本發(fā)明涉及固井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于評(píng)價(jià)固井頂替中兩相對(duì)流體的頂替界面的穩(wěn)定性的裝置，還涉及一種基于該評(píng)價(jià)裝置來(lái)評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性的方法。

背景技術(shù)：

固井頂替效率對(duì)于固井質(zhì)量的評(píng)價(jià)有很重要的影響。頂替效率的高低與頂替界面的形態(tài)密切相關(guān)，而頂替界面的形態(tài)又主要取決于頂替界面的長(zhǎng)度。一般來(lái)說(shuō)，頂替過(guò)程中這個(gè)界面長(zhǎng)度越短，越利于替凈，頂替效率越高，固井質(zhì)量越好。但是，由于研究技術(shù)和測(cè)試水平的局限，對(duì)固井頂替界面的研究還很不充分。目前已有的文獻(xiàn)表明還不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)的方法較準(zhǔn)確得到各類(lèi)頂替條件下的頂替界面的穩(wěn)定性規(guī)律。

因此，亟需一種用于評(píng)價(jià)固井頂替中兩相對(duì)流體的頂替界面的穩(wěn)定性的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有技術(shù)不存在用于評(píng)價(jià)固井頂替中兩相對(duì)流體的頂替界面的穩(wěn)定性的裝置，不能較準(zhǔn)確得到各類(lèi)頂替條件下的頂替界面的穩(wěn)定性規(guī)律。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性的裝置，還提供了基于該裝置來(lái)評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性的方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種頂替界面的穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)裝置，其包括：

模擬環(huán)空井筒；

用于支撐所述模擬環(huán)空井筒、并使其中心軸與水平面呈預(yù)設(shè)角度的旋轉(zhuǎn)支架；

用于調(diào)節(jié)所述模擬環(huán)空井筒的偏心度的偏心調(diào)節(jié)部件；

沿所述模擬環(huán)空井筒的長(zhǎng)度方向布設(shè)的多個(gè)測(cè)量對(duì)，每個(gè)測(cè)量對(duì)包括分別設(shè)置在所述模擬環(huán)空井筒的高邊和低邊上的第一流速測(cè)量裝置和第二流速測(cè)量裝置，所述第一/第二流速測(cè)量裝置用于測(cè)量其設(shè)置位置附近的流體的主流流速；以及

用于根據(jù)所有測(cè)得的主流流速來(lái)評(píng)價(jià)所述頂替界面的穩(wěn)定性的控制器。

優(yōu)選的是，所述第一流速測(cè)量裝置和所述第二流速測(cè)量裝置相對(duì)于所述模擬環(huán)空井筒在偏心度為0時(shí)的中心軸對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

優(yōu)選的是，各所述測(cè)量對(duì)等間隔設(shè)置。

優(yōu)選的是，所述第一/第二流速測(cè)量裝置包括：

設(shè)置在流體內(nèi)部的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸的軸向與所述被測(cè)局部流場(chǎng)的主流方向垂直；

設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸上的葉輪，所述葉輪在所述被測(cè)局部流場(chǎng)的帶動(dòng)下圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述葉輪包括沿圓周方向設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸的外表面上的多個(gè)葉片部；其中，所述葉片部包括葉片和連接桿，所述葉片通過(guò)所述連接桿固定在所述轉(zhuǎn)軸的外表面上；

設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器；以及

用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號(hào)確定所述被測(cè)局部流場(chǎng)的主流流速的處理器。

優(yōu)選的是，所述葉片部等間隔地設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸的外表面上。

優(yōu)選的是，所述葉輪包括至少3個(gè)所述葉片部。

優(yōu)選的是，所述葉片的表面垂直于所述被測(cè)局部流場(chǎng)的主流流向設(shè)置。

優(yōu)選的是，所述第一/第二流速測(cè)量裝置還包括殼體，所述轉(zhuǎn)軸位于所述殼體的內(nèi)部，并且所述轉(zhuǎn)軸的兩端與所述殼體的內(nèi)側(cè)壁可轉(zhuǎn)動(dòng)連接；

所述第一/第二流速測(cè)量裝置的殼體與所述模擬環(huán)空井筒的外筒壁固定連接；所述外筒壁對(duì)應(yīng)所述殼體的位置開(kāi)設(shè)有缺口，所述葉輪的葉片貫穿所述缺口伸入至所述被測(cè)局部流場(chǎng)內(nèi)，以使所述葉輪在被測(cè)局部流場(chǎng)的帶動(dòng)下圍繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選的是，在所述殼體與所述模擬環(huán)空井筒的外筒壁固定連接處設(shè)置有密封部。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種基于上述評(píng)價(jià)裝置來(lái)評(píng)價(jià)頂替界面的 穩(wěn)定性的方法，其包括：

調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)支架，以使所述模擬環(huán)空井筒的中心軸與水平面呈預(yù)設(shè)角度；

調(diào)節(jié)所述偏心調(diào)節(jié)部件，以使所述模擬環(huán)空井筒的偏心度達(dá)到預(yù)設(shè)值；

獲取所有流速測(cè)量裝置所測(cè)的主流流速；

根據(jù)所有流速測(cè)量裝置所測(cè)的主流流速來(lái)評(píng)價(jià)所述頂替界面的穩(wěn)定性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中不存在用于評(píng)價(jià)固井頂替中兩相對(duì)流體的頂替界面的穩(wěn)定性的裝置的技術(shù)缺陷，提供了一種準(zhǔn)確性高、使用方便、成本低廉的實(shí)時(shí)連續(xù)評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性的裝置，利用該裝置能對(duì)固井頂替過(guò)程中兩相對(duì)流體的頂替界面的穩(wěn)定性進(jìn)行有效的定性評(píng)價(jià)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例頂替界面的穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了圖1中所示的第一流速測(cè)量裝置的俯視圖；

圖3示出了第一流速測(cè)量裝置沿圖2所示的B-B方向的剖面示意圖；

圖4示出了第一流速測(cè)量裝置沿圖2所示的A-A方向的剖面示意圖；

圖5示出了圖3和圖4所示的葉片部的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性的方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有技術(shù)不存在用于評(píng)價(jià)固井頂替中兩相對(duì)流體的頂替界面的穩(wěn)定性的裝置，不能較準(zhǔn)確得到各類(lèi)頂替條件下的頂替界面的穩(wěn)定性規(guī)律。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種頂替界面的穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)裝置。該裝置通過(guò)測(cè)量環(huán)空流場(chǎng)速度核心區(qū)流速的變化來(lái)分辨不同的頂替流體，使用該裝置時(shí)需要使泵送流速盡量穩(wěn)定，且流速測(cè)量裝置具有盡可能高的靈敏度。

在該裝置的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)固井頂替中兩相對(duì)流體的頂替界面的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。該裝置基于頂替的基本規(guī)律與流場(chǎng)分布，合理可靠，準(zhǔn)確度高，成本低廉。結(jié)合適當(dāng)?shù)姆治龇椒ㄔ撗b置能夠?yàn)轫斕媸┕ぴO(shè)計(jì)提供可靠的、操作性強(qiáng)的理論指導(dǎo)。

如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例頂替界面的穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的頂替界面的穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)裝置，主要包括模擬環(huán)空井筒10、旋轉(zhuǎn)支架30、偏心調(diào)節(jié)部件20、控制器60和多個(gè)測(cè)量對(duì)。

具體地，有多種模擬環(huán)空井筒10的尺寸可供選擇：一種是將按照幾何相似方法等比例縮小的環(huán)空井筒作為模擬環(huán)空井筒10；另一種是將按照真實(shí)頂替工況下用到的實(shí)際尺寸的環(huán)空井筒作為模擬環(huán)空井筒10。本實(shí)施例不限制各種尺寸的模擬環(huán)空井筒10的長(zhǎng)度，頂替工作液從模擬環(huán)空井筒10的入口注入，并從出口排出。

模擬環(huán)空井筒10設(shè)置在旋轉(zhuǎn)支架30上。旋轉(zhuǎn)支架30一方面對(duì)模擬環(huán)空井筒10起支撐作用，另一方面用于使該模擬環(huán)空井筒10的中心軸與水平面呈預(yù)設(shè)角度。即，模擬環(huán)空井筒10放置于旋轉(zhuǎn)支架30上，旋轉(zhuǎn)支架30可承托模擬環(huán)空井筒10在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)，以模擬不同的井斜角狀況。旋轉(zhuǎn)支架30可選擇任意能夠支撐井筒10并使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，在本文中不再進(jìn)行展開(kāi)說(shuō)明。

偏心調(diào)節(jié)部件20用于調(diào)節(jié)模擬環(huán)空井筒10的偏心度。參照?qǐng)D1，模擬環(huán)空井筒10的兩端分別設(shè)置兩個(gè)偏心調(diào)節(jié)部件20，以使模擬環(huán)空井筒10的偏心度在0-1之間任意調(diào)節(jié)。本實(shí)施例涉及的偏心調(diào)節(jié)部件20為偏心法蘭部件。偏心調(diào)節(jié)部件20與模擬環(huán)空井筒10的連接關(guān)系屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)手段，在本文中不再進(jìn)行展開(kāi)說(shuō)明。

在本實(shí)施例所述的評(píng)價(jià)裝置工作之前，需要在模擬環(huán)空井筒10內(nèi)的流體中產(chǎn)生滿足預(yù)設(shè)要求的流場(chǎng)，以使本實(shí)施例的評(píng)價(jià)裝置能夠在不同影響因素條件下 對(duì)頂替界面的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。值得說(shuō)明的是，影響因素包括流場(chǎng)的幾何參數(shù)，流體的流變性、密度及排量等參數(shù)。在具實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)上述影響因素的取值的方式來(lái)在模擬環(huán)空井筒10內(nèi)的流體中產(chǎn)生滿足不同預(yù)設(shè)要求的流場(chǎng)。

沿模擬環(huán)空井筒10的長(zhǎng)度方向布設(shè)的多個(gè)測(cè)量對(duì)。優(yōu)選地，測(cè)量對(duì)優(yōu)選地設(shè)置在環(huán)空流場(chǎng)核心區(qū)對(duì)應(yīng)的位置，參照?qǐng)D1，測(cè)量對(duì)集中設(shè)置在模擬環(huán)空井筒10的中后部(即靠近模擬環(huán)空井筒10的出口的位置)。其中，每個(gè)測(cè)量對(duì)包括一個(gè)第一流速測(cè)量裝置40和一個(gè)第二流速測(cè)量裝置50。第一流速測(cè)量裝置40設(shè)置在模擬環(huán)空井筒10的高邊上，用于測(cè)量該第一流速測(cè)量裝置40的設(shè)置位置附近的流體的主流流速。第二流速測(cè)量裝置50設(shè)置在模擬環(huán)空井筒10的低邊上，用于測(cè)量該第二流速測(cè)量裝置50的設(shè)置位置附近的流體的主流流速。換言說(shuō)，測(cè)量對(duì)旨在測(cè)量模擬環(huán)空井筒10的高邊和低邊附近環(huán)空流域速度核心區(qū)的軸向流速。

在圖1中，評(píng)價(jià)裝置共包括n個(gè)測(cè)量對(duì)，n個(gè)測(cè)量對(duì)的n個(gè)第一流速測(cè)量裝置40依次布設(shè)在模擬環(huán)空井筒10的高邊的測(cè)點(diǎn)1至測(cè)點(diǎn)n上，相應(yīng)的n個(gè)測(cè)量對(duì)的n個(gè)第二流速測(cè)量裝置50依次布設(shè)在模擬環(huán)空井筒10的低邊的測(cè)點(diǎn)1’至測(cè)點(diǎn)n’上。

特別地，第一流速測(cè)量裝置40和第二流速測(cè)量裝置50相對(duì)于模擬環(huán)空井筒10在偏心度為0時(shí)的中心軸對(duì)稱(chēng)設(shè)置。即第一流速測(cè)量裝置40的中心與第二流速測(cè)量裝置50的中心的連線垂直于模擬環(huán)空井筒10在偏心度為0時(shí)的中心軸。更特別地，各測(cè)量對(duì)等間隔設(shè)置。

所有流速測(cè)量裝置實(shí)時(shí)地將測(cè)量的其對(duì)應(yīng)位置處的流體的主流流速發(fā)送給控制器60。這里，主流流速指的是流體在某一位置處的主流方向的流速?？刂破?0根據(jù)接收到的所有主流流速數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性。

具體地，當(dāng)頂替界面未達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，控制器60可根據(jù)不同測(cè)量位置處測(cè)量到的頂替界面前后緣的流速的不同，通過(guò)處理計(jì)算，得到界面隨時(shí)間的發(fā)展變化狀況，即擴(kuò)展還是收縮。

在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，控制器60根據(jù)所有測(cè)量對(duì)中的第一流速測(cè)量裝置40所測(cè)的主流流速數(shù)據(jù)判斷頂替界面到達(dá)模擬環(huán)空井筒10的高邊的第一位置(當(dāng)頂替界面前緣經(jīng)過(guò)某一測(cè)點(diǎn)時(shí)，測(cè)得該測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流體的主流流速明顯增加，通過(guò)此種方式確定所述第一位置)。同時(shí)控制器60根據(jù)測(cè)量對(duì)中的第二流 速測(cè)量裝置50所測(cè)的主流流速數(shù)據(jù)判斷頂替界面到達(dá)模擬環(huán)空井筒10的低邊的第二位置(當(dāng)頂替界面前緣經(jīng)過(guò)某一測(cè)點(diǎn)時(shí)，測(cè)得該測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流體的主流流速明顯增加，通過(guò)此種方式確定所述第二位置)。然后控制器60根據(jù)第一位置和第二位置來(lái)評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性。具體地，控制器60將一位置垂直投影至低邊上，或者將第二位置垂直投影至高邊上，然后計(jì)算第一位置和第二位置的距離。兩位置之間的距離越小，則代表頂替界面的長(zhǎng)度越短，越利于替凈，頂替效率越高，固井質(zhì)量越好；反之，兩位置之間的距離越大，則代表頂替界面的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，越不利于替凈，頂替效率越低，固井質(zhì)量越差。

另外，控制器60還可以增大或減小流域的幾何參數(shù)，流體的流變性、密度、以及排量等參數(shù)，每次只變化一個(gè)參數(shù)的大小，逐次進(jìn)行單因素影響的頂替實(shí)驗(yàn)，便可評(píng)價(jià)得到某一因素對(duì)于界面穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

本發(fā)明實(shí)施例克服了現(xiàn)有技術(shù)中不存在用于評(píng)價(jià)固井頂替中兩相對(duì)流體的頂替界面的穩(wěn)定性的裝置，不能較準(zhǔn)確得到各類(lèi)頂替條件下的頂替界面的穩(wěn)定性規(guī)律的技術(shù)缺陷，提供了一種準(zhǔn)確性高、使用方便、成本低廉的實(shí)時(shí)連續(xù)評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性的裝置，利用該裝置能對(duì)固井頂替過(guò)程中兩相對(duì)流體的頂替界面的穩(wěn)定性進(jìn)行有效的定性評(píng)價(jià)。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)連續(xù)實(shí)時(shí)采集不同測(cè)點(diǎn)處的環(huán)空核心速度區(qū)流速，通過(guò)時(shí)差分辨出不同的頂替流體及頂替界面，進(jìn)而只需計(jì)算出通過(guò)在一定時(shí)間段內(nèi)頂替界面長(zhǎng)度前后緣流速的變化以及頂替界面前緣的流速變化，即可定性判斷出頂替界面是否穩(wěn)定，并且能通過(guò)該裝置進(jìn)行評(píng)價(jià)不同因素對(duì)界面穩(wěn)定性影響規(guī)律的實(shí)驗(yàn)。

在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，各流速測(cè)量裝置能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)量對(duì)應(yīng)位置的流體的主流流速，從而提高上述評(píng)價(jià)裝置輸出的評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

由于第一流速測(cè)量裝置40和第二流速測(cè)量裝置50的結(jié)構(gòu)相同，布設(shè)在模擬環(huán)空井筒10上的方式也相同，因此，下面僅參照?qǐng)D2至圖5對(duì)第一流速測(cè)量裝置40的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地闡述。

參照?qǐng)D2至圖5，是上述評(píng)價(jià)裝置中第一流速測(cè)量裝置40的示意圖。本實(shí)施例中第一流速測(cè)量裝置40包括轉(zhuǎn)軸3、葉輪、轉(zhuǎn)速傳感器5和處理器6。

具體地，轉(zhuǎn)軸3設(shè)置在流體內(nèi)，轉(zhuǎn)軸3的軸向與流體中的被測(cè)局部流場(chǎng)的主流方向垂直。葉輪設(shè)置在轉(zhuǎn)軸3上。該葉輪在被測(cè)局部流場(chǎng)的帶動(dòng)下圍繞轉(zhuǎn)軸3 轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速傳感器5設(shè)置在轉(zhuǎn)軸3上，用于實(shí)時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)速。處理器6與轉(zhuǎn)速傳感器5電連接，以實(shí)時(shí)接收轉(zhuǎn)速傳感器5的輸出信號(hào)，并根據(jù)該輸出信號(hào)確定被測(cè)局部流場(chǎng)的主流流速。

葉輪包括沿圓周方向設(shè)置在轉(zhuǎn)軸3的外表面上的多個(gè)葉片部4。如圖5所示，每個(gè)葉片部4包括葉片42和連接桿41，葉片42通過(guò)連接桿41固定在轉(zhuǎn)軸3的外表面上。葉片42的截面形狀優(yōu)選為橢圓形。在具體實(shí)施過(guò)程中，在保證連接強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，可以盡可能地減少連接桿41的體積(將連接桿41加工成細(xì)連桿)，以最大程度上減少對(duì)原有流場(chǎng)的影響。

在使用上述第一流速測(cè)量裝置40時(shí)，需根據(jù)流體的被測(cè)局部流場(chǎng)的位置確定設(shè)置轉(zhuǎn)軸3的位置，以使安裝在轉(zhuǎn)軸3上的所有葉片42在圍繞轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中均經(jīng)過(guò)該被測(cè)局部流場(chǎng)。在本實(shí)施例中，為采集鄰近高邊的流體的主流流速，葉片42在圍繞轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中均經(jīng)過(guò)鄰近高邊的位置(特別地，所有第一流速測(cè)量裝置40的葉片42測(cè)量的位置到高邊的第一距離均相等，所有第二流速測(cè)量裝置50的葉片測(cè)量的位置到低邊的第二距離均相等，更特別地，第一距離等于第二距離)。這樣，被測(cè)局部流場(chǎng)的來(lái)流推動(dòng)葉片42，帶動(dòng)葉輪圍繞轉(zhuǎn)軸3旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)軸3達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速傳感器5捕捉到轉(zhuǎn)軸3的角速度，并將相應(yīng)的輸出信號(hào)供處理器6處理、存儲(chǔ)。具體地，處理器6根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)軸3的角速度w(單位為rad/s)以及預(yù)先存儲(chǔ)的葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r，即可根據(jù)線速度計(jì)算公式v＝r×w獲得葉片42的線速度v(單位為m/s)。該線速度v也最能反映所在的被測(cè)局部流場(chǎng)的主流流速。

上述第一流速測(cè)量裝置40的工作原理為：被測(cè)局部流場(chǎng)帶動(dòng)葉輪圍繞轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)軸3的角速度，并將該角速度轉(zhuǎn)化為線速度，即可得到被測(cè)局部流場(chǎng)的主流流速。在工作過(guò)程中，由于本實(shí)施例的流速測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，其獨(dú)特的葉片細(xì)連桿設(shè)計(jì)把對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)降到最低，從而大大減少了對(duì)原有流場(chǎng)的破壞程度，提高了流速測(cè)量的精度。因此，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的接觸式流速測(cè)量裝置，上述第一流速測(cè)量裝置40能夠?qū)崟r(shí)、較準(zhǔn)確、連續(xù)地測(cè)量局部流場(chǎng)的主流流速。另外，該第一流速測(cè)量裝置40的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、成本低廉且便于實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，葉輪具有的所有葉片部4等間隔地設(shè)置在轉(zhuǎn)軸3的外表面上。葉輪具有至少3個(gè)葉片部4。葉片部4的設(shè)置數(shù)目可根據(jù)具體實(shí) 施情況具體設(shè)置，一般設(shè)置為3至5個(gè)。參照?qǐng)D3和圖4，葉輪具有3個(gè)葉片部4。3個(gè)葉片部4等角度地設(shè)置在轉(zhuǎn)軸3的同一個(gè)圓周上。也就是說(shuō)，每相鄰的兩個(gè)葉片部4的連接桿41的夾角均為120°。

為進(jìn)一步提高第一流速測(cè)量裝置40的準(zhǔn)確性，即為了使轉(zhuǎn)軸3的線速度盡可能地接近被測(cè)局部流場(chǎng)的主流流速，在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，葉片42的表面垂直于被測(cè)局部流場(chǎng)的主流流向(如圖3中的箭頭P所示)設(shè)置。即，每片葉片42的表面與所在局部流場(chǎng)的來(lái)流方向垂直，這樣可保證流體流動(dòng)最大限度地推動(dòng)葉片42旋轉(zhuǎn)。在具體實(shí)施過(guò)程中，盡量保證葉片42的表面垂直于被測(cè)局部流場(chǎng)的來(lái)流方向設(shè)置。

參照?qǐng)D2至圖5，上述第一流速測(cè)量裝置40還包括截面呈長(zhǎng)方形的殼體2。轉(zhuǎn)軸3位于殼體2的內(nèi)部，并且轉(zhuǎn)軸3的兩端與殼體2的內(nèi)側(cè)壁可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。特別地，轉(zhuǎn)軸3的端部與殼體2的內(nèi)側(cè)壁垂直連接。

另外，流體位于模擬環(huán)空井筒10內(nèi)。第一流速測(cè)量裝置40與模擬環(huán)空井筒10的外筒壁1固定連接。具體地，外筒壁1對(duì)應(yīng)殼體2的位置開(kāi)設(shè)有缺口，殼體2的下端面的尺寸和形狀與缺口的尺寸和形狀相匹配，以使該殼體2的下端面與缺口固定連接。葉輪的葉片42貫穿缺口伸入至被測(cè)局部流場(chǎng)內(nèi)，以使葉輪在被測(cè)局部流場(chǎng)的帶動(dòng)下圍繞轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)。特別地，在殼體2與外筒壁1固定連接處設(shè)置有密封部(附圖中未示出)，以使殼體2與外筒壁1之間達(dá)到密封效果，從而第一流速測(cè)量裝置40與流場(chǎng)構(gòu)成一個(gè)整體密閉的空間，提高了測(cè)量精度。

本發(fā)明實(shí)施例中的第一流速測(cè)量裝置40的結(jié)構(gòu)如上述，但整體大小尺寸可靈活設(shè)計(jì)，可針對(duì)不同管徑、不同流場(chǎng)的幾何特征，在功能、精度和材料許可的情況下，具體設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)相同但大小不同的各種尺寸。

在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施例中，控制器60和處理器6均為中央處理器(CPU,Central Processing Unit)、嵌入式處理器(DSP,Digital Signal Process)、可編程邏輯控制器(PLC,Programmable Logic Controller)或單片機(jī)等能執(zhí)行信號(hào)采集和邏輯處理的硬件設(shè)備。

相應(yīng)地，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于上述裝置來(lái)評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性的方法。

如圖6所示，是本發(fā)明實(shí)施例評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性的方法的流程示意圖。本實(shí)施例評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性的方法主要包括步驟101至步驟104。

在步驟101中，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)支架30，以使模擬環(huán)空井筒10的中心軸與水平面呈預(yù)設(shè)角度。

在步驟102中，調(diào)節(jié)偏心調(diào)節(jié)部件20，以使模擬環(huán)空井筒10的偏心度達(dá)到預(yù)設(shè)值。

在步驟103中，獲取所有流速測(cè)量裝置所測(cè)的主流流速。

在步驟104中，根據(jù)所有流速測(cè)量裝置所測(cè)的主流流速來(lái)評(píng)價(jià)頂替界面的穩(wěn)定性。

應(yīng)用本實(shí)施例所述的方法能夠評(píng)價(jià)不同狀態(tài)的井筒頂替過(guò)程中頂替界面的穩(wěn)定性。這里，不同狀態(tài)的井筒指的是與水平面呈不同預(yù)設(shè)角度的模擬環(huán)空井筒10。

應(yīng)用該方法能夠評(píng)價(jià)水平井頂替過(guò)程中頂替界面的穩(wěn)定性。當(dāng)頂替界面未達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，可以增大或減小流域的幾何參數(shù)，流體的流變性、密度、以及排量等參數(shù)，每次只變化一個(gè)參數(shù)的大小，逐次進(jìn)行單因素影響的頂替實(shí)驗(yàn)，便可評(píng)價(jià)得到某一因素對(duì)于水平井頂替過(guò)程中頂替界面穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

應(yīng)用該方法能夠評(píng)價(jià)斜井頂替過(guò)程中頂替界面的穩(wěn)定性。當(dāng)頂替界面未達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，可以增大或減小流域的幾何參數(shù)，流體的流變性、密度、以及排量等參數(shù)，每次只變化一個(gè)參數(shù)的大小，逐次進(jìn)行單因素影響的頂替實(shí)驗(yàn)，便可評(píng)價(jià)得到某一因素對(duì)于斜井頂替過(guò)程中頂替界面穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

應(yīng)用該方法能夠評(píng)價(jià)直井頂替過(guò)程中頂替界面的穩(wěn)定性。當(dāng)頂替界面未達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，可以增大或減小流域的幾何參數(shù)，流體的流變性、密度、以及排量等參數(shù)，每次只變化一個(gè)參數(shù)的大小，逐次進(jìn)行單因素影響的頂替實(shí)驗(yàn)，便可評(píng)價(jià)得到某一因素對(duì)于直井頂替過(guò)程中頂替界面穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述的評(píng)價(jià)裝置能夠有效地定性評(píng)價(jià)固井頂替過(guò)程中兩相對(duì)流體頂替界面的穩(wěn)定性；能夠用來(lái)評(píng)價(jià)幾何參數(shù)，流體的流變性、密度、井斜角以及排量等參數(shù)對(duì)于頂替界面穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

雖然本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。