可伸缩式热采套管头的研制

章 国 华

（胜利油田胜机石油装备有限公司，山东东营 257067）

稠油热采不仅需要大量的热采井口，还需要与之相匹配的大量热采套管头。本文介绍了一种可伸缩式热采套管头装置，该装置设计了金属密封式套管悬挂器及套管头壳体和上法兰，实现了高温注汽井的套管头稳定密封，经现场试验效果良好。

1 结构

可伸缩式热采套管头主要由热采壳体、热采闸阀、伸缩式悬挂器、上法兰等部件组成（图1）。因普通橡胶密封在高温下均要碳化，无法实现密封。为了能够在高温高压下形成有效而可靠的密封，整个装置均采用金属密封方式。

图1 可伸缩式热采套管头

1.1 套管头壳体

（1）套管头壳体设计了与悬挂器下部相配合的内孔，该内孔深度设计较长，便于悬挂器在其内部上下移动。

（2）壳体下部设计有表层套管螺纹，可联接并密封表层套管。

（3）上部设计了与上法兰联接并密封的螺栓孔和钢圈槽，便于上法兰安装在套管头壳体上部。

1.2 套管悬挂器

（1）因考虑钻井及固井过程中钻井液返高的需求，悬挂器下部外径设计了可通过钻井液的若干通道。

（2）悬挂器上部设计了与上法兰过盈配合的金属密封外径，从而保证了悬挂器与上法兰内孔的密封。

（3）为了便于安装及减少悬挂器与上法兰内孔密封的磨损，在悬挂器上端面设计了释放槽，从而提高了金属密封处的使用寿命。

（4）该金属密封是悬挂器本体的一部分，属于整体式金属密封。

1.3 上法兰

（1）上法兰底部设计有与悬挂器配合的内孔，该内孔深度较长，可满足悬挂器与上法兰形成有效金属密封的同时，也可在其内部上下移动，从而吸收了套管因热胀冷缩形成的力，保证了套管头与井口的安全。

（2）上法兰的上部设计了技术套管螺纹，通过一个短接可与热采井口相联。

（3）安装在上法兰上部的热采井口不会因套管的升长而升高，井口处于稳定状态。

2 工作原理

当通过热采井口往井底注蒸汽时，与井口相联接套管头的温度也会随着升高，套管会升长，套管悬挂器在壳体里可往上移动，有效消除套管因热胀冷缩而形成的应力。伸缩式悬挂器的设计既可以悬挂热采用套管，又能满足温度大范围变化的要求。上法兰上部的套管螺纹可接热采井口，当温度升高时，安装在上部的热采井口不会随着套管的升高而上移，确保了热采井口能够稳定的工作。

3 技术参数

套管头壳体公称通径：240 mm；常温额定工作压力：35 MPa；高温（370 ℃）额定工作压力：24.7 MPa；额定工作温度：-29～370 ℃；连接形式： 法兰；材料级别：DD；性能级别：PR1；规范级别：PSL2。

4 应用效果

试验表明，该热采套管头静态和动态密封均可靠，伸缩式悬挂器的设计既能悬挂热采用套管，又能满足温度大范围变化的要求，可有效消除套管因热胀冷缩而形成的应力。热采套管头每年可在胜利油田推广应用200 多套。

5 结论

该热采套管头结构设计合理，安装使用方便，为稠油热采井的可靠开采提供了安全保障；当对稠油热采井进行高温高压蒸汽吞吐时，套管因热胀冷缩会出现伸长或缩短现象，可伸缩式热采套管头能很好地满足这一特殊工况，避免了因出现压缩或拉伸应力而损坏，同时能保证安装在套管头上的井口和采油树不会因为热胀冷缩而上下活动，一直处于稳定状态。

［1］ SY/T 5127—2002.井口装置和采油树规范［S］.

［2］ 万仁溥，罗英俊.采油技术手册（第四分册） ［M］.北京：石油工业出版社，2000.

［3］ 张琪.采油工程原理与设计［M］.东营：中国石油大学出版社，2000.

［4］ 徐灏.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，1991.