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雙曲線無(wú)脊薄壁堰在井口泥漿流量測(cè)量的應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù):1843 發(fā)布時(shí)間:2020-08-12 16:19:07
為了制造井口泥漿流量計(jì)的一次儀表,*先要解決一次儀表的關(guān)鍵部位-薄壁堰的過(guò)水?dāng)嗝鎲栴}。要求過(guò)水?dāng)嗝娴男螤钅苁沽髁?Q)與水頭(H)之間的關(guān)系成正比例變化,以便測(cè)得穩(wěn)定的準(zhǔn)確的連續(xù)流量和簡(jiǎn)化一次儀表上的轉(zhuǎn)換器制造。為此,筆者設(shè)計(jì)了過(guò)水?dāng)嗝嫘螤?,并通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn),得到了較為理想的85-01號(hào)薄壁堰。但要應(yīng)用于流量計(jì)的一次儀表還有待進(jìn)一步研究。
1、試驗(yàn)?zāi)康?br /> 在鉆進(jìn)過(guò)程中,及時(shí)掌握井口泥漿流量的變化情況,對(duì)分析井下地層有無(wú)漏失、井涌以及優(yōu)選有關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)平衡地層壓力鉆井具有重要意義。目前,在開口槽中測(cè)量泥漿瞬時(shí)流量的一次儀表上,只有幾種不同形狀的薄壁堰(矩形、直角三角形和梯形等),它們的流量和水頭的變化均為指數(shù)變化關(guān)系,即非線性變化,所以滿足不了連續(xù)測(cè)量的需要。重慶石油儀修廠于1971年在試制全自動(dòng)氣測(cè)儀的過(guò)程中,筆者曾提出以雙曲線薄壁堰做井口泥漿流量計(jì)的一次儀表的方案。經(jīng)過(guò)室內(nèi)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn),表明這種有脊的雙曲線薄壁堰的流量與作用水頭之間的變化關(guān)系基本上是線性的;流量系數(shù)隨作用水頭的升高略有增大,但在泥漿槽中工作時(shí),堰口下面的脊(堰口底邊離水槽底的高度)阻擋了泥漿,產(chǎn)生了沉沙,需要每隔一定時(shí)間清除一次沉沙(見圖1)。顯然,這樣的一次儀表不受現(xiàn)場(chǎng)工作人員所歡迎。近來(lái),又設(shè)計(jì)出下方開有補(bǔ)償孔的無(wú)脊雙曲線薄壁堰,進(jìn)行了水力學(xué)實(shí)驗(yàn)(見圖2)。
1、試驗(yàn)?zāi)康?br /> 在鉆進(jìn)過(guò)程中,及時(shí)掌握井口泥漿流量的變化情況,對(duì)分析井下地層有無(wú)漏失、井涌以及優(yōu)選有關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)平衡地層壓力鉆井具有重要意義。目前,在開口槽中測(cè)量泥漿瞬時(shí)流量的一次儀表上,只有幾種不同形狀的薄壁堰(矩形、直角三角形和梯形等),它們的流量和水頭的變化均為指數(shù)變化關(guān)系,即非線性變化,所以滿足不了連續(xù)測(cè)量的需要。重慶石油儀修廠于1971年在試制全自動(dòng)氣測(cè)儀的過(guò)程中,筆者曾提出以雙曲線薄壁堰做井口泥漿流量計(jì)的一次儀表的方案。經(jīng)過(guò)室內(nèi)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn),表明這種有脊的雙曲線薄壁堰的流量與作用水頭之間的變化關(guān)系基本上是線性的;流量系數(shù)隨作用水頭的升高略有增大,但在泥漿槽中工作時(shí),堰口下面的脊(堰口底邊離水槽底的高度)阻擋了泥漿,產(chǎn)生了沉沙,需要每隔一定時(shí)間清除一次沉沙(見圖1)。顯然,這樣的一次儀表不受現(xiàn)場(chǎng)工作人員所歡迎。近來(lái),又設(shè)計(jì)出下方開有補(bǔ)償孔的無(wú)脊雙曲線薄壁堰,進(jìn)行了水力學(xué)實(shí)驗(yàn)(見圖2)。
2、雙曲線薄壁堰及其補(bǔ)償?shù)卓椎墓ぷ髟?/div>
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1.雙曲線薄壁堰的線性流量特征
如圖3所示,當(dāng)薄壁堰口尺寸的變化關(guān)系為雙曲線時(shí),由于流速故流量Q
(1)式表明,雙曲線薄壁堰的通過(guò)流量與作用水頭之間,具有線性變化關(guān)系。
2.矩形底孔的補(bǔ)償作用
根據(jù)雙曲線薄壁堰口尺寸變化關(guān)系為即縱坐標(biāo)y值趨近于零時(shí),橫坐標(biāo)x值趨近無(wú)窮大。這在堰板的實(shí)際制作上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。若將堰口曲線的*低縱坐標(biāo)取為yo,在yo一下至(-yo)增開一矩形,即高為2yo,寬為2x。的補(bǔ)償孔,從數(shù)學(xué)上可以證明,坐標(biāo)原點(diǎn)以下所增大的矩形面積(A補(bǔ))正好等于舍去的曲邊面積(A補(bǔ))。由圖3可知
(2)與(3)式比較可得
A內(nèi)=A補(bǔ)=A外
3、試驗(yàn)方法及結(jié)果
為了分別進(jìn)行有補(bǔ)償孔和無(wú)補(bǔ)償孔兩種情況下無(wú)脊雙曲線薄壁堰的流量特性試驗(yàn),用尺寸縮小成1/10的模型進(jìn)行室內(nèi)水力學(xué)實(shí)驗(yàn)。如圖4所示,將兩種薄壁堰(見圖5和圖6)焊接在水槽出口處。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。
4、初步認(rèn)識(shí)
用85-01號(hào)和85-02號(hào)兩種雙曲線薄壁堰,在試驗(yàn)水槽端安裝成無(wú)脊有補(bǔ)償孔和無(wú)補(bǔ)償孔兩種情況,進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn),所得數(shù)據(jù)通過(guò)整理,畫出流量特性曲線,見圖7和圖8。
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn),得到以下認(rèn)識(shí):
1.具有補(bǔ)償?shù)卓椎碾p曲線無(wú)脊薄壁堰(見圖7),在作用水頭超過(guò)補(bǔ)償孔以上時(shí),通過(guò)流量與作用水頭之間具有較好的線性變化關(guān)系,其流量系數(shù)K值基本保持在20.5cm³/s·mm左右。
2.無(wú)補(bǔ)償?shù)卓椎碾p曲線無(wú)脊薄壁堰,見圖8,其流量與作用水頭之間變化關(guān)系基本上是線性的,流量系數(shù)K值隨作用水頭升高略有增大。
3.無(wú)脊雙曲線薄壁堰在工作時(shí)對(duì)液流中的泥沙無(wú)阻擋作用,可用于開口槽中測(cè)量含有固體顆粒的液體流量。
4.具有補(bǔ)償孔的雙曲線無(wú)脊薄壁堰,在作用水頭很低的情況下其流量與作用水頭之間的變化關(guān)系是非線性的。但在高作用水頭下其流量系數(shù)K卻保持不變,這與鉆井條件下井口流量大,作用水頭高德情況相一致。故此種雙曲線無(wú)脊薄壁堰作為井口泥漿流量連續(xù)測(cè)量的一次儀表是比較適合的。
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