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)：2249 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?wèn)題。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)嗝嫘螤睿⑼ㄟ^(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(kāi)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(jiàn)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(kāi)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(jiàn)圖2）。

2、雙曲線薄壁堰及其補(bǔ)償?shù)卓椎墓ぷ髟?/div>

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(kāi)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(jiàn)圖5和圖6）焊接在水槽出口處。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(huà)出流量特性曲線，見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(kāi)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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