[0001] 本发明属于石油天然气钻完井与储层改造技术领域，具体地，涉及一种下压差漂浮接箍。

[0002] 在油气井的开发过程中，随着勘探开发的深入，油气井面临长水平段带来的水垂比大、管柱自重不足等问题，导致管柱下入时水平段摩阻扭矩大、管柱难下入等。

[0003] 漂浮接箍下套管技术能有效解决大位移井、长水平段水平井的完井管柱下入难题。该技术是通过漂浮接箍在套管柱下部封闭一段空气或低密度钻井液，使套管柱在大井斜段或水平段的泥浆中处于漂浮状态，以降低下套管柱与井壁的摩阻，管柱下入到位之后，再通过将封闭段打通的方式，实现管柱内部畅通。

[0004] 在现有技术中，存在一种破裂盘式漂浮接箍，这种漂浮接箍通过破裂盘封闭一段空气或低密度钻井液，待管柱到位后，采用直接憋压的方式，破碎破裂盘。但是，采用憋压的方式可能存在破裂盘未完全破碎的情况，使得管柱可能尚未实现全通径。破裂盘未完全破裂时，一方面会影响后续工作中固井胶塞的通过性能，固定胶塞在通过时，被残留的破裂盘损伤，不能对管柱中的残留水泥进行有效刮削，从而造成管柱中预置的压差滑套等工具的实际开启压力增加、其他需通过的工具其通过安全性降低等，增加了施工风险；另一方面可能彻底破坏固井胶塞，严重影响固井质量，甚至造成固井胶塞碰压失效、密封失效，导致水泥返流回井筒，造成井筒复杂情况。

[0005] 另外，现有技术中，还存在另一种滑套破裂盘式漂浮接箍，这种漂浮接箍内设可移动的破裂盘和固定的撞击套，破碎盘设置在撞击套的上方，撞击套与破裂盘之间再通过剪切销钉固定。当需要使破裂盘破碎时，从破碎盘上方泵注压力，推动破裂盘剪断剪切销钉后撞向撞击套，从而完全破碎破裂盘。该技术虽能实现管柱全通径，但是，在下入过程中，必须保证破裂盘不会与漂浮接箍的主体管柱发生相对位移，在该结构中，必须使用大量的剪切销钉来固定破裂盘，保证破裂盘在下入过程中正常工作。因此，这种结构所需剪切销钉数目多、控制难度大，且多呈多排结构分布，可能会在井内泥浆的压力下导致销钉受力不均匀而提前剪断、工艺失效，造成管柱不能顺利下入到位。多个剪切销钉的设置，又会导致在破碎破裂盘的过程中需要极大的泵注压力，由于是破裂盘承受压力剪断剪切销钉，在这样的泵注压力下可能会导致破裂盘提前破碎，而一旦破裂盘因意外状况在剪切销钉断裂之前破裂或者密封失效，那么剪切销钉将无法剪断，导致破裂盘无法撞向撞击套，从而无法实现管柱全通径，严重影响后续施工作业。

[0027] 下面通过附图来对本发明进行介绍。

[0028] 在本申请中，需要说明的是，将根据本发明下入井内靠近井口的方向描述为“上游”、“上端”或类似用语，即图1所示的左侧；远离井口的方向描述为“下游”、“下端”或类似用语，即图1所示的右侧。

[0029] 图1显示了根据本发明的下压差漂浮接箍100的结构。如图1所示，下压差漂浮接箍100包括上接头1、下接头4、破裂盘22和撞击套31。上接头1包括接头部11和设置在接头部11下端的组装部12，组装部12的内径大于接头部11的内径。下接头4通过螺纹的连接方式密封设置在组装部12的下端。容易理解，上接头1和下接头4均能够连接其他井下管柱。破裂盘22和撞击套31均设置在组装部12内。其中，破裂盘22密封式固定设置在组装部12内，撞击套31通过剪切销钉34固定设置在组装部12内，位于破裂盘22的下方。并且，撞击套31的上端的受压面积小于下端的受压面积。需要实现管柱全通径时，从井口的方向向下压差漂浮接箍100内泵注压力，由于破裂盘22将撞击套31与泵注压力分隔开，所以，在破裂盘22爆破之前，撞击套31不会受到泵注压力的影响，破裂盘22爆破之后，压力才会通过爆破后的破裂盘22影响到撞击套31。撞击套31的上下端受压面在同等压强下，当上下端受压面的压力差大于剪切销钉34的额定剪切力时，剪切销钉34被剪断，撞击套31便会撞向破裂盘22，从而破碎破裂盘22，实现全通径。在这种设置下，漂浮接箍下入到位后，只要破裂盘22能够爆破成功，撞击套31便会在压力作用下撞向破裂盘22，从而实现全通径。

[0030] 在本实施例中，剪切销钉34只起初始的固定作用，主要防止在漂浮接箍的搬运、入井等过程中，撞击套31意外地撞向破裂盘22，因此本发明所需的剪切销钉34的数量少，强度低。在这种设置下，不需要对剪切销钉34所需的强度做精细化设计，从而降低装置在设计生产过程中剪切销钉34的控制难度。此外，由于在工作过程中，只需要较小的压力差就能将剪切销钉34剪断，所以，能够消除剪切销钉34在压力操作窗口下可能出现的无法剪断、撞击套31无法启动的施工风险。这样，不需要提高泵注压力，在破裂盘22爆破的瞬间，撞击套31就能在此时的压力作用下顺利开始移动，撞向破裂盘22。防止在大的泵注压力下出现过大的撞击吨位，导致撞击套31的尖端可能出现变形、破坏等现象，降低了撞击套31的强度要求和控制难度，也降低了在泵注过程中的压力控制难度。

[0031] 根据本发明，破裂盘22爆破之后，破裂盘22上方的压力便会传递到撞击套31。因此，即使撞击套31在撞击作用下没有将破裂盘22的爆破残余部分完全清除，撞击套31也会在后续作业中的井下液柱压力或者循环压力作用下产生压差作用力。在始终存在的压差作用力的影响下，撞击套31对破裂盘22的残余部分进行挤压破碎，由于残余部分不具备完整性，在之前撞击套31的冲击破碎的作用下抗压强度大幅度下降，从而通过挤压作用能够将残余部分破碎为细碎颗粒，实现全通径。

[0032] 随着井眼井深、垂深的不断增加，需要更高承压级别的破裂盘22。如果使用现有技术中的滑套破裂盘式漂浮接箍，在一定的压力操作窗口下，对剪切销钉、撞击套的控制难度进一步增加，高承压级别的破裂盘22破碎后难以实现全通径。因此，为降低施工难度，通常采用两个低承压级别的破裂盘22设置于管柱的不同井深位置处，对管柱进行双漂浮下入。但是，采用本发明所述漂浮接箍，能够满足高承压级别的破裂盘22破碎后管柱全通径的需求，以达到降本增效的目的。当然，本发明也能够兼容上述双漂浮下入的施工要求，从而进一步覆盖深井、超深井等井况下的管柱下入需求。

[0033] 根据本发明的一个优选的实施例，在破裂盘22与组装部12之间固定设有底座21，在所述底座21与所述组装部12之间设置有密封件，破裂盘22与21底座密封式固定连接。通过这样设置，在安装过程中，可以先将破裂盘22安装到底座21上，再将底座21送入组装部12内。由于底座21的轴向长度大于破裂盘22的轴向长度，所以，通过底座21将破裂盘22送入组装部12内部更加方便。

[0034] 根据本发明的一个实施例，底座21包括第五套合部23和设置在第五套合部23下端的第六套合部24。在第五套合部23的内壁上设置有第一台阶231，破裂盘22密封式固定设置在第一台阶231上。

[0035] 在一个具体的实施例中，在组装部12内部还套设有压环6，压环6的上端与接头部11抵接，压环6的下端与破裂盘22抵接，破裂盘22的下端与第一台阶231的台阶面抵接，底座的下端即第六套合部24与下接头抵接。通过这种相互抵接的方式固定内部零件，能够减少连接零件比如螺钉的使用，简化内部结构，组装方便。在装置使用过程中，底座21也会受到轴向方向的力，比如因底座21自身端面压力差受到的力，所以底座21的两端通过与其他部件抵接的方式固定能够更加牢固可靠。

[0036] 在一个优选的实施例中，为了使破裂盘22到达密封的效果，可以在破裂盘22与第一台阶231和/或压环6的接触面之间设置密封圈。在本实施例中，在压环6的下端面设置有密封槽，在密封槽内设置有端面密封圈5。在破裂盘22和压环6之间设置端面密封圈5相较于在第一台阶221的台阶面安装密封圈的方式更加方便，在第一台阶221的台阶面安装密封圈会导致整体外径扩大，而图1所示的密封圈安装方式能够获得较宽的台肩支撑、保护破裂盘22的边界薄弱位置，也能够获得较厚的、撞击强度更大的撞击套31，使得本发明所述漂浮接箍不仅具有全管柱全通径，而且具有全管柱上较小的工具外径，方便管柱的下入。

[0037] 根据本发明的一个实施例，为了满足撞击套31的远离破裂盘22的受压面的面积大于靠近破裂盘22的受压面的面积这一条件，撞击套31包括第一套合部311和第二套合部312，第一套合部311的外径小于第二套合部312的外径，第一套合部311的内径与第二套合部312的内径相等；第五套合部23的内径等于第一套合部311的外径，第六套合部24的内径等于第二套合部312的外径，在所述第一套合部和所述第五套合部之间设置有密封件，在所述第二套合部和所述第六套合部之间设置有密封件和剪切销钉34。通过这种方式第二套合部312密封式套设在第六套合部24内，第一套合部311密封式套设在第五套合部23内。撞击套31的上端受压面即为第一套合部311的上端面，撞击套31的下端受压面即为第二套合部
312的下端面，在同等压强下，第一套合部311的上端面受到的轴向压力大于第二套合部312的下端面受到的轴向压力，从而达到撞击套31在泵注压力的作用下剪断剪切销钉34撞向破裂盘22的目的。此外，将撞击套31通过剪切销钉34与底座21固定，避免直接在组装部12上直接安装剪切销钉，增强组装部12的整体强度以及密封性。

[0038] 容易理解，撞击套31的下端面与下接头4之间没有密封连接，因此撞击套31的上端面与下端面所受压强相等。撞击套31与底座21之间形成的封闭环形空间内的空气压缩后产生的力不足以影响撞击套31的移动。

[0039] 在一个优选的实施例中，为了使破裂盘22既能够承受一定的压强，又能够被撞击套31击碎，破裂盘22选用耐高压易碎非金属材料制成，比如玻璃、陶瓷等。另外，为了提高同等厚度下破裂盘22的耐压性能，破裂盘22除了图1中示出的圆柱形，还可以构造成图3所示的球壳形等其他形状。

[0040] 如图1所示，结合上述实施例，下压差漂浮接箍100的组装过程如下：在压环6的密封槽内安装端面密封圈5；在底座21的内壁和外壁的密封槽内安装密封圈，并将破裂盘22安装到底座21的第一阶梯231上；将压环6按照图1所示方向与底座21连接，抵住破裂盘22；在撞击套31的外壁的密封槽内安装密封圈，按照图1所示方向安装到底座21内，并从底座21的外壁插入用于固定撞击套31的剪切销钉34；将上述组装好的部分按照图1所示方向置入上接头1，并在上接头1的下端安装下接头4，使下接头4的顶部与底座21抵接。上述提到的密封圈、密封方式包括骨架密封圈、O型密封圈等。

[0041] 根据本发明的一个具体的实施例，在压环6上设置有第二台阶61。第二台阶61的台阶面的直径大于等于第一套合部311的外径。通过这样设置，能够使撞击套31撞击破裂盘22后，能够越过破裂盘22到达图2所示的位置，更加有效的对破裂盘22残留圆环部分进行封隔。

[0042] 为了进一步简化本发明的组装，本发明还提供了另一种实施例。如图4所示，去掉原压环6，并改变底座21上端的形状，使破裂盘22的上端能够与上接头1抵接，从而达到降低组装难度的目的。相应的，在上接头1上设置一个台阶，用于充当原第二台阶61。

[0043] 本发明中通过破裂盘22封堵一段空气或者低密度钻井液来减小下入摩阻的使用方法与现有技术相同，主要区别在下入到位泵注压力后，破裂盘22的破碎方式，具体如下。

[0044] 泵注压力后，当泵注压力大于破裂盘22的设计强度时，破裂盘22爆破，形成细碎颗粒。随后井下管柱内的液柱压力或者循环压力传到撞击套31周围，撞击套31产生向破裂盘22的方向移动的运动趋势，从而使剪切销钉34被剪断，撞击套31以液柱压力或者循环压力下的压差作用力撞向破裂盘22，对破裂盘22进行撞击，通过二次破碎清除破裂盘22爆破后可能残留的物质，实现全通径。

[0045] 根据本发明提供的破碎破裂盘的方式，本发明提供的下压差漂浮接箍100在能够实现全通径的前提下，剪切销钉34的设计强度可以在一个很大的范围内，从而降低了剪切销钉34的设计难度，提高实用性和安全性。

[0046] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0047] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0048] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。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例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。

[0049] 最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。