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双曲线无脊薄壁堰在井口泥浆流量测量的应用

点击次数:1817 发(fā)布时间:2020-08-12 16:19:07
为了(le)制造井口泥浆流量计的一次仪表(biǎo),*先要解决一次仪表的关键部位(wèi)-薄壁堰的过水断面问题。要求过水断面的形状能使(shǐ)流量(Q)与水头(H)之间的关系成正比例变化,以便测得稳定(dìng)的准确的连续流量和简化一次仪表上的转换器(qì)制造。为此,笔者设计了过水断面形状,并通过室内实验,得到了较为理想的85-01号薄壁堰。但要应(yīng)用于流量计的一次仪表还有待进一(yī)步研究。
1、试验目的
在钻进过程中,及时掌握井口泥浆流(liú)量的变化情况,对分析井下地层有无漏失、井涌以及优选有关参数实现平衡地(dì)层压力(lì)钻(zuàn)井具有重要意义。目前,在开口槽中测量(liàng)泥浆瞬时流量的一(yī)次仪表上,只有几种不同形状的薄壁堰(矩形、直角三角形和梯(tī)形等(děng)),它们的流(liú)量和水头的变化均为指数变化关系,即非线性变化,所以满足不了连续测(cè)量的需要。重庆石油(yóu)仪修厂于1971年在试制全(quán)自动气测仪的过程中(zhōng),笔者曾提出以双曲线薄壁堰做井(jǐng)口泥(ní)浆流(liú)量计的一次仪(yí)表的方案。经过室内水力学实验和现场生产(chǎn)试验,表明这种有脊的双曲线薄壁堰的流量与作用水头之间的(de)变化关系基本上是线性的;流量系数随作用水头(tóu)的升高略(luè)有增大,但在(zài)泥浆槽中工作时,堰口下面的脊(堰口底边离水槽底的高度)阻挡了泥浆(jiāng),产生了沉沙,需要每隔一(yī)定时间清除一次沉沙(见图1)。显然,这样(yàng)的(de)一次仪表不受现(xiàn)场(chǎng)工作人员所欢迎。近来,又设计出下方开有补偿孔的无脊双曲线(xiàn)薄壁堰(yàn),进行了水(shuǐ)力学实验(见图2)。
2、双曲线薄(báo)壁(bì)堰及其补偿底孔的工作原理
1.双曲线薄壁堰(yàn)的线性流量特征
如图3所示,当薄壁堰口尺寸(cùn)的变化关系为双曲线时,由于流速故流量Q
(1)式表明,双曲线薄壁堰的通过流量与作用水头(tóu)之(zhī)间,具有线性(xìng)变化关系(xì)。
2.矩形底孔的补偿(cháng)作用
根据双曲线薄壁堰口尺寸变化关系为即纵坐标y值趋近于零时,横坐标x值趋近无穷大。这在堰(yàn)板的实(shí)际(jì)制作上是无法实现的。若将堰口曲线的*低纵坐标取为yo,在yo一下至(-yo)增开一矩(jǔ)形,即高为2yo,宽为2x。的补(bǔ)偿孔,从数学(xué)上可以证(zhèng)明,坐标(biāo)原点以下(xià)所增大的矩形面积(A补)正好等于舍去(qù)的曲边(biān)面积(A补)。由图3可知
(2)与(3)式比较可得
A内=A补=A外
3、试验方法及结果
为了分别进(jìn)行有补偿孔和无补(bǔ)偿孔两种情况下无脊双曲线薄壁(bì)堰的流(liú)量特性试验,用尺寸缩小成1/10的模型进行(háng)室内水力学实验。如图(tú)4所示,将两种薄壁堰(见图5和图6)焊接在水槽出口(kǒu)处。实验结(jié)果见表1和表2。
4、初(chū)步认识
用85-01号和(hé)85-02号两种双曲线薄壁堰,在试验水槽端安装成无脊(jǐ)有补(bǔ)偿孔和无(wú)补偿(cháng)孔两种情况,进行了(le)多次实验,所得数据通过整理,画出流量特性(xìng)曲线,见图7和图8。
根(gēn)据(jù)上(shàng)述实验,得到以下认识:
1.具有补偿底孔的双曲线无脊薄壁堰(见图7),在作用(yòng)水头超过补偿孔以上时,通过流量与作用水(shuǐ)头(tóu)之间具有较好的线(xiàn)性变化关系,其流量系数K值基本保持在(zài)20.5cm³/s·mm左(zuǒ)右。
2.无补偿底孔的双曲(qǔ)线无脊薄壁堰,见图8,其(qí)流量与作用水头之(zhī)间变化关系基本上是线性的,流(liú)量系数K值(zhí)随作用水头升高略有增大。
3.无脊双(shuāng)曲线薄壁(bì)堰在工作时对液流中的泥沙无阻挡作用,可用于(yú)开(kāi)口槽中测量含有固体颗粒的液体流量(liàng)。
4.具有补偿孔的双曲线(xiàn)无脊薄壁堰,在作用水头(tóu)很低的情况下其流量与作用水头之间(jiān)的变化关系是非线(xiàn)性的。但(dàn)在高作用水头(tóu)下其流量系数K却保持不(bú)变,这与钻井条件(jiàn)下井口(kǒu)流量大,作用水头高德情况相一致。故(gù)此种双曲线无脊薄壁堰作为井口泥浆流(liú)量连续测(cè)量的(de)一次仪表是比较适合的。

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