防磨套固定装置及井口装备的制作方法

本实用新型涉及井控装备技术领域，尤其涉及一种防磨套固定装置及井口装备。

背景技术：

套管头是一种重要的井口装备，在油气井钻探过程中，井内套管需要通过套管头在井口固定，井内套管环空需要套管头密封；此外，在油气生产过程中，井口生产油管的环空也需要套管头密封。为了防止在钻探过程中钻具磨损套管头导致套管头失效，目前通常在套管头内安装防磨套。

现有的防磨套安装结构为：防磨套的外径与套管头的内径匹配，防磨套穿设在套管头的套管孔中。套管头的侧壁设置顶丝安装孔，顶丝安装孔内穿设有顶丝，顶丝的头部插在防磨套上的定位凹槽内，从而实现防磨套相对于套管头的固定。其中，顶丝与顶丝安装孔过盈配合而形成密封。

因为橡胶材质会老化，所以顶丝与顶丝安装孔的密封配合会因为橡胶的老化而失效。在油气井封井后，套管头的顶丝安装孔处密封失效会造成套管头泄露。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供一种防磨套固定装置及井口装备，能够稳定的固定防磨套并准确的定位防磨套；还能够与套管头和其他外部设备拆卸的连接，保证密封后的套管头不泄露。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型实施例的第一方面提供一种防磨套固定装置，用于将防磨套固定在套管头的套管孔内，其包括：固定筒、第一法兰和第二法兰；固定筒的内孔贯通固定筒的第一端和第二端，第一端设置有第一法兰，第二端设置有第二法兰，第一法兰的开口和第二法兰的开口分别与固定筒的内孔连通；固定筒的内孔或第一法兰的开口包括定位段，沿第一端至第二端的方向定位段的内径变大；在固定筒的筒壁和第一法兰的连接部、在固定筒的筒壁或在第一法兰设置有顶丝安装孔。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的防磨套固定装置具有如下优点：可以稳定的固定防磨套并准确的定位防磨套，并使得外部设备如套管头的密封性好、不泄露。

优选的，防磨套固定装置包括第一旁通管，第一旁通管与固定筒的内孔的连通处位于定位段与第二端之间。

进一步的，防磨套固定装置包括第二旁通管，第二旁通管与固定筒的内孔的连通，第二旁通管与第一旁通管相对设置。

进一步的，第一旁通管设置有第二旁通阀，第二旁通管设置有第三旁通阀。

优选的，顶丝安装孔设置于定位段与第二端之间，或顶丝安装孔设置于定位段与第一端之间。

优选的，定位段为圆台形，台顶朝向第一端，台底朝向第二端。

优选的，防磨套固定装置还包括第三法兰，第三法兰与第一法兰密封的固定连接，第三法兰的开口与第一法兰的开口连通；定位段位于第一法兰的开口，顶丝安装孔位于第三法兰。

优选的，防磨套固定装置包括固定筒和第一法兰，第一法兰套设于固定筒，第一法兰的一端与第一端齐平，第一法兰的另一端与第二端齐平。

本实用新型实施例的第二方面提供一种井口装备，其包括：套管头、防磨套、顶丝和前述的防磨套固定装置，套管头包括第四法兰，第一法兰和第四法兰密封的固定连接；防磨套包括防磨筒体和定位轴肩，定位轴肩设置于防磨筒体背对套管头的一端，定位轴肩的外径大于定位段的最小的直径，防磨筒体的长度大于定位段与第四法兰的距离；防磨筒体或定位轴肩的外侧壁设置有卡接凹槽；顶丝密封的安装于顶丝安装孔，顶丝的一端插入卡接凹槽。

由于本实用新型实施例的井口装备使用了前述的防磨套固定装置，所以本实用新型实施例的井口装备自然具有防磨套固定装置的全部优点。同时，本实用新型实施例的井口装备使用时密封性好；而拆下防磨套和防磨套固定装置并封井之后，套管头处不会发生泄露问题。

优选的，防磨套与套管孔的侧壁之间包括间隙。

进一步的，防磨套设置有连通防磨套的内孔和间隙的输液孔。

优选的，套管头包括第三旁通管，第三旁通管与套管孔连通，第三旁通管设置有第五旁通阀。

除了上面所描述的本实用新型实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本实用新型实施例提供的防磨套固定装置及井口装备所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的防磨套固定装置的结构示意图的剖视图；

图2为本实用新型另一实施例提供的防磨套固定装置与防磨套的组装示意图的剖视图；

图3为本实用新型另一实施例提供的防磨套固定装置的结构示意图的剖视图；

图4为一种防磨套的结构示意图的剖视图；

图5为一种顶丝的结构示意图；

图6为一种套管头的结构示意图的剖视图；

图7为本实用新型一实施例提供的井口装备的组装图的剖视图。

附图标记说明：

100-防磨套固定装置；

101-固定筒内孔；102-定位段；

103-顶丝安装孔；110-第一旁通管；

111-第一旁通阀；130-第一法兰；

112-第二旁通阀；120-第二旁通管；

121-第三旁通阀；122-第四旁通阀；

140-第二法兰；150-第三法兰；

160-固定筒；

200-防磨套；

201-连通孔；202-卡接凹槽；

210-防磨筒体；220-定位轴肩；

300-顶丝；

400-套管头；

401-套管孔；410-第四法兰；

420-第三旁通管；421-第五旁通阀；

430-第四旁通管；431-第六旁通阀。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

实施例1

请参阅图1，本实用新型的实施例提供一种防磨套固定装置100，用于将防磨套200固定在套管头400的套管孔401内，防磨套固定装置100包括固定筒160、第一法兰130和第二法兰140。固定孔160的内孔即固定筒内孔101贯通固定筒160的第一端和第二端，第一端设置有第一法兰130，第二端设置有第二法兰140，第一法兰130的开口和第二法兰140的开口分别与固定筒内孔101连通。固定筒内孔101或第一法兰130的开口包括定位段，沿第一端至第二端的方向定位段的内径变大，在固定筒160的筒壁与第一法兰130的连接部设有顶丝安装孔103，或在固定筒160的筒壁设有顶丝安装孔103，或在第一法兰130设置有顶丝安装孔103。

请参阅图1，固定筒内孔101上方的一端为第二端，下方的一端为第一端。固定筒内孔101或第一法兰130的开口包括一段下端直径小、下端至上端直径逐渐变大的定位段102。第一法兰130的开口和第二法兰140的开口分别与固定筒内孔101连通。顶丝安装孔103开设于固定筒160的侧壁，或开设于第一法兰130，当然可能开设在固定筒160的侧壁与第一法兰130的连接部，固定筒160与第一法兰130各包括顶丝安装孔103的一部分。

由于套管头400一般为竖直的，因此防磨套200一般也从上方安装到套管头400的套管孔401内。防磨套200安装到本实用新型提供的防磨套固定装置100时，在重力作用下轴向定位于定位段102，其径向可以贴合于固定筒内孔101、第一法兰130的开口或定位段102中的至少一个而被定位。随后在顶丝安装孔103内安装顶丝300，顶丝300的头部抵顶住防磨套200，防止防磨套200沿周向转动。

此时防磨套200被本实用新型实施例提供的防磨套固定装置100牢固的固定，并且以第一法兰130用于贴合外部法兰的安装面为基准，防磨套200的位置被精确的定位。在钻探过程中需要在套管孔401内设置防磨套200时，使用本实用新型实施例提供的防磨套固定装置100，将防磨套200固定在套管孔401的预设位置，套管头400可以正常的工作使用；防磨套固定装置100与套管头400间密封，固定筒内孔101与套管孔401连通，因此外部设备也可以穿过第二法兰140的开口、固定筒内孔101或第一法兰130的开口而工作。即第一法兰130和第二法兰140用于分别与外部设备拆卸的连接，连接时保证对接的外部设备正常使用。而且由于套管头400没有设置顶丝安装孔103，拆卸下防磨套200并封井后，套管头400不会出现泄露问题。

具体的，实用新型实施例提供的防磨套固定装置100包括第一旁通管110，第一旁通管110与固定筒内孔101连通处位于定位段102和第二端之间。第一旁通管110可以用于在油气生产中实现油气的外排、其他物料的加注或者循环等。

进一步的，实用新型实施例提供的防磨套固定装置100包括第二旁通管150，第二旁通管150与固定管内孔101连通，且第二旁通管150和第一旁通管110相对设置。第一旁通管110和第二旁通管120的具体高度位置、摆放方向可依据现场外部设备的设置位置，具体的可以转动本实用新型实施例提供的防磨套固定装置100，使第一法兰130的螺栓孔改变对正位置。

进一步的，第一旁通管110设置有第二旁通阀112，第二旁通管120设置有第三旁通阀121。第二旁通阀112和第三旁通阀121分别用于控制第一旁通管110和第二旁通管120的通断。正常使用时，第二旁通阀112和第三旁通阀121为常开状态。

进一步的，第一旁通管110还设置有第一旁通阀111，第一旁通阀111设置在第二旁通阀112背对固定筒内孔101的一端；第二旁通管120还设置有第四旁通阀122，第四旁通阀122可以选用液动阀，液动阀设置在第三旁通阀121背对固定筒内孔101的一端。设有液动阀的第二旁通管120更适合外接节流管汇，第一旁通管110可以在压井操作时外接压井管汇。

优选的，无论是固定筒内孔101还是第一法兰130的开口包括定位段102，顶丝安装孔103设置在定位段102的上方或下方。例如第一法兰130的开口包括定位段102，顶丝安装孔102与第一法兰130的开口的连通处位于定位段102背对第一端的方向上。

示例性的，当定位段102位于固定筒内孔101和第一法兰130开口的连接处时，可以认为位于固定筒内孔101内的部分或位于第一法兰130的开口内的部分为定位段102，另一部分为形态匹配的孔段。

具体的，顶丝安装孔103设置于定位段102和第二端之间，或顶丝安装孔103设置于定位段102和第一端之间。顶丝安装孔103设在在不同的位置，适于适应不同结构的待安装的防磨套200。

示例性的，当固定筒内孔101包括定位段102时，顶丝安装孔103与固定筒内孔101的连通处位于定位段102和第二端之间；当第一法兰130的开口包括定位段102时，顶丝安装孔103与固定筒内孔101的连通处位于定位段102和第一端之间。

具体的，定位段102为圆台形，台顶朝向第一端，台底朝向第二端。

第一法兰130的开口、固定筒内孔101和第二法兰140的开口三者中位于定位段102之上的孔段的直径不小于定位段102的最小直径，位于定位段102之下的孔段的直径也不小于定位段102的最小直径；实际在防磨套200已经制作的前提下，位于定位段102之上的孔段的直径不小于待安装的防磨套200的最大直径，位于定位段102之下的孔段的直径不小于对应位置处的待安装的防磨套200的最大直径；不小于从定位段102凸出的防磨套200部分的最大直径；或者定位段102位于第一法兰130的开口的最下部，定位段102下方没有其他孔段。

示例性的，第一法兰130的开口、固定筒内孔101以及第二法兰140的开口横截面都为圆形。可以选择的，定位段102以上的孔段可以设置成其他的横截面形状，比如方形。当防磨套200对应位置的外壁面也设置成方形，实用新型实施例提供的防磨套固定装置100与待安装的防磨套200可以利用相互匹配的方形壁面来防止相对转动。定位段102以下的孔段的横截面优选的为圆形。定位段102可以是其他类型，比如球台形，定位段102的外周可以是花键形、齿形，或者定位段102上方的孔段包括由上向下的导向槽或导向凸起。花键结构、齿形结构或导向结构都有助于防止防磨套200沿竖直轴线转动。

示例性的，请参照图1，定位段102位于第一法兰130，定位段102上方的第一法兰130的开口的孔段、固定筒内孔101和第二法兰140的开口为与定位段102上端等径的圆柱形，定位段102下方的第一法兰130的开口的孔段为与定位段102下端等径的圆柱形，且第二法兰140的开口、固定筒内孔101和第一法兰130的开口同轴。

特殊的，定位段102为台阶孔，可以认为台阶上方的一段为定位端102，同时定位段102的下端位于台阶面，即定位段102下端的内径最小。

示例性的，本实用新型实施例提供的防磨套固定装置100还包括第三法兰150，第三法兰150与第一法兰130密封的固定连接，第三法兰150的开口与第一法兰130的开口连通，定位段102位于第一法兰130的开口，顶丝安装孔103位于第三法兰150。

进一步的，请参阅图2，第三法兰150与第一法兰130拆卸的固定连接。第三法兰150的开口直径小于第一法兰130的开口，两个开口形成了阶梯孔。则第一法兰130的最下部的孔段视为定位段102，顶丝安装孔103位于第三法兰150。由于机械加工管件时，阶梯孔的制造比直孔的制造复杂、制造成本高，如此设置使得本实用新型实施例提供的防磨套固定装置100各部件的孔都是直孔，制造简单，制造成本低，而且使用时组装也方便。

具体的，请参阅图3，本实用新型实施例提供的防磨套固定装置100包括固定筒160和第一法兰130，第一法兰130套设于固定筒160，第一法兰130的一端与固定筒内孔101的第一端齐平，另一端与第二端齐平。

示例性的，固定筒内孔101包括定位段102，顶丝安装孔103与固定筒内孔101的连接处在定位段102与第一端之间，或顶丝安装孔103与固定筒内孔101的连接处在定位段102与第二端之间。如此设置，本实用新型实施例提供的防磨套固定装置100沿竖直方向的尺寸可以较短、质量较轻。第一法兰130的两端分别设置沿轴向延伸的螺杆。螺杆的位置和长度与外接法兰的螺栓孔匹配，则一次装夹就可对接两个外部设备，适合需要快速对接的情形。

实施例2

请参阅图4至图7，本实用新型实施例还提供一种井口装备，包括前述的防磨套固定装置100、套管头400、防磨套200和顶丝300。请参阅图6，套管头400包括第四法兰410，第一法兰130和第四法兰410密封的固定连接。请参阅图4，防磨套200包括防磨筒体210和定位轴肩220，定位轴肩220设置在防磨筒体210背对套管头400的一端，定位轴肩220的外径大于定位段102的最小的直径，防磨筒体210的长度大于定位段102与第四法兰410的距离。防磨筒体210或定位轴肩220的外侧壁设置有卡接凹槽202，顶丝300密封的安装于顶丝安装孔103，顶丝300的一端插入卡接凹槽202。

请参阅图7，如一个具体实施例提供的井口装备，防磨套固定装置100的第一法兰130和套管头400的第四法兰410密封的固定连接，密封方式可以是在第一法兰130和第四法兰410之间设置密封钢圈。套管孔401连通至第四法兰的上端面，定位段102位于第一法兰130的开口，定位段102上方的各孔段的直径与防磨套200的定位轴肩220的外径匹配，定位段102下方的孔段的直径大于防磨筒体210的外径。顶丝安装孔103与第一法兰130的开口的连通处位于定位段102和第一端之间，定位轴肩220的外壁面设置卡接凹槽202，卡接凹槽202的位置与顶丝安装孔103匹配。请参阅图5，顶丝安装孔103和顶丝300包括螺纹配合部，同时顶丝安装孔103和顶丝300过盈配合以密封，顶丝300的一端插入卡接凹槽202。

安装本实用新型提供的井口装备时，套管头400要先用于井内套管的固定和井内套管环空的密封，安装时将防磨套固定装置100与套管头400固定连接，防磨套200由第二法兰140的开口沿第二端向第一端的方向安装，定位轴肩220的下端面与定位段102的壁面贴合。由于定位轴肩202的外径大于定位段102的内径，因而防磨套200不能继续向下运动，但是防磨筒体210的长度大于定位段102与第四法兰410的距离，因此防磨筒体210的一部分位于套管孔401内。然后将顶丝300安装到顶丝安装孔103，旋拧顶丝300使顶丝300的一端插入卡接凹槽202并抵顶住防磨套200，阻止防磨套200沿竖直轴线转动。防磨套固定装置100的第二法兰140用于连接外部设备。

本实用新型实施例的井口装备，第二法兰140的开口、固定筒内孔101、第一法兰130的开口和套管孔401连通且各连接部密封，同时与其他外部设备密封的连接，本实用新型实施例的井口装备使用时整体密封性好，而拆下防磨套200和防磨套固定装置100并封井之后，套管头400处不会发生泄露问题。定位轴肩220处比防磨套筒210处更厚，此处开设卡接凹槽202有助于保持防磨套200的强度，保证防磨套200不会因为顶丝300的抵顶而变形。而且第一法兰130沿侧向的壁厚较厚，设置在此处的顶丝安装孔103的长度较长，有助于保持顶丝安装孔103与顶丝300之间的连接强度和密封性能。

具体的，防磨套200与套管孔401的侧壁之间包括间隙。由于钻井过程中，井内套管的转动会使得防磨套200产生振动和冲击，设置间隙可以防止防磨套200的振动和冲击直接传递给套管头400，避免套管孔401的侧壁出现磨损或冲击损伤。

进一步的，防磨套200设置有连通防磨套200的内孔和间隙的连通孔201。可以在钻井时通过连通孔201向间隙内输送液体，进一步隔离防磨套200和套管头400，更好的降低防磨套200对套管头400的冲击作用，提高了套管头400的使用寿命。

具体的，套管头400包括第三旁通管420，第三旁通管420与套管孔连通，第三旁通管420设置有第五旁通阀421。第三旁通管420也用于在油气生产中实现油气、其他物料的加注或者排泄。但是第三旁通管420直接连通到的位置实际是防磨套200与套管头400之间的间隙，而第一旁通管110和第二旁通管120通过固定筒内孔101直接连通的位置是防磨套200的内孔，因此第三旁通管420可以与第一旁通管110或第二旁通管120同时工作。第五旁通阀421用于控制第三旁通管420的开闭。

进一步的，套管头400包括第四旁通管430，第四旁通管430与套管孔连通，第四旁通管430设置有第六旁通阀431。第六旁通阀431用于控制第四旁通管430的开闭，第四旁通管430用于与第三旁通阀420连接不同的管汇。第四旁通管430还可以连接压力表，用于在作业时测量环空内的压力。

具体的，请参阅图1，防磨套固定装置100沿第一法兰130的周向均匀布置多个顶丝安装孔103，如四个顶丝安装孔103。顶丝300对防磨套200的推力相互抵消，可以防止防磨套200偏心或偏转。图中未示出第一法兰130的螺栓孔，可以想见的，螺栓孔周向间隔的布置于第一法兰130，顶丝安装孔130的设置位置在螺栓孔之间的间隔处，与螺栓孔不干涉。

示例性的，定位段102位于固定筒内孔101，顶丝安装孔103与固定筒内孔101的连通处位于定位段102和第二段之间。可以在固定筒160外壁对应顶丝安装孔103的位置焊接加厚块，以保证设置在此位置的顶丝安装孔103的长度。

在阶梯孔及阶梯轴制造过程中，无论制造公差采取基孔制还是基轴制，往往以其中一个阶梯为基准，其余阶梯适当放宽公差。请参阅图1，防磨套200的定位轴肩220与第一法兰130的开口的位于定位段102上方的孔段尺寸匹配，同时优选的将顶丝安装孔103对应设置在此匹配处。如此设置，在使用本实用新型实施例提供的井口装备中可以更好地避免防磨套200因为外力作用而晃动。而防磨套200的防磨筒体210与第一法兰130的开口的位于定位段102下方的孔段可以采用间隙配合。

请参阅图2，第一法兰130的最下端包括定位段102，第三法兰150的开口与防磨筒体210尺寸匹配，顶丝安装孔103设置于第三法兰150。此时安装井口装备时，可以先将第三法兰150密封固定在套管头400的第四法兰410上。然后可以先将第一法兰130与第三法兰150密封的固定，再安装防磨套200，待定位轴肩202与第三法兰150贴合后安装顶丝300；也可以先安装防磨套200，待定位轴肩202与第三法兰150贴合后安装顶丝300，顶丝300固定住防磨套200后将第一法兰130与第三法兰150密封的固定。前一种安装方式是先在套管头400上组合好防磨套固定装置100，再安装固定防磨套200，可以便于防磨套固定装置100的第一旁通管110或第二旁通管120与各类管汇对接连通；后一种安装方式中，防磨套200安装时需要穿设更少的孔段，且操作面距离地面较近。

请参阅图3，固定筒内孔101包括定位段102，固定筒内孔101中位于定位段102之上的孔段与防磨套200的定位轴肩202匹配。第一法兰130可以包括两圈螺栓孔，一圈螺栓孔的上端包括沉台，使用这一圈螺栓孔将第一法兰130和第四法兰410法兰连接，可以将螺栓埋设在沉台中，然后依次安装防磨套200和顶丝300。第一法兰130的另一圈螺栓孔可以用于对接外部设备。

示例性的，本实用新型实施例提供的井口设备还包括法兰护套，法兰护套套设于第一法兰130和第四法兰410的外周，法兰护套可以固定于第一法兰130和第四法兰410中的一者。

示例性的，第一法兰130、第二法兰140可以设置为变压法兰或者变径法兰。

第一法兰130和第二法兰140可以与固定筒160整体一体成型，也可以是与固定筒160分别制造然后使用焊接、螺栓连接等方式密封的固定连接。可以选用用于石油管道装备的各种金属及合金。本实用新型实施例提供的防磨套固定装置100在使用时整体使用，而不具体限定各组件如何制造或是否可拆卸，如固定筒160可以是多段筒体接合而成。

可以想见的，一个筒体通常采用对接的方式在第一端与第一法兰130固定连接，假如将第一法兰130套设在筒体外时，尤其是第一法兰130用于贴合外部法兰的一面与第一端的端面齐平时，筒体的内孔可以直接和外部连通。此时从结构上可以认为，筒体被第一法兰130套设的部分属于第一法兰130，则对应位置的内孔段即第一法兰130的开口。第二法兰140在第二端同理。而虽然是整体制造的筒体，但其未被第一法兰130或第二法兰140套设的部分可以认为是固定筒160，不应以此制造过程的区别认为制造后的整体产品不属于本实用新型的保护范围。

本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。