套管头培训教材

套管头

一、什么是套管头：

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。

二、套管头的用途、特点及分类：

1. 用途：

a. 通过悬挂器支撑除表层套管以外的各层套管重量；

b. 承受井口装置的重量；

c. 可在内外套管柱之间形成压力密封；

d. 为可能蓄积在两层套管柱之间的压力提供一个出口，或在紧急情况下向井内泵入液

体（压井钻井液、水或高效灭火剂等）；

e. 可进行钻采工艺方面的特殊作业，如：

⑴. 若井未固好,可从侧口补注水泥；

⑵. 在采取增产措施而搞酸化压裂时，可从侧孔打入压力液以平衡油管压力。

2. 特点：

a. 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；

b. 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；

c. 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。

d. 上法兰设计有试压、二次注脂装置。

e. 套管头侧翼阀门配置，根据用户需求设计；

3. 分类：

a. 按悬挂套管层数分：

单级套管头（见图1）、双级套管头（见图2）、三级套管头（见图3）；

b. 按套管悬挂器的结构型式分：

卡瓦式套管头、螺纹式套管头；

c. 按本体间连接方式分：

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）；

d. 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）；

三、 套管头的型号表示法及型号： 1 . 型号表示法:

例1：TFQ1397-70套管头

最上层套管头工作压力 70MPa 悬挂套管序列：13 3/8″×9 5/8″×7″ 气井法兰式套管头

例2：TK1397-70套管头

T K 1397—70

最上层套管头工作压力 70MPa 悬挂套管序列：13 3/8″×9 5/8″×7″ 卡瓦式套管头 图1 TFQ9 5/8"×7"-70 单级套管头

TFQ9 5/8"×7"-70单级套管头连接9 5/8″ 套管，悬挂7″（或5 1/2″）套管；

2. 型号（常用产品）：

单级气(油)井套管头（TFQ系列）

35MPa型：TFQ 9 5/8"×7"-35(TFQ9 5/8"×7"-5,000Psi)、

70MPa

、图2 TFQ 13 3/8"×9 5/8"×7"-70双级套管头

TFQ 13 3/8"×9 5/8"×7"-70双级套管头连接13 3/8″套管，悬挂9 5/8″、7″（或5 1/2″）套管；

双级气(油)井套管头（TFQ系列）

35MPa型：TFQ 13 3/8"×9 5/8"×7"-35

(TFQ 13 3/8"×9 5/8"×7"-5,000Psi)、

70MPa型：TFQ 13 3/8"×9 5/8"×7"-70

(TFQ 13 3/8"×9 5/8"×7"-10,000Psi)

105MPa型：TFQ 13 3/8"×9 5/8"×7"-105

(TFQ 13 3/8"×9 5/8"×7"-15,000Psi)

三级气(油)井套管头（TFQ系列）

35MPa型：TFQ20"×13 3/8"×9 5/8"×7"-35

(TFQ20"× 13 3/8"×9 5/8"×7"-5,000Psi)、

70MPa型：TFQ 20"×13 3/8"×9 5/8"×7"-70

(TFQ20"× 13 3/8"×9 5/8"×7"-10,000Psi)

105MPa型：TFQ 13 3/8"×9 5/8"×7"-105

(TFQ 20"×13 3/8"×9 5/8"×7"-15,000Psi)

图3 TFQ 20"×13 3/8"×9 5/8"×7"-70三级套管头

TFQ 20"×13 3/8"×9 5/8"×7"-70双级套管头连接套管20″套管，悬挂13 3/8″、

9 5/8″、7″（或5 1/2″）套管；

套管头零件或部件的额定工作压力应按其端部或出口连接的额定工作压力确定。当端部或出口连接的额定工作压力不同时，应按其较小的额定工作压力来确定。

套管头额定工作压力分为14MPa、21MPa、35MPa、70MPa、105MPa、140MPa六种压力级别。

套管螺纹的本体静水压试验压力：

四、套管头的设计、制造和检验的相关标准

1. 套管头设计制造执行中华人民共和国天然气行业标准SY/T5127-2002《井口装置和采油树

规范》和美国石油学会出版的API spec 6A 第十九版《井口装置和采油树设备规范》；

2. 在进行套管头检验时,执行中华人民共和国天然气行业标准SY/T5127-2002《井口装置和采油树规范》和美国石油学会出版的API spec 6A 第十九版《井口装置和采油树设备规范》；

五、套管头的结构及密封工作原理

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. 套管头的橡胶密封（见图4）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、

图4 套管头橡胶密封

3. 套管头的金属、橡胶密封（见图5）工作原理：

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（见图5）；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。

图5 套管头金属、橡胶密封

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），在座挂套管悬挂器后，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。

以上两种套管悬挂器均为芯轴悬挂器。

4. 芯轴悬挂器（见图6、7）：

图7金属、橡胶密封的芯轴悬挂器

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。

5. 卡瓦悬挂器的结构及密封工作原理（见图8）：

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。

图8卡瓦悬挂器

c. 倒卡瓦悬挂器的工作原理（见图9）：

图9 装有卡瓦悬挂器、倒卡瓦悬挂器的套管头

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。倒卡瓦悬挂器的密封由BT密封圈完成。BT密封圈的使用在培训资料《抗硫采油气井口装置》已详细介绍。

套管头的性能要求、金属材料的质量控制要求、非金属材料的质量控制要求、抗腐蚀合金堆焊的质量控制、本体静水压试验（单独装置）要求和密封垫环及垫环槽形式与法兰式平行闸阀相同，试压及使用与培训资料《抗硫采油气井口装置》所阐述的相同，这里不在叙述。