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API知识

速看!套管头详解


速看!套管头详解

套管头

   套管头是套管和井口装置之间的重要连接件 套管头是套管和井口装置之间的重要连接件。它的下端通过螺纹与表层套管相连,上端通过法兰或卡箍与井口装置或防喷器相连。


△常用的套管头

套管头的特点

  • 套管连接既可采用螺纹连接,也可采用卡瓦连接,悬挂套管既快速又方便;

  • 套管挂采用刚性与橡胶复合密封结构,还可采用金属密封,増强了产品的密封性能;

  • 设计有防磨套及试压取出工具,方便防磨套的取出和对套管头进行试压;

  • 上法兰设计有试压、二次注脂装置;

  • 套管头侧翼阀门配置,根据用户需求设计;

套管头的作用

   套管头安装在表层套管柱上端,用来悬挂表层套管以外的各层套管和密封套管环形空间的井口装置部件,主要作用有以下几点
1、通过悬挂器悬挂除表层套管之外的各层套管的部分或全部重量;
2、连接防喷器等井口装置;
3、在内外层套管柱之间形成压力密封;
4、为释放可能积聚在两成套管柱之间的压力提供出口;
5、在紧急情况下,可由套管头侧孔向井内泵入流体,如压井液或灭火剂;
6、特殊作业:a.固井质量不好可众侧孔补注水泥,b.酸化压裂时,可从侧孔注入压力平衡液。


△各层套管头结构


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为了好记忆,将套管头的作用和用途归纳为四句话:

  • 悬挂各层套管重量;

  • 支撑套管头以上防喷器;

  • 为各层套管之间提供密封;

  • 为特殊作业提供通道;

套管头的分类

1. 按悬挂套管层数

   按悬挂套管层数可分为:单级套管头、双级套管头、三级套管头;其中单级套管头一般用在低压浅层地层生产井当中;双级套管头适用于大多数地层压力较为明确的区域,使用量较多;三级套管头一般用在高压深井或勘探井中;


△单级套管头


△双级套管头


△三级套管头

2. 按套管悬挂器的结构型式    按套管悬挂器的结构型式可分为卡瓦式套管头、芯轴式(螺纹式)套管头、整体式(焊接式)套管头;


△卡瓦式套管头


△芯轴式套管头


△整体式(焊接式)套管头


3. 按本体间连接方式
  按本体间连接方式分为法兰式套管头、卡箍式套管头、独立螺纹式(悬挂套管柱上端和油管头本体下端用螺纹连接的套管头);

4.  按本体的结构型式
    按本体的结构型式分单体式套管头(一个本体内装一个悬挂器)、组合式套管头(一个本体内装多个悬挂器);

套管头的型号表示法



套管头的结构及密封

1. 套管头的结构
 套管头由四通、套管悬挂器、顶丝总成、法兰式平行闸阀、连接件、压力显示机构等组成;

2. 橡胶密封工作原理

  套管头密封由套管头本体、BT形橡胶密封圈、套管悬挂器、燕尾形橡胶密封圈、顶丝V形密封圈、密封垫环构成,套管悬挂器座挂在套管头本体台阶上,由于套管的悬重,金属与金属的接触就产生刚性被动密封套管悬挂器与套管的密封为螺纹密封。
   套管头四通有与套管悬挂器外径(或套管外径)相匹配的BT密封及相应的注脂、试压孔,使用时必须从注脂阀注入高压密封脂,方能使BT密封起作用。若密封出现渗漏,应从注脂阀和试压阀分别注入密封脂,使密封继续生效。
注脂压力不超过该法兰额定工作压力如密封套管,则不超过该套管的额定许用挤毁压力。压力试压孔用于套管悬挂器外密封试验。
   法兰上有顶丝,用于锁定防磨套(保护密封面),在座套管悬挂器后,又能将套管悬挂器锁定。
若顶丝处出现渗漏,可拧紧压帽,使密封生效。套管头四通两侧口法兰,一端接平板阀(或盲法兰),另一端接平板阀、丝扣法兰、接头、截止阀及压力表,经压力表可观察两套管层之间的环空压力。


△套管头结构


3. 套管头的金属、橡胶密封
   套管头金属、橡胶密封由套管头本体、BT形橡胶密封圈、上金属密封组件、下金属密封组件、套管悬挂器、燕尾形橡胶密封圈、顶丝V形密封圈、密封垫环构成,套管悬挂器座挂在套管头本体台阶上,由于套管的悬重,金属与金属的接触就产生刚性被动密封。套管悬挂器与套管的密封为螺纹密封(见上图);上金属密封环是在安装上法兰前,通过测量上金属密封环在上法兰孔中的位置尺寸,再确定装调节环的厚度,使调节环在上法兰孔中冒出一定的过盈量。在上法兰与套管头四通连接时,通过套管头四通压缩调节环,使上金属密封环变形,从而达到密封套管悬挂器的作用

  套管悬挂器的下金属密封组件的密封原理,是通过金属密封环和套管头四通、套管悬挂器的设计,保证各零件的几何尺寸,利用顶丝上的45°锥面旋转,使下金属密封组件压环下行,使金属密封环组件U形环变形,从而达到密封套管悬挂器的作用。


△套管头的金属、橡胶密封


套管头悬挂器

1. 芯轴悬挂器

  芯轴式(即螺纹式)悬挂器,相当于一个套管接箍,无需切割套管(W及WE型均需要)省事,甚至不打开防喷器就可以悬挂套管,解决井口悬挂密封问题。但是需要计算下入套管深度,避免触底。一般用在较为稳定的生产井上。一般芯轴式(螺纹式)悬挂器配合螺纹式套管头使用,也可更换相应的卡瓦式悬挂器。套管头金属、橡胶密封的芯轴悬挂器的密封原理与油管头金属、橡胶密封的芯轴悬挂器相同。


△橡胶密封的芯轴悬挂器

△金属、橡胶密封的芯轴悬挂器


2. 卡瓦悬挂器

a. 卡瓦悬挂器的结构:
 卡瓦悬挂器主要由卡瓦牙(四等分)、卡瓦座(两等分)、橡胶密封(两等分)、支承座(两等分)等组成。

b. 卡瓦悬挂器的工作原理:
 将两半组合的卡瓦悬挂器抱住套管,整体投入到套管头孔中,使卡瓦牙紧紧卡住套管,在套管自重和卡瓦牙锥度的作用下,卡瓦牙越楔越紧,使卡瓦牙对套管越卡越紧。而橡胶密封件在自重的作用下产生变形,形成对套管和套管头本体的密封。

△卡瓦悬挂器


c. 倒卡瓦悬挂器

   倒卡瓦悬挂器座是用螺栓固定在套管头本体下部,将套管装入BT密封圈之后才放下卡瓦,使卡瓦牙紧紧卡住套管,在套管自重和锥度的作用,卡瓦牙越楔越紧,使卡瓦牙对套管越卡越紧。


△倒卡瓦悬挂器


卡瓦悬挂器

1. WE型卡瓦悬挂器:
  一般来说,WE型卡瓦悬挂器用于表层,特点是:大尺寸,密封环空压力不太高(对比W型)。另一种情况是:套管被固井无法上提下放(这是W型悬挂器的先决条件),WE可以被动式(套管不动,悬挂器活动密封,靠手动而不靠悬重激发密封)的安装密封,予以补救。如果不严格计较悬重、密封等因素,WE型与W型相同尺寸相同厂家的一般可以互换。

△WE型卡瓦悬挂器


2. W型套管悬挂器

   相对比与WE型,它依靠钻柱悬重激发密封,特点是:悬挂吨位最大,密封较好,更稳妥,一般用在技术套管的悬挂

△WE型卡瓦悬挂器


3. WD型悬挂器

  仅用于表层套管头,下部连接表层套管。


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