旋转粘度计中液体的水力特性及直读设计

看了本刊1979年第六期刊载的"旋转粘度计直读原理"一文后,提一些不同看法,愿和作者商榷。该文作者提出的多因素关系式,在具体设计中是难以实现的。本文提出了旋转粘度计较简单而具有普遍性的直读条件,供设计和使用者参考。文中重点对液体在旋转粘度计内、外筒间隙中的速度梯度、速度等水力特性进行了分析,从而得出液体在环形间隙中作层流流动的有关公式及旋转粘度计内、外筒直径的具体计算。     

测量低剪切速率下钻井液流变性的新仪器

很多公司用范氏粘度计去研究钻井液的流变性。但范氏仪器不能在低剪切速率下进行测量。现代化流变仪的问世 ,使低剪切速率下流变性的测量和钻井液的携屑能力评价变得很容易。在最近的一项研究中 ,美国Ｂｏｈｅｌｉｎ仪器公司用ＢｏｈｅｌｉｎＣＶＯ流变仪在 2 5℃下对钻井液进行了各种测量 ,Ｂｏｈｅｌｉｎ测量系统使用的是一种同轴筒 ,其直径为 2 5ｍｍ。由于钻井液中含较大尺寸的颗粒而且是低粘的 ,所以选择测量仪的几何形状时 ,使其内筒与外筒的间隙要比平均颗粒尺寸大 (约5 0ｍｍ)。内筒的固有面积大 ,可提高对低粘流体的敏感度。非剪切…     

基于叠加原理的钻柱行星运动诱发平面流场的PIV分析

为了研究钻柱行星运动诱发流体平面流动的规律,解决提高钻井液携岩能力、降低流动压耗、降低涡动对钻柱破坏等的实际工程问题,提出了基于叠加原理的求解思路,将行星运动诱发的平面流场分解为钻柱与井筒等角度旋转的离心力场和钻柱与井筒同时自转诱发的流场。为分析后者流场,设计了内杆与外筒自转诱发流体平面流场的测量实验装置,并进行了粒子图像测速（PIV）实验。结果表明：内杆与外筒自转所诱发平面流场的速度呈近似对称分布,对称轴是外筒与内杆横截面圆心的连心线;内杆偏心自转时,存在出现二次流的偏心率临界值,且二次流出现在远离内杆、近外筒壁的地方;内杆与外筒自转方向相同时,二次流的出现与偏心率以及内杆与外筒转速差都有关,且二次流分布区域随偏心率的增大、内杆与外筒转速差的增大而扩大;内杆与外筒自转方向相反时,二次流呈月牙儿状近似对称分布,分布区域随内杆或外筒转速的增大、偏心率的增大而扩大。     

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流体在漏斗粘度计中的流动规律及流变参数的确定，是目前国内外尚未很好解决的问题。根据位能与动能的变化关系，作研究了在非恒定静压作用下幂律流体垂直下落的规律及流变参数与时间的关系，从而为计算漏斗粘度计中流体的流变参数提供了理论依据。章采用流体静压头下降成比例的测量方法，记录其流动时间，简便地解决了幂函数求解指数的显函数方法。章最后应用四种不同性能的液体，采用旋转粘度计实测的有关参量，与漏斗粘度计及旋转粘度的计算结果对比，说明了漏斗粘度计在一定条件下具有较高的测量精度，能较好地用于钻井液的流变学设计。     

柱塞自旋转装置的计算

在柱塞上端接一根外圆带有螺旋槽的自旋转装置，靠排出液流的螺旋上升流动产生分速度使柱塞在抽汲过程中产生随机自旋转运动，从而消除柱塞的偏磨现象，达到提高抽油泵寿命的目的。这就是旋转柱塞的工作原理。产生多大的旋转力才能克服柱塞与泵筒之间的最大内摩擦阻力而使柱塞旋转，根据已知条件推导出柱塞旋转力、螺旋槽宽度、深度和螺旋角之间的关系式，将计算结果与柱塞和泵筒之间的最大内摩擦阻力进行比较，从而找出合理的螺旋槽宽度、深度和螺旋角。     

用声激发磁场梯度NMR获得流体流动特性

本文探讨了存在流体流动时通过NMR测井资料确定流动渗透率的一种新手段。其思路是用磁场梯度NMR测量地层岩石孔隙空间内流体的局部速度，而流体的局部运动是由于外部施加的随时间变化的压力而产生的。当井眼内流体与地层流体之间存在水动力接触时，压力就会作用在井壁表面，且被井眼内流体传播到目的层中去。当井眼内流体与地层流体之间存在非渗透性阻挡层时，由于存在地层中传播的纵波，地层内的流体运动依然会发生。位于井眼流体内或与井壁存在机械碰撞的井下振动源都能产生纵波。无论在哪一种情况下，作用于地层阻挡层的随时间变化的机械应力都能产生沿地层传播的快速纵波，并导致地层骨架和地层流体的振动位移。比奥特理论把控制渗透率的流体流动与骨架之间建立了联系。地层孔隙内局部流体相对运动用旋转回波磁场梯度技术可以测量。这一技术现已应用于当今新一代NMR测井仪器。本文详细介绍了这一技术，它包括两种测量局部流体运动的手段。一种是测量旋转回波弛豫率响应，第二种是测量由于压力波的作用而产生的回波信号的相位移动。我们用声波理论计算地层的局部压力，并且在存在磁场梯度时通过检测NMR旋转回波来预测局部流体流动速度。当这些参数已知，就可以用达西定律计算局部流体运动。用NMR弛豫或扩散机制或其它石油物理测量技术独立测得流体粘度以后，就可以确定渗透率。我们使用了流体流动数字模拟技术，它是用网络模型模拟技术对X射线切片技术建立的岩石三维数字图像进行流体流动的数字模拟。     

柱塞自旋转整筒管式抽油泵旋桨的数值模拟

针对目前普通管式抽油泵在工作过程中出现的砂卡和砂埋问题,研制了柱塞自旋转整筒管式抽油泵。该泵的关键部分是柱塞自旋转体和半球旋转式固定阀,柱塞自旋转体内有一个旋桨,流体流过旋桨时,可对旋桨产生力矩,推动旋桨连同柱塞一起旋转,达到除砂目的。应用CFD软件对旋桨处的流场做数值模拟计算,结果表明,在一个冲程内,流体流过旋桨时可以产生足够的力使旋桨带动柱塞一起旋转5.72°,达到了设计要求,解决了泵筒的砂卡和砂埋问题。     

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为使各类流体能应用漏斗粘度计测量其流变参数,研究不同流体流动时间与流变参数的数学模型,是非常重要的问题。作者从塑性流体的本构方程出发,建立了非恒定静液柱作用下,该流体垂直下落的流动规律及其管嘴流动时间与流变参数及摩阻的相互关系,从而为计算漏斗粘度计中塑性流体的流变参数提供了理论依据。文章同样采用幂律流体等比例下降的多点式测量方法及其相关的试验数据,较简便地求解出塑性粘度和动切力的具体数值。文章最后应用具体实例,进一步说明测量和计算动切力和塑性粘度的步骤和过程。     

侧向力对旋转控制头轴承总成可靠性的影响

为了更高效地利用高压旋转控制头轴承总成等进口设备 ,以减少其维修时间和费用 ,根据现场工况及可靠性设计理论 ,借助于有限单元法 ,分析了井口偏斜对轴承寿命、轴承系统可靠性及内、外筒应力的影响。分析结果表明 ,由于井口偏斜产生的侧向力对轴承总成使用可靠性的影响很大。指出 ,防喷器中心线、方补心中心线和天车中心线三者的不对中将使旋转控制头轴承总成承受很大侧向力 ,三者的偏斜度不得大于 0 0 2m。     

旋转粘度计理论公式的探讨

旋转粘度计已广泛地用于生产、科研等领域。旋转粘度计能否准确地测量液体的流变性能,不仅取决于旋转粘度计的设计原理和结构,而且在于旋转粘度计所应用的理论公式。本文对理论公式进行了重新探讨,以飨读者。     

用管道粘度计测量液体流变性

在非牛顿液体(冻胶压裂液)流变性研究中,旋转粘度计虽然得到广泛应用,但在模拟现场压裂液配制和使用方面还存在不少问题,如不能模拟交联流体在高剪切下的制备与压裂过程所表现出来的剪切变化;在实验中会由于旋转与固定圆筒间隙小,高粘度液体被分割成不连续段,使测值与现场实际不符等问题。为此,经参照原石油部部颁标准后,自制成小型管道粘度计。其基本构造是并联3条使流体通过的小管道,采用液压缸做动力源,压力、流量可无级调节,通过电磁流量计和压力传感器将流量、压力反馈到自动记录仪中。并利用回归曲线(或用公式计算)推算出流性指     

对提高杆式泵泵效问题的探讨

杆式泵泵效与柱塞衬套间的间隙、阀的密封、连接部件的密封、抽油杆柱和油管柱的变形，以及泵内、外工作筒间的密封等有关。根据杆式泵的现场使用情况，就泵内、外工作筒的锁定与密封对杆式泵泵效的影响进行了讨论。认为杆式泵内、外工作筒的锁定是保证密封的前提，是提高泵效的关键。欲提高泵效，除在内、外工作筒间采用双级密封和增大工作简的锁紧力外，建议采用笔者提出的新型锁定装置。     

差压式细管气体粘度计

该粘度计的测量原理是根据原修改并发表过气体毛细管粘度计的理论制作的。它的结构简单,且可不必测量流速,能在短时间内容易测得粘度。实验结果说明,使用这种粘度计所测得的粘度与用于气体粘度的萨泽兰(Sutherland)方程所得的结果很相近。     

管杆打捞器的研制

1　结构和工作原理[1～ 2 ]管杆打捞器结构如图 1。图 1　管杆打捞器结构示意　　图 2　管杆打捞器打捞示意　　如图 2 ,打捞工具进入井内向下运行若先遇到断裂油管 ,油管推动外卡瓦沿中心轴的斜面上行 ,使外卡瓦内缩外径减小 ,直至外卡瓦的锯齿部分进入油管。此时外卡瓦被压缩产生一定的外胀力贴紧在油管内壁上。打捞工具继续下行遇到断裂光杆 ,光杆经筒体大锥面进入筒体 ,首先推动两瓣内卡瓦沿筒体的内锥面上移 ,并随卡瓦内孔逐渐增大 ,弹簧被压缩 ,当内孔达到一定值后光杆进入内卡瓦中。在弹簧力的作用下内卡瓦下移 ,使筒体、内卡瓦的锥…     

定向井取心工具的研制及现场应用

定向井 (或斜井 )取心时取心工具随着井眼的轨迹而倾斜 ,其内岩心筒因受重力作用而下垂 ,与外岩心筒内壁相接触 ,外筒带动岩心内筒一起旋转。为避免出现这一问题 ,研制了D— 810 0型定向井取心工具。工具的外筒采用上下稳定器 ,可保证井眼轨迹稳定 ;内筒采用上下两点扶正 ,可避免内筒跟随外筒旋转 ,并能扶正岩心内筒 ,同时又能保证钻井液顺利通过。该工具在 10多口井上应用 ,取心进尺 2 78 94m ,取心长 2 63 85m ,平均岩心收获率为 94 6% ,可满足地质勘探需要。     

内压容器及设备的椭圆形过渡段的强度计算

在塔设备的本体中,除了采用锥形封头和锥形过渡段外,也采用椭圆形封头和锥圆形过渡段。椭圆形过渡段同锥形过渡段一样,也是旋转壳体,因此其计算可利用计算受内压的任意旋转薄壳的关系式来进行。 本文提出的计算方法,可以用来确定圆柱筒体与椭圆形封头连接处在弹性变形阶段中产生的应力和算出构成椭圆形过渡段的各元件的厚度。当考虑大圆柱筒体与椭圆形封头连接处     

CO_2再生塔导流筒损坏失效原因分析及对策

介绍了合成氨装置CO_2再生塔导流筒的频繁损坏情况,从导流筒宏观形态和微观检测两个方面分析其损坏的原因,尤其是重点分析、对比母材和焊缝的断口形态,使用能谱仪检测焊缝与母材断口的表面的腐蚀产物成分和导流筒表面沉积垢质成分,使用金相显微镜观察分析金相组织以及裂纹微观扩展形态,综合分析导流筒损坏的原因和机理。通过对其进行仿真分析模拟计算,确定导流筒优化设计思路:在导流筒与塔壁之间增加一个与导流筒同心结构孔板,其作用是分担一部分流体冲击作用力,并使冲击到导流筒上的力形成一定时间差,从而降低流体对导流筒的冲击作用,以达到延长导流筒寿命的目的。     

筛选浮头式换热器进出口结构方案流体阻力试验 [壳程压力降研究小结(四)]

本文为几种浮头式换热器进出口结构流体阻力对比试验小结。试验证明,内导流筒结构弓形高度应取三分之一接管直径较为合适,此时流体阻力仅为JB1168—73浮头式换热器系列进出口结构的25％左右。外导流筒与内导流筒流体阻力差不多。 本文还给出了几种进出口结构的阻力系数与雷诺数的关系曲线。     

油管用攻蜡器

攻蜡器由螺旋转头、旋转叶片、稳钉、撞击杆、固定螺母、调整块、转杆、阻头、工作筒、撞击块、推力轴承、固定螺丝和加重杆接头组成。工作原理是该仪器与加重杆配套使用，当仪器下入油管内下行时，加重杆的重力和地层由井底向上油气流产生阻力，两力同时作用于该仪器的螺旋钻头和叶片上而产生加速旋转，当该仪器遇该井的结蜡点时，只需清蜡工上起5～10米时，     

马氏漏斗黏度计测定钻井流体流变参数新方法的建立

目前使用马氏漏斗黏度计作为流变仪使用,所得到的数学模型计算过程繁琐、精度不足,无法满足现场测定钻井流体流变参数的需求。笔者针对牛顿型与非牛顿型钻井流体,优化了流量系数、壁面剪切速率、壁面剪切应力及流变曲线的数学模型,得到了测定牛顿黏度、表观黏度、塑性黏度以及动切力的新数学模型。结果表明,模型下矿物油、合成油、燃料油、绒囊冲洗液及甲酸盐钻井液的流变曲线与HAAKE MARS Ⅲ流变仪所测得的流变曲线之间存在很强的正相关性,相似度很高;模型下5种钻井流体的牛顿黏度、表观黏度、塑性黏度以及动切力的测量值与ZNN-6旋转黏度计的测量值之间的误差分别为1.40%、4.29%、2.78%与10.13%;说明了,建立的新方法可准确、简便地求得钻井流体的流变参数,计算准确度与ZNN-6旋转黏度计相符,可满足现场钻井流体流变学设计的需求。