进一步的优化或者改进。

19、所述悬挂器本体上设置有坐挂台阶，坐挂台阶位于s型密封圈与下金属密封之间，四通本体上设置有与坐挂台阶匹配的承接台阶，坐挂台阶与承接台阶相互配合。

20、本发明的有益效果：1、该175mpa三层超高压套管头的核心零部件芯轴式悬挂器，其采用全新结构，能够多维度保证密封，芯轴式悬挂器自带3道金属密封+1组橡胶密封，且每种密封的激发位置相互独立，互不干涉；2、中部金属密封以及下金属密封的配合，能够维持悬挂器本体整体的密封性能，保证在超高压的环境之下工作，能够避免悬挂器本体上下窜动造成的泄露；3、坐挂台阶与承接台阶相互配合，坐挂台阶使下金属密封不会由于套管自重，产生过度压缩，保证密封的可靠性；4、各悬挂器本体与上部相邻的四通本体建立密封连接，确保整体结构的密封性能。

技术特征：

1.一种175mpa三层超高压套管头，其特征在于：其包括套管四通(10)以及芯轴悬挂器(20)，套管四通(10)包括由顶部至底部依次布置且首尾密封连接的上层四通本体(11)、中层四通本体(12)以及下层四通本体(13)，相邻两个四通本体之间也通过螺栓(15)固定连接，各四通本体的旁通分别安装有手动平板阀，所述上层四通本体(11)的顶部设置有与其匹配的上部法兰(14)，并且上部法兰(14)通过螺栓(15)与上层四通本体(11)固定连接，所述下层四通本体(13)的顶部设置有与其匹配的密封支撑底盘(16)，所述的芯轴悬挂器(20)包含上层芯轴悬挂器、中层芯轴悬挂器以及下层芯轴悬挂器，上层芯轴悬挂器、中层芯轴悬挂器以及下层芯轴悬挂器分别与上层四通本体(11)、中层四通本体(12)以及下层四通本体(13)匹配连接，各层芯轴悬挂器匹配设置有螺纹连接的套管，所述芯轴悬挂器(20)包括悬挂器本体以及设置在悬挂器本体外圆面上的中部金属密封(24a)以及下金属密封(27a)，中部金属密封(24a)受到径向的挤压力向下变形产生过盈进行密封，下金属密封(27a)受到轴向的挤压力向上变形产生过盈进行密封。

2.根据权利要求1所述的一种175mpa三层超高压套管头，其特征在于：所述中部金属密封(24a)同轴套接在悬挂器本体的外圆面上，中部金属密封(24a)的底部与悬挂器本体形成的台阶接触，中部金属密封(24a)上方同轴设置有套接于悬挂器本体上的压圈(24b)，压圈(24b)上方同轴设置有套接于悬挂器本体上的卡簧(24c)，初始状态下，卡簧(24c)将压圈(24b)约束与中部金属密封(24a)接触，所述压圈(24b)的顶部设置为激发锥形面一，该锥形面一与悬挂器本体轴线之间的距离由下至上逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的一种175mpa三层超高压套管头，其特征在于：所述下金属密封(27a)同轴套接在悬挂器本体的外圆面上，下金属密封(27a)的顶部与悬挂器本体形成的台阶接触，下金属密封(27a)下方同轴设置有套接于悬挂器本体上的密封圈托圈(27b)，密封圈托圈(27b)下方同轴设置有螺纹连接于悬挂器本体上的并紧螺母(27c)，并紧螺母(27c)将密封圈托圈(27b)约束与下金属密封(27a)接触，所述密封圈托圈(27b)的底部设置为激发锥形面二，该锥形面二与悬挂器本体轴线之间的距离由下至上逐渐增大。

4.根据权利要求3所述的一种175mpa三层超高压套管头，其特征在于：所述悬挂器本体的顶部开设有环形的沟槽(22)，沟槽(22)内设置有与其匹配的顶部金属密封(21)，顶部金属密封(21)的截面为矩形结构并且该矩形结构的四个边角倒角形成23°的斜面(23)，通过拧紧螺栓(15)，使得上部法兰(14)与上层四通本体(11)压紧/上层四通本体(11)与中层四通本体(12)压紧/上层四通本体(11)与下层四通本体(13)压紧，压缩该顶部金属密封(21)，使其变形，顶部金属密封(21)内外两侧23°斜面(23)紧贴悬挂器本体上的沟槽(22)以及上部法兰(14)上沟槽，进而产生过盈实现密封。

5.根据权利要求4所述的一种175mpa三层超高压套管头，其特征在于：所述的悬挂器本体上设置有两道s型密封圈(25)，s型密封圈(25)位于中部金属密封(24a)与下金属密封(27a)之间。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种175mpa三层超高压套管头，其特征在于：所述中层芯轴悬挂器的悬挂器本体与上层四通本体(11)相互嵌套配合并且配合处设置有二次密封，所述下层芯轴悬挂器的悬挂器本体与中层四通本体(12)相互嵌套配合并且配合处设置有二次密封，二次密封包括橡胶密封与金属密封。

7.根据权利要求2所述的一种175mpa三层超高压套管头，其特征在于：所述悬挂器本体的外圆面设置有凸起的台阶，中层金属密封(24a)设置在该台阶的顶部，下金属密封(27a)设置在该台阶的下部，各个四通本体上设置有匹配的顶丝(40)，顶丝(40)与锥形面一正对布置。

8.根据权利要求3所述的一种175mpa三层超高压套管头，其特征在于：所述四通本体上设置有激发锥面(26a)，激发锥面(26a)与悬挂器本体轴线之间的距离由下至上逐渐增大，激发锥面(26a)与锥形面二接触。

9.根据权利要求5所述的一种175mpa三层超高压套管头，其特征在于：所述悬挂器本体上设置有坐挂台阶(26b)，坐挂台阶(26b)位于s型密封圈(25)与下金属密封(27a)之间，四通本体上设置有与坐挂台阶(26b)匹配的承接台阶，坐挂台阶(26b)与承接台阶相互配合。

技术总结
本发明涉及石油钻采设备技术领域，具体提供了一种175MPa三层超高压套管头，其包括套管四通以及芯轴悬挂器，芯轴悬挂器包含上层芯轴悬挂器、中层芯轴悬挂器以及下层芯轴悬挂器，所述芯轴悬挂器包括悬挂器本体以及设置在悬挂器本体顶部的顶部金属密封，设置在悬挂器本体外圆面上的中部金属密封以及下金属密封，中部金属密封受到径向的顶丝挤压力向下变形产生过盈进行密封，下金属密封受到轴向的挤压力向上变形产生过盈进行密封，本发明能够多维度保证密封，且每种密封的激发位置相互独立，互不干涉；中部金属密封以及下金属密封的配合，能够维持悬挂器本体整体的密封性能，保证在超高压的环境之下工作，能够避免悬挂器本体上下窜动造成的泄露。

技术研发人员：吴启春,吴尧
受保护的技术使用者：建湖县鸿达阀门管件有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13