发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供用于喇叭管与返流槽连接处的防阻塞防腐蚀结构，以解决现有技术中喇叭管与返流槽的连接处极易发生腐蚀现象的问题，实现减缓喇叭管与返流槽的连接处的腐蚀速率、降低维护更换频率的目的。
[0004] 本发明通过下述技术方案实现：
[0005] 用于喇叭管与返流槽连接处的防阻塞防腐蚀结构，包括设置有返出口的喇叭管，与喇叭管的返出口相连的返流槽，所述返流槽的外表面与喇叭管不接触，返流槽的高度低于喇叭管的返出口的高度，所述喇叭管上固定连接与返出口连通的倾斜导管，所述倾斜导管朝向返流槽所在方向向下倾斜，倾斜导管远离喇叭管的一端固定连接平行导管，所述平行导管位于返流槽内、且平行导管的轴线与返流槽的长度方向相互平行，平行导管的底端与返流槽内部底面之间具有间隙；所述平行导管的相对两侧分别设置沿轴线对称分布的两块陶瓷安装板，所述陶瓷安装板的底面与返流槽的底面相互平行；还包括固定在陶瓷安装板与返流槽底面之间的第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块，所述第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块从平行导管靠近倾斜导管的一端、至远离倾斜导管的一端依次分布，所述第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块均是底面与返流槽内部底面接触、顶面与陶瓷安装板的底面接触、相对两侧分别与返流槽的两侧壁接触；所述承载框内部空心，承载框表面设置若干与内部连通的通孔，所述承载框内部充填陶粒；所述返流槽底部设置向外凸出的锥形凸起，所述锥形凸起的轴线垂直于返流槽的底面，锥形凸起位于平行导管远离倾斜导管所在方向的一侧，所述锥形凸起的轴线与平行导管远离倾斜导管的端部之间的距离为20～30cm，锥形凸起的内壁固定螺旋状的导流板；还包括横跨返流槽的龙门架，所述龙门架上固定连接轴承座，轴承座内设置轴承，所述轴承位于锥形凸起的正上方，轴承上连接转轴，所述转轴向下伸入至锥形凸起内，转轴上固定N块挡片、M块叶片，其中N块挡片沿转轴周向均匀分布，M块叶片沿转轴周向均匀分布，所述叶片位于锥形凸起内，所述挡片位于叶片上方的返流槽内，其中M≥3，N≥3，所述挡片平行于转轴的轴线，所述叶片垂直于转轴的轴线。
[0006] 针对现有技术中喇叭管与返流槽的连接处极易发生腐蚀现象的问题，本申请提出用于喇叭管与返流槽连接处的防阻塞防腐蚀结构，本申请的发明人在经过大量研究后得出，喇叭管与返流槽的连接处的腐蚀现象，其主因并非地层返出的酸性气体溶解后导致，因为在钻井过程中全程控制钻井液Ph值在10～11之间，该腐蚀现象也并未有明显改善；而使用价格昂贵的油基泥浆时这种腐蚀现象有较为明显的改善。基于上述结果，发明人进一步研究得出，导致该腐蚀现象的主要原因在于，喇叭管一般是根据钻台搭设高度单独采购，而返流槽都是井对自行配置的设备，喇叭管与返流槽为不同批次材质的金属材料，其含碳量、合金组分与合金种类等均不相同，而由于钻完井液中都含有大量游离态的带电粒子，如氯离子、铵根离子等，在此情况下，喇叭管与返流槽之间极易产生电化学腐蚀，导致喇叭管与返流槽的连接处需要频繁进行抢修或更换。针对这一研究结果，发明人设计了本发明，其中返流槽的外表面与喇叭管不接触，为了使喇叭管中的返出液进入返流槽中，在喇叭管上固定连接与返出口连通的倾斜导管，所述倾斜导管朝向返流槽所在方向向下倾斜，便于夹杂有地层岩屑的返出流体在重力作用下快速排出，提高返液效率。倾斜导管远离喇叭管的一端固定连接平行导管，平行导管位于返流槽内、且平行导管的轴线与返流槽的长度方向相互平行，因此返出的流体从喇叭管中从返出口流出，依次经过倾斜导管、水平导管，从水平导管的外端部流出进入返流槽中。平行导管的底端与返流槽内部底面之间具有间隙，避免平行导管与返流槽之间直接接触形成连通的导体。平行导管的相对两侧分别设置沿轴线对称分布的两块陶瓷安装板，用于为第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块提供安装工位与进行限位。第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块均位于两块陶瓷安装板的下方，第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块的顶部的两端分别与两块陶瓷安装板的底面接触。即是，第一陶瓷垫块、第二陶瓷垫块与两块陶瓷安装板和返流槽共同围绕形成一个相对封闭的空间，该空间内部设置有承载框，承载框的两侧分别为第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫。其中，第一陶瓷垫块、第二陶瓷垫块位于两侧，主要用于承托平行导管、平行导管内部的钻完井液的重量，避免在钻完井液的重力作用下水平导管下坠至与返流槽相接触。第一陶瓷垫块、第二陶瓷垫块、陶瓷安装板均由陶瓷材料制作而成，能够有限阻隔带电粒子的移动，形成良好的绝缘效果。第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫用于起到密封作用，避免钻完井液灌入第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫之间，避免承载框受到高温的钻完井液影响与冲蚀。同时还能够利用橡胶具有弹性的特点，为平行导管提供减震作用。承载框优选为由木材制作而成，它位于第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫之间，其内部空心，承载框表面设置若干与内部连通的通孔，所述承载框内部充填陶粒，显而易见的，陶粒的尺寸应该大于通孔的孔径，才能够使得陶粒不会从承载框内部掉出。承载框在常规时辅助第一陶瓷垫块、第二陶瓷垫块，起到承托上部载荷的作用。更为重要的是，当第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫中的任意一个失效时，会有钻完井液从一侧进入承载框处，承载框与对应方向的陶瓷垫块会受到来自单侧的、不均匀无规律的水压作用，会导致本发明结构稳定性存在隐患。而本方案中通过在承载框内部充填陶粒，第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫中的任意一个失效时，钻完井液携带地层泥沙进入承载框中，承载框内的陶粒会成为骨架，泥沙作为充填，在承载框内部形成陶粒、泥沙混合的胶结结构，并在钻完井液长期的冲压下被压实，此过程模拟岩石成岩机理，使得承载框内部形成强度高、结构稳定的整体结构，在第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫中的任意一个失效、不再具有密封能力后，自动通过承载框形成更加稳定的承载结构，从而抵消了密封失效后可能带来的稳定性降低的风险。而当第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫均没有失效时，空心的承载框又能够显著减轻自重，由承载框的框架进行辅助承载即可。此外，返流槽底部设置向外凸出的锥形凸起，所述锥形凸起的轴线垂直于返流槽的底面，锥形凸起位于平行导管远离倾斜导管所在方向的一侧，所述锥形凸起的轴线与平行导管远离倾斜导管的端部之间的距离为20～30cm。因此当钻完井液从平行导管的端部流出时，会沿抛物线下落至锥形凸起附近，钻完井液进入锥形凸起中，锥形凸起的内壁固定螺旋状的导流板，因此钻完井液沿着导流板在锥形凸起内进行螺旋运动，会在返流槽内锥形凸起上方形成小型的涡流，涡流对钻完井液施加离心力，钻完井液被向着各个方向甩出：部分钻完井液被甩向下游方向，加速钻完井液在返流槽中的流速，避免溢出；部分钻完井液被甩至返流槽的槽壁上，利用与槽壁碰撞的冲击力对岩屑进行破碎，降低岩屑阻塞返流槽的可能性；而部分钻完井液被甩向第二陶瓷垫块所在方向，大块的岩屑在撞上第二陶瓷垫块后直接随液体返回，而其中泥质含量较高的岩屑直接附着在第二陶瓷垫块上，体积小的会逐渐填塞在第二陶瓷垫块与陶瓷安装板、返流槽槽体的间隙内，在钻井一开作业时，一般仅需一天时间就可彻底自动封死第二陶瓷垫块与陶瓷安装板、返流槽槽体之间的间隙，极大的减轻第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫的密封压力，实现自密封的效果。此外，在钻遇压实程度不够的泥岩地层时，返流槽中时常出现起泥球现象，泥球在一开始都是较小的泥岩岩屑团，在返流槽中逐渐滚动过程中而变大。而本发明中由于有锥形凸起的存在，泥岩岩屑团在进入返流槽的初期阶段就难以言直线滚动，因此其形成泥球的可能性会显著降低。并且，本发明还包括横跨返流槽的龙门架，用于为轴承座提供安装工位，使得安装在轴承座内的轴承能够位于锥形凸起的正上方，轴承上连接转轴，所述转轴向下伸入至锥形凸起内，转轴上固定N块挡片、M块叶片。沿转轴周向均匀分布的N块挡片位于返流槽内，未进入锥形通道中，由于挡片平行于转轴的轴线，因此从上游来的钻完井液会直接冲击到各挡片上，向挡片施加推力，各挡片在液体推力的作用下，带动转轴在轴承上绕自身轴线进行转动，转轴转动带动M块叶片也同时进行转动，由于叶片位于锥形凸起内，因此叶片的转动会直接搅动锥形凸起内的液体，配合导流板形成更为强大的涡流，而更为强大的涡流又能够在上方为挡片提供更大的推动力，从而形成良性循环，使得转轴的转速更快，叶片和挡片的转速均更快，以此通过垂直于转轴轴线的叶片对进入锥形凸起内的岩屑进行搅碎，杜绝大块岩屑进入锥形凸起后，涡流不够强力无法将其甩出从而导致锥形凸起被堵住的可能性，显著提高了本发明中锥形凸起的使用稳定性和可靠性。综上，本发明中平行导管、倾斜导管、喇叭管构成电连通的整体，而这个整体均不与返流槽之间接触，直接切断了喇叭管与返流槽之间电化学腐蚀的通路，再配合陶瓷安装板、第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块进行安装承载、密封保护、自动加固，从而解决了现有技术中喇叭管与返流槽的连接处极易发生腐蚀现象的问题，实现了减缓喇叭管与返流槽的连接处的腐蚀速率、降低维护更换频率的目的。在同一个油藏圈闭内地质结构相同、各层厚度及岩性均一致的相邻两口生产井的钻井过程中进行试验，使用传统的返流槽与喇叭管之间焊接相连的方式，连接处的更换频率为12.5天/次，而使用本申请中的结构，连接处的更换频率仅为31天/次。
[0007] 进一步的，所述喇叭管、倾斜导管、平行导管的材质相同；所述返流槽、锥形凸起、导流板、挡片、叶片的材质相同。确保喇叭管、倾斜导管、平行导管之间不会由于材质不同、导电系数差异而形成电化学腐蚀，降低喇叭管自身受腐蚀的风险。同理，确保返流槽、锥形凸起、导流板、挡片、叶片之间不会由于材质不同、导电系数差异而形成电化学腐蚀，降低返流槽自身受腐蚀的风险。
[0008] 更优选的技术方案是，第二陶瓷垫块朝向锥形凸起所在方向的一侧表面均匀分布若干盲孔，所述盲孔的开口孔径为2～3cm。钻井液在第二陶瓷垫块表面能够形成泥饼，这一过程与钻井液在井壁形成泥饼的原理一致，本领域技术人员均能理解，所形成的泥饼能够为第二陶瓷垫块提供保护与润滑，使得大块的岩屑能够平滑的从第二陶瓷垫块表面滑过或被撞碎，大块的岩屑不会直接粘接在第二陶瓷垫块表面。但是对于第二陶瓷垫块而言，在锥形凸起的作用下，其表面受到的岩屑撞击相比井壁而言要大得多，这就导致了其表面泥饼的稳定性很低，极易脱落。本方案通过均匀分布的若干盲孔，孔径2～3cm的盲孔内部会有细小的黏土类岩屑进入其中进行充填，与第二陶瓷垫块表面形成的泥饼构成整体泥质胶结结构，在此基础上，泥饼的整体张力与韧性得到极大的提升，受到撞击后整体脱落的可能性显著降低。
[0009] 所述第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块均为上部开设有圆弧凹槽的方形结构，所述圆弧凹槽的半径与平行导管的外径相等。通过本结构便于第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块与平行导管之间的完美贴合，进一步提高第一陶瓷垫块、第二陶瓷垫块之间空间的独立性。所述承载框沿着返流槽长度方向的相对两侧面均为相互垂直的木条组成的网格。相互垂直的木条会组成方形的网格结构，无需额外设置通孔，同时能够进一步降低承载框的自重，减轻返流槽所受的载荷。所述陶瓷安装板伸出至第二陶瓷垫块外，陶瓷安装板的外端与第二陶瓷垫块之间的距离为15～20cm。即是在陶瓷安装板的底部，有距离第二陶瓷垫块之间的15～20cm的空间，该空间能够为被锥形凸起所形成的涡流甩来的岩屑提供足够充分的堆积区域，岩屑不停的堆积在该空间内，堆满后还会不断的进行拍打压实，使得第二陶瓷垫块的外表面能够自动形成更厚、更稳定的岩屑封堵结构，利用地层岩屑实现自密封效果，对承载框与第一陶瓷垫块提供更加稳定的保护。
[0010] 优选的，所述挡片呈扇形，挡片、叶片的厚度均小于1cm。
[0011] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0012] 1、本发明用于喇叭管与返流槽连接处的防阻塞防腐蚀结构，平行导管、倾斜导管、喇叭管构成电连通的整体，而这个整体均不与返流槽之间接触，直接切断了喇叭管与返流槽之间电化学腐蚀的通路，再配合陶瓷安装板、第一陶瓷垫块、第一橡胶密封垫、承载框、第二橡胶密封垫、第二陶瓷垫块进行安装承载、密封保护、自动加固，从而解决了现有技术中喇叭管与返流槽的连接处极易发生腐蚀现象的问题，实现了减缓喇叭管与返流槽的连接处的腐蚀速率、降低维护更换频率的目的。
[0013] 2、本发明用于喇叭管与返流槽连接处的防阻塞防腐蚀结构，承载框在常规时辅助第一陶瓷垫块、第二陶瓷垫块，起到承托上部载荷的作用。当第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫中的任意一个失效时，钻完井液携带地层泥沙进入承载框中，承载框内的陶粒会成为骨架，泥沙作为充填，在承载框内部形成陶粒、泥沙混合的胶结结构，并在钻完井液长期的冲压下被压实，此过程模拟岩石成岩机理，使得承载框内部形成强度高、结构稳定的整体结构，在第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫中的任意一个失效、不再具有密封能力后，自动通过承载框形成更加稳定的承载结构，从而抵消了密封失效后可能带来的稳定性降低的风险。
[0014] 3、本发明用于喇叭管与返流槽连接处的防阻塞防腐蚀结构，钻完井液进入锥形凸起中，沿着导流板在锥形凸起内进行螺旋运动，会在返流槽内锥形凸起上方形成小型的涡流，涡流对钻完井液施加离心力，钻完井液被向着各个方向甩出：部分钻完井液被甩向下游方向，加速钻完井液在返流槽中的流速，避免溢出；部分钻完井液被甩至返流槽的槽壁上，利用与槽壁碰撞的冲击力对岩屑进行破碎，降低岩屑阻塞返流槽的可能性；而部分钻完井液被甩向第二陶瓷垫块所在方向，大块的岩屑在撞上第二陶瓷垫块后直接随液体返回，而其中泥质含量较高的岩屑直接附着在第二陶瓷垫块上，体积小的会逐渐填塞在第二陶瓷垫块与陶瓷安装板、返流槽槽体的间隙内，极大的减轻第一橡胶密封垫、第二橡胶密封垫的密封压力，实现自密封的效果。
[0015] 4、本发明用于喇叭管与返流槽连接处的防阻塞防腐蚀结构，从上游来的钻完井液会直接冲击到各挡片上，向挡片施加推力，各挡片在液体推力的作用下，带动转轴在轴承上绕自身轴线进行转动，转轴转动带动M块叶片也同时进行转动，由于叶片位于锥形凸起内，因此叶片的转动会直接搅动锥形凸起内的液体，配合导流板形成更为强大的涡流，而更为强大的涡流又能够在上方为挡片提供更大的推动力，从而形成良性循环，使得转轴的转速更快，叶片和挡片的转速均更快，显著提高了本发明中锥形凸起的使用稳定性和可靠性。
