雙曲線無脊薄（báo）壁堰在井口泥漿流量測量的應用

為了製造井口泥漿流量計的一次（cì）儀表（biǎo），*先要解決一次儀表的關鍵部位-薄壁堰的過水斷麵問題。要求過水斷（duàn）麵的形狀能使流量(Q)與水（shuǐ）頭(H)之間的關係成正比例變化（huà），以便測得穩定的準確的連續流量和簡化一次儀表上的轉換器製造。為此，筆者設計了（le）過水斷麵（miàn）形狀，並通過室內實驗，得到了較為理想的85-01號薄壁堰。但要應用於流量計的一次儀表還有待進一步研究。
1、試驗目的
在鑽進過程中，及時掌握井口泥漿流量的變（biàn）化情況，對分析井下（xià）地層有無漏失、井湧以及優選（xuǎn）有關參（cān）數（shù）實（shí）現平衡地層壓力鑽井具有重要（yào）意義。目前，在開口槽中測量泥漿瞬時流量的一次儀表上（shàng），隻有幾種不同形狀的薄壁堰（矩（jǔ）形、直角三角形和梯形（xíng）等），它們的流量和（hé）水頭的變（biàn）化均為（wéi）指數變化關係，即非線（xiàn）性（xìng）變化，所以滿足不（bú）了連續測（cè）量的（de）需要。重慶石油儀修廠於1971年（nián）在（zài）試製全自動氣測儀的過（guò）程中，筆者曾提出以雙曲線薄壁堰做井口泥漿流量計的一次儀表的方案。經過室內水力學實驗和現場生產試驗，表明這種有脊的雙曲線薄壁堰的流量（liàng）與作用水頭之間的變化關係基本上是線性的；流量（liàng）係數隨作用水頭的升高略有增大，但在泥漿槽中工作時，堰口下麵的脊（堰口底邊離（lí）水槽底的高度）阻擋了泥漿，產（chǎn）生了（le）沉沙，需（xū）要每隔一定時間清除一次沉沙（見圖1）。顯然，這樣的一次儀表（biǎo）不受現場（chǎng）工作人員所歡迎。近來，又設計（jì）出下方開有補償孔的無脊雙曲線薄壁堰，進行了水力學實驗（見圖2）。

2、雙曲（qǔ）線薄壁堰及（jí）其補償底孔的工作原理

1.雙曲線薄壁堰的線性（xìng）流量特（tè）征

如圖3所示，當薄壁（bì）堰口尺寸的變化關係為雙曲線時，由於流速故流量Q

（1）式（shì）表明（míng），雙曲線薄壁堰的通過流量與作用水頭之間，具有線性變化關係。

2.矩形底孔的補償作用

根（gēn）據雙曲線薄壁堰口尺寸變化關係為即縱坐標y值趨近於零時，橫坐標x值趨近無窮大。這在堰板的實際製作（zuò）上是無法實（shí）現的。若將堰口曲線的*低縱坐標取為yo，在yo一（yī）下至（-yo）增開一矩形，即（jí）高為2yo，寬為（wéi）2x。的補償孔，從數學上可以證明，坐標原點以下所增大的矩形麵積（A補）正好等於舍去的曲邊麵積（A補）。由圖3可知

（2）與（3）式比較可得

A內=A補=A外

3、試驗方法及結果（guǒ）

為了分別進行有補償孔和無補償孔兩種情況下無脊雙曲線薄壁堰的流量特性試驗，用尺寸縮小成1/10的模型進行室內水力（lì）學實（shí）驗。如圖4所示，將兩種薄（báo）壁堰（見圖5和圖6）焊接（jiē）在水槽出口處。實驗結果見表1和表2。

4、初步認識

用85-01號和85-02號兩種雙曲（qǔ）線薄壁堰（yàn），在試驗水（shuǐ）槽端（duān）安裝成無脊有補償孔和無補償孔兩種情況，進行了多次實（shí）驗，所得數據通過整理，畫出流量特性曲線，見圖7和圖8。

根據（jù）上（shàng）述實驗，得到以下認識：

1.具有補償底孔的（de）雙曲線無脊薄壁堰（見圖7），在作用水頭超過補償孔以上時（shí），通過流量與作用水頭之間具有較好的線性（xìng）變化關係，其流量（liàng）係數K值基本保持在20.5cm³/s·mm左右。

2.無補（bǔ）償底孔（kǒng）的雙曲線無脊薄壁堰，見圖8，其流（liú）量與作用水頭之間變化關係基（jī）本上是線性（xìng）的，流量係數K值隨（suí）作用水頭升高略有增（zēng）大。

3.無脊雙曲線薄壁堰在工作時（shí）對液流中的泥沙無阻擋作用，可用於開口槽中測量含有固體顆粒的液體流量。

4.具有補償孔的（de）雙曲線（xiàn）無（wú）脊薄（báo）壁堰，在作用水頭很低的情況下其流量（liàng）與作用水頭之間的變化（huà）關係是非線性的。但（dàn）在高作用水（shuǐ）頭下其流量係數（shù）K卻保持不變，這與鑽井條件下井口流（liú）量大，作（zuò）用水頭高德情況相一致。故此種（zhǒng）雙曲線無脊薄壁堰作為井口泥漿流量連續測量的一次（cì）儀（yí）表是（shì）比較適合的。