芯轴式三级悬挂超高压套管头技术领域
本实用新型属于石油钻采设备技术领域，涉及一种芯轴式三级悬挂超高
压套管头。
背景技术
一套完整的采油(气)井口装置主要由套管头、油管头和采油(气)树三
大部分组成，钻井时将防喷器安装在套管头上构成钻井井口装置。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。但是，现有高压、高含硫气井套管头橡胶密封圈寿
命短、安全系数低，使得设备使用寿命不长、维护工作量大，影响了工作效
率。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种芯轴式三级悬挂超高压套管头，解决了现
有高压、高含硫气井套管头橡胶密封圈寿命短、安全系数低的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种芯轴式三级悬挂超高压套管头，
包括托架，在托架上从下到上依次设置有第一级套管头四通、第二级套管头
四通和第三级套管头四通，第一级套管头四通与第二级套管头四通之间通过
一圈螺栓组件固定连接，第二级套管头四通和第三级套管头四通之间通过另
外的一圈螺栓组件固定连接；第一级套管头四通内腔设置有第一级心轴悬挂
器，第二级套管头四通内腔设置有第二级心轴悬挂器，第三级套管头四通内
腔设置有第三级心轴悬挂器；
第一级套管头四通、第二级套管头四通和第三级套管头四通上法兰中均
沿径向开有一个顶丝通道，该三个顶丝通道中分别安装有一组顶丝组件；第
二级套管头四通下法兰中沿径向开有两个注脂试压孔，第三级套管头四通下
法兰中沿径向开有一个注脂试压孔，该三个注脂试压孔外端口分别安装有一
组注脂试压阀。
本实用新型的芯轴式三级悬挂超高压套管头，其特征还在于：
各级套管头四通的旁通分别安装有带省力机构的手动平板闸阀一或手
动平板闸阀二，各级套管头四通的直通端头连接有仪表法兰，仪表法兰径向
通过高压截止阀、压力表缓冲器与高压压力表连通，仪表法兰外端面连接有
螺纹法兰，在螺纹法兰外端面轴心孔安装有丝堵。
第一级套管头四通与第二级套管头四通接触面之间的垫环槽中设置有
一组密封垫环，第二级套管头四通和第三级套管头四通接触面之间的垫环槽
中设置有另一组密封垫环；
各级芯轴悬挂器与对应的该级套管头四通内壁之间安装有一组X型金
属密封和一组FS橡胶密封圈；
第二级套管头四通下法兰内腔表面与第二级心轴悬挂器之间同时安装
有BT橡胶密封圈和X+U双金属密封组件；第三级套管头四通下法兰内腔表
面与第三级心轴悬挂器之间同时安装有另一组BT橡胶密封圈和X+U双金属
密封组件。
本实用新型的有益效果是，除表层套管采用螺纹连接外，各级套管悬挂
采用芯轴式悬挂。每级套管头四通与上一级套管头四通采用法兰连接。芯轴
式套管悬挂器座挂与套管头四通内腔之中，主密封为X型金属密封，副密封
为FS型橡胶密封，利用套管自重和顶丝挤压激发金属密封。为了进一步增
加安全系数，将各级套管头四通下法兰处安装的芯轴式套管悬挂器颈部密封
件结构形式设计为X+U型双金属密封加BT型橡胶密封结构。同时，套管头
四通下法兰设计有两道试压口，分别位于悬挂器颈部密封与悬挂器主密封之
间以及悬挂器颈部金属密封与BT密封之间，下法兰另一边设置有注塑口。
通过改进套管悬挂器主、副密封结构，采用金属密封和橡胶圈组合密封形式，
依靠套管自重和顶丝挤压共同作用，使金属密封圈的锥面与套管头本体锥面
紧密贴合，从而激发密封，克服了在高压、高温的工况下橡胶密封圈极易老
化，存在漏气、寿命短、安全系数低等缺点，满足高压气井的生产需求。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的密封结构示意图。
图中，1.第三级心轴悬挂器，2.顶丝组件，3.第三级套管头四通，4.手动
平板闸阀一，5.高压压力表，6.仪表法兰，7.螺纹法兰，8.丝堵，9.螺栓组件，
10.压力表缓冲器，11.高压截止阀，12.第二级心轴悬挂器，13.第二级套管头
四通，14.第一级心轴悬挂器，15.第一级套管头四通，16.托架，17.注脂试压
阀，18.手动平板闸阀二，19.X+U双金属密封组件，20.FS橡胶密封圈，21.X
型金属密封，22.密封垫环，23.BT橡胶密封圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
参照图1，本实用新型的结构是，包括承受所有管柱和套管头重量的托
架16，在托架16上从下到上依次设置有第一级套管头四通15、第二级套管
头四通13和第三级套管头四通3，第一级套管头四通15与第二级套管头四
通13之间通过一圈螺栓组件9固定连接，第二级套管头四通13和第三级套
管头四通3之间通过另外的一圈螺栓组件9固定连接；第一级套管头四通15
内腔设置有第一级心轴悬挂器14，第二级套管头四通13内腔设置有第二级
心轴悬挂器12，第三级套管头四通3内腔设置有第三级心轴悬挂器1；
第一级套管头四通15、第二级套管头四通13和第三级套管头四通3上
法兰中均沿径向开有一个顶丝通道，该三个顶丝通道中分别安装有一组顶丝
组件2；第二级套管头四通13下法兰中沿径向开有两个注脂试压孔，第三级
套管头四通3下法兰中沿径向开有一个注脂试压孔，该三个注脂试压孔外端
口分别安装有一组注脂试压阀17；
上述的各级套管头四通的旁通分别安装有带省力机构的手动平板闸阀
一4或普通的手动平板闸阀二18，各级套管头四通的直通端头连接有仪表法
兰6，仪表法兰6径向通过高压截止阀11、压力表缓冲器10与高压压力表5
连通，仪表法兰6外端面连接有螺纹法兰7，在螺纹法兰7外端面轴心孔安
装有丝堵8。
参照图2，第一级套管头四通15与第二级套管头四通13接触面之间的
垫环槽中设置有一组密封垫环22，第二级套管头四通13和第三级套管头四
通3接触面之间的垫环槽中设置有另一组密封垫环22；
各级芯轴悬挂器与对应的该级套管头四通内壁之间安装有一组X型金
属密封21和一组FS橡胶密封圈20；
第二级套管头四通13下法兰内腔表面与第二级心轴悬挂器12之间同时
安装有BT橡胶密封圈23和X+U双金属密封组件19；第三级套管头四通3
下法兰内腔表面与第三级心轴悬挂器1之间同时安装有另一组BT橡胶密封
圈23和X+U双金属密封组件19。
本实用新型的工作原理是，气井表层套管通过螺纹与第一级套管头组件
连接，第一级心轴悬挂器14安装在第一级套管头组件内腔之中，利用套管
自重和顶丝组件2挤压激发X型金属密封21与套管头内腔密封锥面起作用。
同时，第一级芯轴式套管悬挂器14颈部X+U双金属密封组件19和BT橡胶
密封圈23安装在第二级套头组件下部内腔之中，利用两级套管头组件连接
的螺栓组件9安装时施加的预紧力激发金属密封。安装完成后，利用注脂口
对BT型橡胶密封圈注脂，然后通过第二级套管头组件的两道注脂试压孔对
第一级芯轴式悬挂器14与密封垫环22和悬挂器颈部X+U金属密封组件19
形成的封闭环空试压，检测密封是否有效。第二级套管头组件与第三级套管
头组件安装步骤相同。
本实用新型通过改进套管悬挂器主、副密封结构，显著增加了该装置的
安全系数。套管悬挂器采用金属密封和橡胶圈组合密封形式，依靠套管自重
和顶丝挤压共同作用，使金属密封圈的锥面与套管头四通本体锥面紧密贴
合，从而激发密封，克服了在高压、高温的工况下橡胶密封圈极易老化，存
在漏气、寿命短、安全系数低等缺点，从而满足高压气井的生产需求，实现
了耐腐蚀性强、密封可靠、耐高压、使用寿命长，提高了油气开采的安全性。