原理与工艺（共10篇）
原理与工艺 篇1
近年来, 电磁作用在工业、农业、医疗卫生等方面的应用越来越广泛并且引起了人们极大的兴趣, 尤其电磁作用在冶金生产中的应用经过人们几十年的探索, 已经取得了很大的进展, 并且越来越受到科学工作者的重视。电磁作用对金属凝固过程的影响是其中最重要的方面。对铸造工作者来说提高铸件质量是最重要的任务, 而提高铸件质量的关键在于改善铸件的凝固过程。与传统方法不同, 电磁作用为有效地控制铸件凝固过程开辟了广阔的前景。
1 电磁离心铸造的基本原理
1.1 液态金属受力分析
电磁离心铸造中液态金属受到离心力、重力以及电磁力的作用。其中重力的方向始终向下。但重力相对离心力来说很小, 因此可以忽略。
1.1.1 离心压力
离心压力始终沿径向向外。在液态金属中取微元, 该微小单元产生的离心压力为:
1.1.2 电磁力
电磁铁气隙磁场的分布并不是十分均匀的当气隙较小时一般可以认为是均匀的。以下分析及运算中是以有效工作区气隙间磁力线均匀分布为前题的。
液态金属随铸型旋转过程中切割磁力线, 感生出感生电流, 感生电流密度为:
感生电流沿轴向, 垂直于液态金属线速度方向与磁力线方向构成的平面。感生电流垂直于磁力线方向, 与磁场相互作用就在液态金属中产生了电磁力 (Lorentz力) , 电磁力为体积力。单位体积上的电磁力为:
1.2 电导率、磁导率与粘度
液态金属电导率不仅受温度影响, 而且受磁场变化频率、压强的影响。液态金属电导率比固态下小得多, 随温度的升高而下降。除Li外, 几乎所有液态金属的电阻率随压力的升高而下降。并且压力对液态金属和固态金属的影响差别很大。在电磁离心铸造条件下, 液态金属在压力和相对变化的磁场下结晶, 其中磁场的变化频率为f0=n/60。在电磁离心铸造条件下, 由于液态金属不是充满整个铸型因此感生电流很难在液态金属自身内部构成回路, 当通过铸型两端构成回路时则要克服液态金属与铸型之间很大的界面接触电阻。另一方面, 由于磁场和液态金属的切向线速度由外到里沿径向方向衰减, 因此液态金属径向上也存在着微弱感生电动势和感生电流。液态金属中的感生电流宏观上是沿轴向的, 微区内则存在涡电流。综合这几种因素, 电磁离心铸造条件下, 液态金属的电导率要与正常值差别较大。另外液态金属的电导率也随析出相的长大而变化。
由第一部分知道磁导率也受磁场变化频率的影响, 因此液态金属的磁导率和空气的磁导率也不同。
1.3 剪切力
由于液态金属中存在着相互滑动, 此时液态金属中的剪切力为:
互不相溶组元和异相质点的运动规律
由于液态合金中互不相溶组元各自的电导率、磁导率不同, 因而它们受到的电磁力也不同, 分别为:
又因它们的粘度不同, 这就造成了各组元的切向运动速度也不同。各组元的切向运动速度分别为:
其中a01=1 1 1+C1 R2+C1 2 R4
因此不同组元间会发生径向相对运动, 导致分层现象。
可见异相质点偏析方向完全取决异相质点与液态金属的密度差。当异相质点的密度大于液态金属的密度时, 异相质点向外表面偏析;当异相质点的密度小于液态金属的密度时, 异相质点向内表面偏析。
2 电磁离心铸造工艺的运行
电磁离心铸造并不是恒稳磁场与离心铸造的简单配合, 电磁离心铸造的各工艺参数都受到磁场的影响, 因此需要根据电磁离心铸造本身的规律确定各工艺参数。
2.1 电磁离心铸造机
2.1.1 铸型的选择
所用铸型除符合一般离心铸造要求外, 还要不呈现磁性, 电导率要小以尽量减小磁场对铸型的影响。一般可选用不锈钢、高强石墨等。近来发展了一种无磁铸铁, 其具有在磁场下不呈现磁性、强度高、导热性好等优点适于用作电磁离心铸造用铸型材料。
2.1.2 电磁铁的选择
在铸型运动不受影响情况下, 电磁铁气隙应当尽量小以提高电磁铁工作效率。电磁铁的水平中心线应与铸型中心线相一致。电磁铁两极的横断面积应根据离心铸管的尺寸确定, 电磁铁应设有自动控制系统和冷却防护装置。
2.2 离心机转数的确定
由于电磁力在切向上的分量起阻碍液态金属随铸型运动的作用, 因此离心机的转数也应该提高以保证铸件成形。电磁离心铸造中凝固刚刚开始时, 液态金属内壁的速度为:
2.3 磁场强度的确定
在电磁离心铸造下对于电导率与磁导率不同的液态金属或合金磁场强度的大小取值范围不同。对于电导率与磁导率较大的磁场强度的取值要小一些, 如铝及其合金、铜及其合金等;对于电导率与磁导率较小的磁场强度取值要大一些, 如铸钢、铸铁等。磁场强度选择要适当, 太小则起不到应有的作用, 太大则不利于获得合格铸件。
2.4 电机输出功率的确定
铸型为电导体, 因而在电磁离心铸造条件下也存在感生电流, 也受到电磁力的作用。
由于磁场对离心机铸型和液态金属的旋转运动起阻碍作用, 因此离心机电机要提高输出功率才能保持在正常情况下的转数。
3 由以上分析所得到的结论
3.1 电磁离心铸造是一种新工艺, 具有广泛的研究内容和很大的潜在应用价值。
3.2 在电磁离心铸造下合金凝固组织可以控制, 柱状晶倾斜生长并细化, 并促进了向等轴晶转变。
3.3 液态金属或合金中各相间及异相质点与基体之间由于在电磁特性上的差别,
它们在电磁离心铸造下的运动规律不同, 因而它们的偏析方向与程度可以得到控制。因此电磁离心铸造还可以用作生产新型材料的方法, 如制取梯度材料、复合材料等。
3.4 电磁离心铸造能够改变离心铸件的微观组织, 从而改变其性能。
以上各方面的工作只是初步研究, 电磁离心铸造方面的研究还有待于今后进一步深入。
原理与工艺 篇2
实验名称：真空镀膜工艺的原理与实践
实验目的：了解真空镀膜的工艺原理和过程，拓展学生视野锻炼其动手能力。实验装置：本实验采用北京中科科仪生产的SBC-2型多功能试样表面处理机，该处理机是为扫描电镜和电子探针等进行试样制备的设备，可进行真空蒸碳、真空镀膜和离子溅射，它也可以在高纯氩气的保护之下进行多种离子处理。用本设备处理的试样既可用于样品的外貌观察又可以进行成分分析，尤其是成分的定量分析更为适宜。本仪器装有分子泵，分子泵系统特别适用于对真空要求高、真空环境好的用户选用。
实验方案及操作：
1.按真空镀膜零部件图（图1）安装所需零部件，其中试样放在样品杯上
2.在金属蒸发头电极上接上钨丝加热器，将钨丝做成Ⅴ型。
3.将待蒸发物缠到钨丝上。
4.接金属蒸发头引线，盖上钟罩，对钟罩抽真空使其真空度达到 7×10-1 ―1.0×10-2Pa。
5.把“蒸发电极选择开关”（8）选取在钨丝所置的电极序号上。
6.按动“档板按钮开关”（12），当挡板处于挡住位置时，立即松开。
7.打开“试样旋转开关”（10），调节“试样转速调节”旋钮（11），使它以适当的速度旋转。
8.旋转 “加热电流调节” 旋钮（9），使钨丝加热呈赤红状态，镀膜物质开始熔融后，退去加热电流。
9.按动“档板开关按钮”（12），使挡板打开。
10.进一步旋转 “加热电流调节” 旋钮（9），使加热器呈发光状态。
11.当镀膜物质全部蒸发完后，使“蒸发电极选择开关”（8）、“加热电流调节”（9）、“试样旋转开关”（10）、“档板开关按钮”（12）等复位到 “0” 处或关闭。
12.按“放气按键”（4），对钟罩内放气，取出试样。
※ 每次蒸镀金属完毕，一定将零件垫片、垫块、垫柱、有机玻璃螺钉、玻璃罩等上的残余金属膜完全清洗干净，或者在蒸镀时对其进行遮盖保护，使其不被蒸上金属，否则金属膜将影响离子处理时加高压
实验结果：
1样品被镀上被蒸发金属，并且样品表面的金属光泽随镀层厚度的增加而逐渐呈现出镀层j金属的光泽。
2玻璃罩，电极柱，垫片和垫柱等因被镀上金属而呈现黑色。
原理与工艺 篇3
关键词： 微电子工艺 教学改进 课程质量
一、引言
《微电子工艺原理》这门课主要讲述以硅为基础的集成电路制造的工艺原理及工艺种类，其目标是培养具有一定理论基础，了解技术前沿，能够设计工艺流程，分析并解决工艺实际问题的应用型创新人才[1]。这一目标的实现直接取决于该课程的教学效果。由于本课程具有涉及知识面广、综合性强、理论与实践结合紧密的特点，采用传统教学模式不可避免地存在诸多问题[2]，主要有：内容繁杂，教师难以合理安排教学进度；教学方法单一，学生理解和掌握知识困难；工艺设备昂贵，学生实验需求不能满足；学生学习兴趣和学习主动性不高；学生创新能力较弱；学生靠死记硬背应付考试等。因此，更新教学理念和进行多元化教学改进才能解决这些问题，提高课程教学质量。
二、教学改进措施
（一）教学内容安排
1.优选最新教材
本课程选用的教材是国外电子与通讯教材系列中美国Michael Quirk与Julian Serda合著的《半导体制造技术》中文翻译本[3]。该书有三个优点：一是内容丰富。既讲述关键工艺技术、设备及可靠性，又介绍半导体制造相关的基础技术信息和集成电路装配与封装的后道工艺概况。二是直观形象。书中提供了大量精美的图片、图表和具体翔实的数据。三是便于学习。书中概念描述清晰，内容简洁有序，每章都有重点内容小结、关键术语和大量复习题，方便学生课后复习和教师进行研究性教学。
2.科学选择教学内容
就半导体制造相关的基础技术，如第2、5和8章主要介绍半导体制造中的化学品，可拣少量重点内容课堂讲解，其余留给学生课后自学。对关键工艺的原理，如第10章硅氧化后杂质的再分布和四类电荷的可靠性，以及第17章中的掺杂扩散工艺，教材中缺少这些重要内容或介绍过于简单，需做必要的补充。
3.合理安排讲课次序
次序整体遵循微电子产品生产流程，即半导体基础技术（第1、2、4～8章）、器件及工艺模型概况（第3、9章）、各单项工艺（第10～18章）和后道检测与封装工艺（第19、20章）。其中，单项工艺按照加工特点，即氧化（第10章）与掺杂（第17章）、光刻（第13～15章）与刻蚀（第16章）、淀积（第11章）与金属化（第12章）、化学机械平坦化（第18章）的顺序讲解。
（二）课堂教学方法
1.启发式教学法
学起于思，思源于疑。采用研究性教学方法[4]，实现教学思路由“知识点讲解型”到“以问题为导向型”的转变，考虑如何突出问题和情景的教学设计，让学生对新课的内容进行探究，使他们体会到知识创造过程中所需的创新思维和科研素养。具体讲解时先从整体上介绍课程间知识点的关联性，然后尽量联系学生已有知识，进行新旧知识的类比与对比，帮助学生消化理解新内容。如讲解CVD（第11章淀积）工艺原理时，可与中学阶段所学液相化学反应比较，从原料、反应条件、反应过程、反应结果及工艺设备等几方面进行设问，让学生探索、归纳和总结，从而将抽象难以理解的物理原理简单化，实现知识建构。再者，对有争议的学术问题，要介绍各方观点，诱导学生思考，培养学生创新思维。
2.案例教学法
案例教学法强调学以致用，在应用中学习。除第九章CMOS反相器加工流程的案例外，各单项工艺均安排了一些典型案例，将所要学习的知识、操作、技能等融入实例中，通过对实例的分析、讨论、演示、学生练习及总结等环节，加深学生对概念、工艺原理和设备的理解，使知识融会贯通。如讲解溅射和蒸发镀膜（第12章金属化）时，假如平整硅片表面覆盖一层致密排列的直径约几微米的氧化硅球，采用两种工艺对该衬底镀膜并去掉氧化硅球的结果会怎样呢？课堂情况表明，由于所选案例典型有趣，学生兴致高昂，讨论热烈，说出了多种可能性。结果是溅射镀膜为低真空，分子平均自由程小，分子呈不规则运动，在小球表面都能沉积，最终将得到球壳阵列。蒸发镀膜一般为高真空，分子平均自由程大，呈直线运动，将得到类三角阵列（在球阵列缝隙内形成）。经过讨论，学生理解了两种常用PVD工艺的原理与设备差异，加深了记忆。
3.多媒体教学法
现有教材中只用简图描述工艺原理、步骤和设备等，缺乏可视化教学资源，不免枯燥乏味。多媒体课件融图形、文字、动画、视频等为一体，图文并茂，视听结合，令抽象的知识形象化，富有吸引力。如果根据教学内容选用合适的教学媒介，那么可使课堂变得轻松、生动，调动学生多种感官，提高学生对所讲授知识的理解和掌握能力。如在讲授第四章硅片制备步骤时，笔者从网上下载了美国硅谷的音乐视频短片，先从头到尾播放一遍，然后依次定格动画片段，分别展开讲述。
4.项目教学法
松绑教育理论认为[5]，教学应该是师生共同参与的、动态的、双向的信息传播过程，而不是教师一言堂的“填鸭式”教育。为此，笔者拿出3～5学时（本门共48理论课时）进行项目驱动教学，所选项目为各章节内容的开放性思考题或者工艺技术前沿相关的小课题。活动方式是，将全班同学分为若干小组，由小组成员共同拟定备课主题并分工协作，上网收集资料准备课件，每组选派代表上台讲授，展开讨论互动，总结评比。这样的方式将课堂延伸到了课外，培养了学生的团队意识、独立学习和调研资料能力。此外，很多学生从大二开始跟随不同研究方向的老师做科创项目，期间接触到了各种微电子工艺设备，比如干法/湿法清洗仪、退火炉、各种CVD和PVD镀膜机、光刻机等，可安排他们介绍实验设备操作经验及做实验的心得体会，同学之间的交流往往会引起共鸣，令教学效果更佳。
（三）考核方式
采用多环节综合评判，包括平时作业、课堂表现（回答问题、讨论情况等）、专题报告和期末考试等，以考核促进教学。其中，期末考试是学生复习指挥棒，占比重应当较高。为避免试卷出现题型不丰富和结构不合理等问题削弱评价效果，笔者加强了试题库建设，推行教考分离。为激励学生独立思考，试卷适当增加了一些开放性考题。
综上，针对本课程存在的一些教学问题，笔者进行了多元化教学改进，其与传统教学的对比如表1所示。实践证明，改进后的教学效果反应良好，加深了学生对课程内容的理解和掌握，提高了学生的专业素质，为他们今后的职业生涯奠定了基础。
三、结语
经过多年实践，在《微电子工艺原理》课程教学中，笔者对教学内容、教学方式和考核方式进行了改进，突破了传统枯燥乏味的“填鸭式”教学模式，积极引入了研究型教学的理念和现代多种教学方法，实现了教学质量的提高，培养了学生的创新能力和综合素质。教学改进是一个不断探索、不断推进的过程，相信在各方共同努力下，本课程的教学将日趋成熟、完善。
参考文献：
[1]王金婵，孟庆端，张晓红，田葳.半导体制造技术教学方法探讨.科技创新导报，2011，33，138-139.
[2]赵建勋，侯建华.集成电路原理与制造工艺课程的教学改进.长春教育学院学报，2014，30，63-64.
[3]MichaelQuirk，JulianSerda，著.韩郑生，等译.《半导体制造技术》.北京：电子工业出版社，2013.5.
[4]肖丙刚，王秀敏，赵吉祥.研究性教学在“微电子学导论”课程中的探索与实践.中国电力教育，2009，19，71-72.
[5]张瑞，姚凌江，吴向文.运用混合式立体化教学模式培养应用型创新人才.现代教育技术，2010，20，77-81.
污水处理的技术工艺原理与特点 篇4
1 常见的污水处理工艺
一般城市中常用的污水处理工艺主要有:生物方法、化学方法、物理方法和物理化学方法, 其中目前各国最常用的就是生物方法。这几种方法可以单独使用, 也可以针对不同的污水水质综合利用。
(1) 生物法。生物污水处理法发明于19世纪末, 是目前世界各国处理污水的主要手段, 生物污水处理法在城市污水处理领域中占据重要地位。在我国大部分城市中, 污水处理工艺同样以生物法为主。所谓生物法就是利用活性污泥中的好氧细菌及其原生动物对污水中的有机物进行吸附、氧化、分解, 最终把这些有机物变成二氧化碳和水的方法。生物污水处理法的主要处理模式有:活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、厌氧生物处理法以及土地处理法。生物法的主要特点是反应迅速、处理速度快, 但是同时对于温度、ph值等周围环境的要求较高。
(2) 物理法。利用物理法进行污水处理是除生物法以外被应用较多的一种方法。所谓物理法是指经过物理变化的方法, 比如用活性炭吸附, 用网吸附固体物质的污水处理方法。物理污水处理法的主要处理模式有:调节匀和法、格栅法、沉淀法、过滤法、气浮法以及离心分离法。物理法的主要特点是速率较快, 且可循环使用。
(3) 化学法。污水处理化学法主要指运用化学试剂把污水中的离子除去。化学法主要包括:混凝法、消毒法、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。但是运用化学法容易引进其它物质。
(4) 物理化学法。污水处理物理化学法就是运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。物理化学污水处理方法主要有:吸附法、离子交换法、萃取法、吹脱与汽提法、膜分离法以及蒸发与结晶法。与其他方法相比, 物理化学法的主要特点是出水水质好, 占地面积少。
以上四种方法中生物法是目前最常用污水处理方法, 生物法的主要特点是效率高、成本低。大部分国家都采用综合利用的方式, 而非单独使用这些方法。我国最常用的污水处理法是生物法和物理化学法。
2 我国的污水处理技术
根据我国城镇污水的特点, 在选择污水处理技术时应考虑:建设与维护费用的高低、工艺运行的稳定性及与当地自然地理条件结合等因素。目前我国常用污水处理技术主要有以下几种:
2.1 厌氧生物处理技术
厌氧生物处理是指在厌氧条件下, 由多种厌氧或兼氧微生物的共同作用, 使有机物分解的过程。厌氧生物废水处理法是一种低成本的废水处理技术, 它对高浓度和难降解废水具有较好的处理效果 (如畜禽粪便污水等) 。同时可以产生生物能———沼气, 厌氧生物处理技术是低浓度生活污水处理的重要手段。
厌氧生物处理技术的特点在于不用曝气, 又可回收生物能沼气。厌氧生物技术为废水处理提供了一条低成本、低耗能的污水处理路径。厌氧生物可回收性不但降低了运行费用, 也减少了污泥产量, 从而节约了污泥处置费用。大力推广厌氧生物处理技术符合可持续发展的原则。
2.2 生物接触氧化
生物接触氧化技术是生物技术的一种, 这种方法主要利用附着生长于某些固体物表面的生物膜进行有机污水处理。生物接触氧化技术有停留时间短、有机物去除效果好、容积负荷高、占地面积小及运行管理简单等特点。优生物接触氧化技术成熟、出水水质稳定, 适合在城市中推广。
2.3 膜生物反应器MBR
膜生物反应器MBR由膜分离组件和生物反应器两部分组成, MBR主要利用反应器的好氧微生物降解污水中的有机污染物以及反应器内的硝化细菌转化污水中的氨氮来去除污水中产生的异味, 从而达到净化水质的效果。MBR不但把生物处理技术和膜处理的优点结合在一起, 而且具有污泥排放少、占地小、出水水质稳定、操作简单以及抗符合冲击性强的特点。目前国内很多城市都采用膜生物反应器MBR进行污水处理, 比如北京市怀柔区在采用了这一工艺以后, 在污水处理方面取得了良好的成效。
2.4 土地处理系统
所谓土地处理系统就是利用闲置土地及低洼的坑塘进行污水处理的技术手段, 土地处理系统的主要特点是能有效节约用地。目前我国使用较多的土地处理系统主要有两种:人工湿地处理系统和稳定塘。
(1) 稳定塘系统。稳定塘系由若干池塘组成, 其利用菌藻互生作用、水生生物以及菌藻的综合作用来实现净化污水的目的。稳定塘系统的特点是低耗能、低成本以及节约用地。稳定塘系统比较适合我国广大的农村地区, 尤其是水资源较为丰富的南方农村地区。
(2) 人工湿地处理系统。人工湿地处理系统是利用人工水生态系统内多级生物的稀释降解作用来去除或削减水中污染物的一种污水处理方法。人工湿地处理系统的主要特点是工艺简单、维护便捷以及建设费用低。人工湿地处理系统比较适合运用于技术水平较低、能源短缺以及资金紧张的地区, 如农村以及中小城镇。值得注意的是, 人工湿地处理系统的缺点是一旦运行不良可能会产生臭气污染。
厌氧生物处理技术是目前城镇中比较常用的污水处理方法, 稳定塘系统则较多在农村地区使用。这两种方法的特点均是建设与维护费用低以及工艺运行的稳定性强。除此以外, 生物接触氧化和膜生物反应器MBR也因其反应速度较快而被广泛使用。
3 新型污水处理技术。
除上述介绍的几种方法外, 目前国际上应用较多的新型污水处理方法还有:SPR高浊度污水处理技术、EWP高效污水净化器、高效垂直流人工湿地系统水质净化技术。连续循环曝气系统 (CCAS) 、BIOLAK (百乐克) 污水处理技术以及“WT-FG”生物法技术等。
3.1 SPR高浊度污水处理技术
SPR高浊度污水处理技术就是将污水的“一级处理”和“三级处理”程序合并设计在一个SPR污水净化器罐体内, 在30 min流程里快速完成。SPR高浊度污水处理技术的特点是投资和运行费用低, 只需相当于一、二级污水处理厂的建设费用就可获得三级处理水平的效果。另外, SPR高浊度污水处理技术属于物理化学法污水处理方法, 其受环境、天气等人为因素影响较少。
3.2 BIOLAK污水处理技术
BIOLAK污水处理技术是一种采用土池结构、利用浮在水面的移动式曝气链、底部挂有微孔曝气头的一种具有一定特色的活性污泥处理系统。BIOLAK污水处理技术是在天然土池作反应池基础上发展起来的, 具有除磷脱氮功能。BIOLAK污水处理技术的主要特点是工艺简单、运行费用较低以及投入少。
3.3 连续循环曝气系统 (CCAS)
SBR工艺是在SBR曝气系统的基础上发展起来的。SBR曝气系统早于上世纪初就已研发成功, 但由于监测手段落后及管理繁琐等原因始终没有得到广泛应用, 直到80年代, CCAS工艺才被广泛应用于污水处理, 并成为当时最先进的电脑控制的生物除磷、脱氮处理工艺。CCAS工艺的运行全部依赖电脑控制, 因此其优点在于操作简单, 缺点则是管理人员素质要求很高。
4 结语
污水是工业发展以及人类滥用水资源的产物, 随着水资源的日益枯竭以及污水排放量的日益增多, 水质污染超越了水体的自净能力。如果不及时处理污水, 不但会造成巨大的经济损失, 污水还会进入土壤, 通过食物链来影响我们的身体健康。我国不但是一个缺水国家, 城市水环境污染也相当严重。因此我们必须加强污水处理事业建设, 除要大规模兴建污水处理厂外, 更要提高污水处理技术, 跟上发达国家污水处理技术发展的步伐, 进入污水深度处理阶段, 从根本上改变我国水环境。
摘要：对目前的污水处理方法以及我国常用的污水处理技术、特点等进行了探讨。
关键词：污水处理,水资源,生物法
参考文献
[1]何建平.炼焦化学产品回收与加工[M].化学工业出版社, 2005.
[2]谢安全.煤化工安全与环保[M].化学工业出版社, 2005.
[3]吕继奎.化学环保概论[M].化学工业出版社, 2005.
[4]范文漪.泰安污水处理厂工程简介[J].给水排水, 2002.
染整工艺原理序言080703 篇5
我国正在从世界纺织大国迈向纺织强国，国力的竞争，归根到底是人才的竞争，培养优秀创新人才刻不容缓。为此，教育必须先行，高质量教材或教学参考书，便显现重要作用。
本人从事纺织品染整工程教育和科研数十年，值此工业转型之际，由于责任心驱使，萌生发挥余热编撰《染整工艺原理》，以期百花齐放，促进科技发展，希望对后来者有所启迪。特邀请多位学术造诣深的学者、专家、教授合作，群策群力，以便编撰工作顺利进行，也希望能将他们的专长和经验传承下去。
本套书的编写原则是：沿用20世纪80年代王菊生、孙铠主编的《染整工艺原理》的体系和风格，将纤维化学、染料化学的有关基本知识、基本理论和染整工艺融合在一起，着重于染整工艺原理的论述，并推陈出新，与时代同步，同时注意深入浅出，便于自学。本套书也是东华大学（原中国纺织大学）主持编写的轻化（染整）工程专业系列教材和参考书之一。
本书分四个分册出版，各册内容为：
第一分册—纺织纤维的结构和性能（含高分子基础知识）
第二分册—纺织品前处理和后整理（含生物酶和功能整理基础知识）
第三分册—染料中间体合成路线、染料结构与特性及其对各类纺织品的染色（含染色物理化学基础知识）
第四分册—纺织品印花及配色技术原理
参加第一分册编写的有蔡再生、周文龙、孙铠，蔡再生为分册主编；参加第二分册编写的有沈淦清、汪澜、王柏华、刘学、袁琴华、朱泉、孙铠，沈淦清为分册主编；参加第三分册编写的有蔡再生、沈勇、戴瑾瑾、黄德音、陈荣圻、薛迪庚、孟庆华、陈水林、邢建伟、钱灏、何瑾馨、毛允萍、刘金强、武达基，蔡再生、沈勇为分册主编；参加第四分册编写的有黄茂福、忻浩忠，黄茂福为分册主编。
本书可供高等纺织院校纺织品染整专业用作教学参考书或教材，也可供专业从业人员或研究人员参考。
由于编者水平有限，书中难免会有缺点和错误，热忱欢迎读者批评指正。主编孙铠
原理与工艺 篇6
1.1 泡沫排水采气
泡沫排水采气的工艺原理是注入井筒内部起泡剂,待其被井筒内部产生的气流进行充分搅动后,积液密度便会大大降低,水气表面的张力会大大减小,最终基底井液自动转化成了泡沫状态的流动性液体,大大降低了举升的难度。
该技术要求气流速度必须达到0.1~0.2m/s才能将水举升至地面,与其余的采气工艺相比这个速度是很低的。由于气井协液量受到压力和温度的影响,而井口压力和温度一般较低,所以气井协液所需流量较大,并且会加大气体的密度。
1.2 速度管柱排水采气
为了达到预定的采气效率,完井速度管柱的设计必须要合理,以实现采气过程中对气井原始气体流量与压力的控制。随着气井井深的增大,气井产量在递减且地层压力不断下降,为了保证气井能够维持正常的生产,首先必须做好一系列基础性工作,包括气井内气体流动规律的把握、管柱尺寸的合理变更调整、恰当增产措施的运用等,以保证短期内采气效率的速度提升。此方法成本较高、返排效率低、井底易产生积液、安全性难以保证、管柱改造难度大。
速度管柱排水采气技术可以有效弥补上述传统技术的弊端,即通过采用小直径管柱,可以大大增加井下气液的流动速度,在管柱内悬挂井筒悬挂装置或地面悬挂器,当地层流体流入管柱内时,会出现油管超过过流面积的情况,这将大大增加过流截面上的流体速度,从而提升采气效率。
1.3 柱塞气举
柱塞气举技术的工艺原理是将柱塞放置于气液之间,作为其间的机械界面,气井的自身能量足以影响并推动柱塞,使其在油管内做规律性的“举液”运动,柱塞的存在可以阻止气体的上升与回落,降低气液“滑脱”的概率。此技术适用于低压低产井,通过运用自动化的柱塞气举技术,实现间歇开井,可以大大提升气井生产效率。
低压低产自喷井日产气量<50m3/d,井深在4000m以内,介质低腐蚀性采气环境,油气管管路畅通且自洁能力好。
2 适应性评价
2.1 泡沫排水采气工艺
榆林气田一般要求三甘醇循环液必须保持99.9%以上的纯度,在采用该工艺技术进行排水过程中,如果消泡不彻底则会大大降低分离器对气体与泡沫的分离效果,容易引起地层水进入脱水撬,污染循环液进而堵塞脱水撬。残留的消泡剂还会引起循环液的发泡反映,降低其纯度,降低脱水撬工作效率。
榆林气田气井具有瞬时产水量不稳定、不连续,气井与气井之间往往会产生很大的管线气水两相流态差异。为了缓解上述瞬时气水量不稳定、不连续的现象,需要按照日产水量均值计算瞬时气水量并以此作为消泡剂加注量的参考值,避免操作过程中连续、定量加注消泡剂反而会增大消泡难度。所以,榆林气田当前所采用的泡沫排水采气工艺中的泡沫排水仍需进一步改进,但是泡沫排水工艺在产水气井井口复产中的应用已经较为成熟,可以以此类推运用于其他环节。
2.2 速度管柱排水采气技术
在榆林气田采用F73mm油管的气井基本都能进行正常的协液生产,随着新气田的不断开发,那些位于气藏边缘的气井产能一般是较差的。故而需在新气井投产之前,进行管柱的优化,对于那些已经采用F73mm油管的新气井,可以考虑将其更换为小油管以保证连续且较高的协液性能。
2.3 柱塞气举技术
此技术具有无需消耗动力、井口控制自动化、无需使用消泡剂等特点且适用于气井产水量小的情况。结合榆林气田气井特点及工艺流程实际情况,该项技术较为适用,当前国内对于该项技术的理论基础、工艺设计优选、设备优化等方面研究成果颇为丰富,所以榆林气田适合进行柱塞气举技术的应用实验。
3 优选结果
根据上述对不同排水采气技术工艺原理的分析及每种技术适应性的评价可以看出,榆林气田属于积液不很严重的气井,较为适用的排水采气工艺为柱塞气举和合理协液生产技术,二泡沫排水采气技术亟待进一步改进与优化。而对于其中少数积液较为严重的气井而言,可以考虑邻井高压气举、“泡排加邻井高压气举”的复合复产技术、油套环空降压激动等技术。
摘要：在榆林气田开发过程中,部分气井先后出现了低压低产不良表现,主要原因在于气井产量较低无法满足协液生产的要求,很容易引发井底与井筒积液,降低采气效率。基于此笔者分析了常用的采气技术工艺原理,并对各类技术的适应性进行了评价。
关键词：排水采气技术,工艺原理,适应性
参考文献
[1]裘湘澜.气井排水采气工艺原理及应用[J].油气田地面工程.2010(5).
原理与工艺 篇7
东风11G型内燃机车是南车戚墅堰机车有限公司在2003年专门研制的双机重联型准高速客运内燃机车。为了满足铁路运输发展的需要, 进一步缩短旅客列车的运行时间和提高旅客的舒适度, 我们在成熟、可靠地东风11G型内燃机车双机重联方案的基础上, 进行了提速机车的方案设计, 机车的最大运行速度达170 km/h。
该车具有如下特点:1) 具备很大的牵引功率。机车采用双机重联模式, 装用16V280ZJA型柴油机, 采用了由瑞士ABB公司进口的涡轮增压器, 柴油机装车功率2×3610 k W, 在牵引20节客车运行速度160 km/h时仍有0.0245 m/s2的剩余加速度。2) 机车采用一级电阻制动, 机车制动系统采用电空制动机。3) 具备较大的供电功率。采用了德国MTU公司的供电柴油机, 装有辅助柴油机及发电机, 配合供电发电机, 最大供电功率2×400 k W, 供电制式为AC380V。4) 具备先进技术。安装了目前国内最先进2000型安全监控装置, 该系统具有完全的机车逻辑控制、网络重联控制、完善的机车故障诊断功能和远程监控、诊断功能。5) 机车采用了与车体结合成一体的大容量承载式燃油箱, 每节机车最大载油7500 L, 承载式结构既增加了容量和车体刚度, 而且减轻了机车重量。
制动装置是机车的重要组成部分之一, 其工作稳定性是机车安全运行的重要保障。在机车制动措施的执行中, 制动机产生制动原动力并进行操作控制, 最终由制动机控制产生列车制动所需制动力的装置叫作基础制动装置。转向架上的基础制动装置是机车整个制动系统的执行机构。
1 基础制动装置的主体结构
基础制动装置由压缩空气经制动缸产生的力经放大后传给闸瓦 (或闸片) , 使其压紧在车轮 (或制动盘) 上对机车进行制动, 使机车在规定的距离内停车。根据结构布置的不同, 基础制动装置可分为杠杆式、独立单元制动式。东风11G型内燃机车基础制动装置采用独立单元制动式。
每个转向架装有10个独立作用的单元制动器, 除中间轮采用单侧制动外, 其它轮均采用双侧制动。每个单元制动器装有2块闸瓦。单元制动器有两种结构形式, 即QB-2型和QB-2S型。QB-2型单元制动器不能与手制动装置或蓄能停车制动装置相连;QB-2S型单元制动器能与手制动装置或蓄能停车制动装置相连。它们由制动缸装配、箱体、杠杆、闸瓦间隙调整机构、螺杆复位机构、瓦托、闸瓦撑及闸瓦等组成, 只是二者杠杆结构不同。图1为QB-2S型单元制动器。
1.闸瓦2.插销3.瓦签4.闸瓦托5.闸瓦撑6, 7.螺母8.导向套9.箱体10, 17.调整弹簧11.力推挡圈12.轴承13.调整螺母14.杠杆15.调整螺母套16.导向螺母18.平键19.导向螺母套20.压圈21.复位挡圈22.调隙挡23.端盖24.挡套25.螺杆26.销轴27.弹簧28.螺帽29.拉环30.导向环31.皮碗32.缓解弹簧33.推杆34.接头体35.制动缸
2 机车的制动原理
机车的制动系统主要由风源装置、制动控制装置、停车制动、控制装置、防滑系统、基础制动装置、空气簧供风装置等各大部件组成。机车的制动原理比较复杂, 可以简单地描述为通过人为操作制动机, 产生一个原制动力, 并由此操作基础制动装置工作, 从而达到制动的目的。这里操作基础制动装置是指通过对缸体内的空气进行压缩, 依靠压力产生活塞运动, 将运动所产生的压力依靠连接销传递到制动杠杆和闸片托, 使闸片托上的闸片与制动盘之间形成制动摩擦副, 并实施摩擦制动。
在实际工作过程中, 机车的制动包括实施常用制动、常用制动缓解、停放制动等不同使用情景。
1) 实施常用制动。压缩空气通过制动缸进口进入鞲鞴下方推动鞲鞴克服复位弹簧压力。鞲鞴推动安装在腔体中的对称凸轮盘动作。滚轮根据凸轮盘的移动轨迹来推动闸瓦间隙自动调整器和闸瓦达到制动位置。通过与轮对摩擦产生制动力。
2) 常用制动缓解。单元制动器通过制动缸排气来缓解。所有部件通过复位弹簧和中闸瓦间隙调整器复位弹簧返回到原始位置。
带有弹簧的纵向扭合联轴节和六角限位头支撑吊架上的闸瓦或与轮对平行的的杆头。这样可以防止当闸瓦单边作用在轮对缓解时引起闸瓦发生偏移和摩擦。
3) 停放制动。
a.弹簧驱动制动。弹簧驱动制动是靠气压伺服的停放制动。当实施制动时, 驱动弹簧的弹力通过锥形联接、螺母和螺旋轴作用到单元制动器常用制动缸内的鞲鞴上。当不与风源相连时, 可以利用弹簧制动器手动紧急缓解传动装置来缓解停放机车的停放制动。
b.缓解位。制动缸从放风口充入缓解压力空气。因此, 鞲鞴受压力空气作用克服驱动弹簧的弹簧力下上移到端部位置。螺母和螺旋轴通过螺纹相连接在一起, 这样可以使螺旋轴不与常用制动缸的活塞接触, 停放制动处于缓解位。
c.实施弹簧驱动制动。当制动缸通过放风口排风时弹簧制动器就开始实施制动。这样对鞲鞴上的驱动弹簧的反作用力就会降到0。
驱动弹簧伸长的弹力通过鞲鞴、锥联接、螺母和螺旋轴作用到常用制动缸的鞲鞴上, 把鞲鞴推到制动位。从而使闸瓦压在轮上。
d.带有安全停车缓解齿轮的缓解弹簧制动器。没有压缩空气时, 可以用手动实施停放制动的缓解功能。为了实现这个功能, 每个单元制动器有一个操纵棘爪的机构。
e.弹簧制动器再次动作。经进排气端口, 缓解压力空气进入制动缸就可解除安全停车, 形成释放制动状态。这个过程为克服驱动弹簧的弹力, 压力空气把鞲鞴往上推及克服盘形弹簧的弹力使锥联接脱开, 锥联接产生的摩擦力消失, 因此螺母再次转动。由于螺母螺纹为不自锁螺纹, 当鞲鞴继续上移时, 螺母沿着螺旋轴螺旋上升。鞲鞴上移, 活塞的端面就把锁销往上顶。棘爪和齿轮啮合, 再次阻止齿轮和螺旋轴继续转动。一旦鞲鞴结束运动, 锥轴接啮合。驱动弹簧被压紧, 弹簧制动为再次制动准备就绪。
3 基础制动装置的检修工艺
3.1 基础制动装置检修的主要技术参数
根据产品技术要求, 已经基础制动装置工程应用技术检修的要求, 检修工艺制定需要采用表1、表2技术要求。
mm
3.2 基础制动装置检修工艺
按照东风11G型内燃机车基础制动装置的检修工艺流程如图2。在检修工艺流程中:
1) 分解。将已经拆除下闸瓦的单元制动器从构架拆卸后, 吊至专门检修场所。
2) 清洗。清洗单元制动器箱体和制动缸体, 清洗所有解体的零部件。
3) 检修:a.更新所有耐油石棉橡胶板密封垫。螺杆与箱体间的橡胶防尘罩、连接手制动装置的杠杆端部的橡胶防尘套均不得破损、老化, 不良者更换;b.皮碗不得老化、磨损、破裂, 不良者更新;c.检查制动缸体内径面不允许有拉伤 (轻微拉伤允许用细沙皮打除) , 制动缸体内壁的局部锈蚀应予消除, 锈蚀严重影响与皮碗接触的则更换;d.检查缓解弹簧应作用良好, 无塑性变形。检查其在677N和1160N的压力下的工作高度应符合限度表的规定;e.检查螺杆销、杠杆销等与对应衬套应无严重磨耗。探伤检查各销, 应无裂纹;检查各销与对应衬套的间隙, 应符合限度表的要求;f.检查闸瓦托、闸瓦撑状态良好、无裂纹;g.探伤检查箱体上的瓦托及其与箱体的焊缝应无裂纹;h.杠杆无磨损, 探伤检查无裂纹;i.螺杆无严重磨损和变形, 牙形完好, 探伤检查焊缝和杆身无裂纹;j.对于已经解体的闸瓦间隙调整机构, 应检查:5108轴承保持架完好, 滚珠无严重磨耗, 滚道无锈蚀;力推挡圈和复位挡圈无磨损, 不良件更换;调整弹簧状态良好;调整螺母与调整螺母套、导向螺母与导向螺母套的配合齿面状况及啮合良好, 无缺齿、断齿和严重磨耗, 各齿高不得小于设计原形的2/3 (可与新品比较) 。k.对于已经解体的螺杆复位机构, 应检查5110轴承保持架是否完好, 滚珠是否严重磨耗, 滚道有无锈蚀, 压圈、挡套、调隙档状态是否良好。
4) 组装。组装前应确保所有零部件均已作好清洁处理。
5) 充风试验。组装完成后, 经过充风试验确保系统不会漏气。
6) 闸瓦的更换。如闸瓦间隙大于规定范围, 只要施闸1~2次就可自动调节到规定范围。
7) 螺杆端部防尘罩的更换。更换螺杆端部防尘罩, 以保证箱内的清洁。
4 结语
通过介绍东风11G型内燃机车基础制动装置的主要结构、制动原理, 根据其主要技术参数及单元制动器主要限度表, 对其的检修工艺进行研究, 制定出更加科学、实用的检修工艺。为后续东风11G型内燃机车基础制动装置的检修提供了技术支持, 提高了维修质量与效率。
参考文献
浅析钢结构井架安装工艺原理 篇8
井架根据结构和重量, 设计 (或按吊装工艺) 为若干单元部件在工厂制造及厂内预组装合格后运至现场再经组装、焊接、找正后吊装竖立。井架制造包括箱形、焊接I (H) 型钢部件及其他构件、零部件等, 以1个运输单元为1段, 分段长度应尽量减少钢板的拼接, 最大不超过12m[2]。
井架“桅杆提升法”安装工艺原理见表1[3]。
1“翻转法”竖立工艺原理
矿山钢结构井架主要分为单绳提升井架和多绳提升井架, 多绳提升井架又主要分为橹式 (L) 、A式及L-A型三种型式。
由钢结构井架特征和结构形式 (除凿井井架外) 知, 单绳井架由立架躯体和斜撑架组成。多绳井架由斜撑架和立架两部分组成, 斜撑架又分为主斜架、副斜架。根据结构特2征, 其安装程序为:单绳井架先竖立架躯体, 后吊装斜撑架;多绳井架先竖立斜架, 后竖立立架。斜架又分为先竖立主斜架、再竖立副斜架或主副斜架整体竖立。起吊工艺有“翻转法”及“滑移提升法”。“翻转法”亦称“扳吊法”、“旋转法”。又可分为“半翻转法”、“大翻转法” (“大翻转法”又称“双转整体扳吊法”、“扳倒法”) [6]。
所谓“半翻转法”工艺, 即竖立桅杆并在井架根部设置回转铰链或绊腿 (亦称封绳, 即起底部柔性固定并能承担井架起吊水平分力的钢丝绳滑车系统) , 桅杆头部提升方向设置定滑轮组, 井架上为避免应力集中, 设置多个吊点挂设动滑轮组, 然后穿钢丝绳组成提升系统;根据计算在提升相对侧一定距离 (地锚出绳角30°, 不大于45°) 埋设多组地锚, 在桅杆头部和地锚引出绳挂设滑车组穿钢丝绳组成起吊主缆风 (亦称主牵) 平衡系统;并设置桅杆稳定缆风即侧风 (亦称侧牵) 平衡系统。井架通过提升稳车运转缠绕收紧起吊系统提升钢丝绳将井架翻转竖起至设计角度。“半翻转法”应用较为广泛, 单绳井架中的立架躯体、橹式井架的斜架、A及L-A型井架中的主斜架和立架, 在井口绞车房等建筑物和构筑物形成后, 较多地采用该工艺安装。对于两用井架中的主斜架或将主、副斜架整体组装竖立, 也较多地选用该工艺。它的优点是有利于现场的组装布置, 而且提升开始时受力最大, 较为安全。竖立工艺原理见图1。
所谓“大翻转法”工艺, 即将“半翻转法”工艺中的主缆风侧钢丝绳变为提升绳牵引带动井架翻转, 同时桅杆同步倾倒, 垂直安装的设备竖立到位时, 桅杆放倒至地面。优点是提升力减小、井架上吊点增加、桅杆中部1与8井0架可柔性连接, 能较好地改善井架及桅杆受力和变形, 减少放倒桅杆工作量等。缺点是桅杆回转铰链和绊腿的设置及起吊过程中操作复杂, 当提升绳与井架侧钢丝绳成180°时, 应启动井架侧钢丝绳系统提升竖立, 且应具备倒杆的条件。立架安装、两用井架整体安装现场具备条件时可选择该工艺。起吊工艺原理见图2。
2“滑移提升法”竖立工艺原理
所谓“滑移提升法”工艺, 即利用桅杆或已竖起的主架 (斜架或主斜架) 与被吊井架头部吊点形成提升钢丝绳滑车组, 通过提升稳车缠绕收紧提升钢丝绳使其被牵引滑移提起离开地面, 并在井架 (如立架或副斜架) 腿部设置留绳滑车组控制其偏摆和控制其向前的分力 (迈向A基础或L锁-口A) , 以实现底部就位和头部合拢连接找正的安装工艺。“滑移提升”同样设置多个吊点及吊耳, 采用桅杆时设置牵绳平衡稳定系统。该工艺特点是提升终了3时, 提升力量最大。单绳井架中的立架、A及L-A型井架中的副斜架、立架及橹式井架中的立架较多地采用这种工艺。“滑移提升法”竖立工艺原理图见图3。
井架竖立还有“半翻转法”与牵拉绳结合以及与倒杆、移杆相结合, 其基本原理还是“半翻转法”。井架的竖立多采取“翻转法”与“滑移提升法”的组合工艺。
3 结论
在制定井架组装竖立方案时, 应尽量不影响土建等工序的施工, 采用平行交叉作业。井架安装的总平面布置, 应结合井口工况确定井架、桅杆及地锚的布置。井架的现场组装, 按照《钢结构施工及验收规范》进行。应尽量将各构件一次性组装完再竖立, 特别是天轮平台等主要结构和构件的组装。地面组装除能减少竖立后高空作业量、降低工人劳动强度和安全威胁及加快工期外, 也是保证井架质量的关键。因此, 起吊方案制定应充分考虑。当井架受结构尺寸影响, 如起吊梁、天轮平台梁等不能在地面一次性组装时, 可采取先将井架提升抬头一定角度组装完其他构件后再竖立的施工方法。
摘要：本文就井架工程中, 利用翻转法和滑移提升法竖立工艺, 对保证井架施工质量, 减少高空作业工作量, 加快工期起到促进作用, 为解决类似井架安装工程施工提供参考。
关键词：钢井架,安装工艺,安装原理
参考文献
[1]江声述.生产凿井两用落地多绳提升井架设计[J].特种结构, 2001, 18 (1) :31-35.
[2]方金松.平顶山十三矿主井井架组立及平移可行性的理论分析[J].煤矿设计, 1999 (4) :32-36.
[3]陈大峰.浅析钢结构井架的安装技术[J].煤炭工程, 2003 (5) :21-23.
欠平衡钻井技术原理及工艺探讨 篇9
1 欠平衡压力钻井工艺技术原理
1.1 储层伤害较小的基本原理
根据力的平衡原理, 当地层孔隙压力大于井筒液柱压力 (动态、静态) 压力时, 地层孔隙流体就会侵入井筒, 引起溢流和井喷, 而井筒钻井液滤液及固相就不能入侵地层, 外界的液体和固相不能对地层产生伤害, 即基本保持储层性质的原始面貌, 这就是储层伤害较小的基本机理。
1.2 负压差值的选择
负压差值的确定对欠平衡压力钻井技术能否成功地实施起着重要的作用。欠平衡压力钻井和其他技术一样, 工艺技术是核心。而欠平衡钻井工艺的核心就是井底压力的研究和控制, 其中井底负压值的大小直接影响到地层流体进入井筒内量的多少, 关系到能否安全快速钻进。井底负压值的控制是欠平衡钻井成功的关键。负压值太大, 有可能超过井控装备的承压能力, 造成井喷失控事故, 对稳定井壁也不利。另外速敏的影响也会对储集层产生新的伤害, 负压值太小, 有可能起不到对储集层伤害小的作用。
1.3 该套工艺适用的地层岩性:
1.3.1 筛选基础数据
(1) 储层参数确定底层渗透率、孔隙度和孔隙尺寸分布资料。
(2) 通过对岩心的分析确定地层内是否有敏感矿物质, 如果有敏感矿物存在, 则应正确的评价这些矿物和钻井液滤液还有钻井液间的化学反应情况。
(3) 确定地层的岩石含油饱和度和含水饱和度, 了解岩石的润湿性。
(4) 对岩层固相分布进行确定, 为固控设计做准备。
1.3.2 适用的地层
(1) 具有潜在井漏和钻井液伤害的地层。如:晶间渗透率大于1×10-3μm3的地层, 开度大于100μm的开放型裂缝的地层, 具有大量连通孔洞的非均质碳酸盐地层、裂缝型渗流通道的产层。
(2) 具有岩石——液体敏感性的地层。容易造成地层粘土矿物的水化膨胀。
(3) 具有液液敏感性地层。钻井液和地层水不配伍而导致地层胶结和固相沉淀的。
2 欠平衡钻井中井内压力情况:
(1) 常规钻井在钻进的过程中, 井内出现的压力如下:
其中pm为钻井液静液柱压力;pp为一地层压力;pa为环空压耗。
(2) 常规钻井中在静止过程中, 井内压力如下:
从以上公式可以看出, 相对比地层压力, 钻井液的静液柱压力要大1.5～5MPa, 为保证井壁的稳定, 有时需要的钻井液密度会更大, 有可能会对产层造成一定的伤害。
(3) 在欠平衡钻井中, 钻进时井内压力如下:
式中:∆p欠—欠压值, MPa;
由于存在欠压值, 所以在进入产层后, 地层流体就会进入井筒内, 实现欠平衡钻井。
3 影响欠平衡钻井的压力
影响到欠平衡钻井压力的因素主要有钻井液静液柱压力、环空压耗、欠压值、井口压力、地层压力等五个因素。
钻井液静液柱压力的大小主要与钻井液的密度相关, 当其直接作用在地层上, 对欠压值的大小会产生影响, 当地层流体进入到环空后, 环空的多相液体就会导致钻井液静液柱压力值不容易得出。环空压耗的产生是因为钻井液的流动造成的, 其大小与钻井参数和钻井液性能有直接关系。它会直接作用在地层上而影响到欠压值, 在低压地层中表现更严重。根据相关经验, 一般的设定值在0.2MPa到1MPa之间, 具体的值还需要根据实际情况和地层要求来设计。环空静液柱压力会随着地层流体的进入而出现下降, 欠压值也会随之急剧提升, 此时需要在井口控制一定的回压来对地层流体的流入量进行控制, 否则会给欠平衡钻井产生很大的危害。井口回压和欠压值存在一定的伴生关系, 井口回压的产生是因为欠压值的存在, 而井口回压又限制了欠压值。井口回压的大小根据经验一般为0到7MPa, 如果欠压值过小, 就没有比药品控制回压。
4 欠平衡钻井液选择依据及影响因素
在欠平衡钻井技术中, 钻井液的选择也是一个很重要的方面, 在钻井液选择方面, 主要是考虑到钻井液和地层流体之间的相容性、地层产出流体对钻井液的稀释情况、钻井液的防腐问题、钻井液的粘度以及对流自吸作用。
4.1 钻井液和地层流体之间的相容性
实施欠平衡钻井操作时, 如果达到真正的欠平衡, 地层中的油水会从井眼进入与循环的钻井液接触而出现高粘度乳状液、沉淀物、结构、润湿反转以及注入介质的氧化问题。当地层产出水与循环液接触后就会混合新城极稠的稳定乳状液, 对泵压造成影响而破坏欠平衡的状态, 也造成了气体的分离困难, 破坏了环空流体的紊流状态。为抑制稳定乳状液的形成, 在欠平衡钻井操作中需要使用表面活性剂。但是表面活性剂的使用不当会造成分屑不良和钻屑成团以及卡钻等情况, 如果表面活性剂在钻井中出现漏失, 进入地层后会使得地层的润湿性转变成亲油性。
4.2 地层产出液体对钻井液的稀释作用
欠平衡钻井作业的过程中, 地层产出的混相液体会对循环液体造成迅速的稀释, 即便是使用闪点调控很好的油基钻井液体系也会出现一定程度的污染。泡沫钻井液体系和油、地层水混合后会严重稀释, 发生一系列不良反应。对于钻井液是否可以重复使用就要确定产出油是否带来了影响, 具体可以通过测量储层中产出油的苯胺点、浊点。还需要考虑的是在低温情况下, 产出液不会与循环钻井液反应而结晶出石蜡。
4.3 钻井液的防腐
如果选用充有空气、氮气的钻井液体系, 地层或循环流体中的咸盐水会与微量的氧接触而导致其具有较强的腐蚀性。在地层产出气含有氢和硫的情况下, 腐蚀问题会更严重。所以需要使用防腐剂来抑制这些反应, 防止钻柱、井下装置和连续软管的过早失效, 通过对游离气、溶解气和地层中产生的地层水进行详细分析来对其可燃性和腐蚀性进行评价。
4.4 钻井液的粘度
在进行人工诱导欠平衡作业时, 选用的钻井液一般避免高粘度钻井液, 因为其高粘度很难达充分清洁井眼而需要的稳流, 在固相和分离气体的控制上也较为困难。高粘度钻井液通过泵输送时会产生很高的摩擦力, 容易导致钻头欠平衡状态的丧失。
摘要：欠平衡钻井的是指在钻井过程中钻井液循环体系的井底压力低于地层孔隙压力, 使产层流体有控制的计入井筒并将其循环到地面的钻井技术。本文主要是从欠平衡钻井的原理出发, 讨论工艺参数的设定以及钻井液的选择依据。
关键词：欠平衡钻井,工艺,欠平衡钻井液
参考文献
[1]杨文冉, 何修启.元坝地区欠平衡钻井技术[J].天然气技术与经济, 2012.3
流气正比计数管原理及制作工艺 篇10
计数管又称探测器, 实际上是一个换能器。用在X射线方面, 就是将辐射的X射线光量子能量通过计数管转换成具有一定幅度的脉冲电压, 然后进行放大等, 最后将电脉冲强度记录下来。在X射线荧光分析方面与电子探针分析方面, 由记录下来的电脉冲, 进行元素的定性定量分析。探测器在原子能方面和X射线结构分析方面也有着广泛的应用。
计数管按其换能的媒质来分, 通常有两种类型:一种以气体为换能媒质的, 例如正比计数管;另一种为以固体为换能媒质的, 例如闪烁计数管等。前者用以探测软X射线, 后者用以探测较硬的X射线。探测器按其使用的波长范围来分, 常用的也有数种。例如测较硬的X射线, 就用闪烁计数管, 它通常的适用范围小于, 在此波长范围.内, 可有较好的计数效果。但其在测Crkα时, 已不如流气正比计数管的计数效果了。在同样条件下流气正比计数管所测得的Crkα线强度为闪烁计数管的2倍多。
另外, 常用的探测器尚有盖革——米勒计数管 (气体换能。大部分X射线定向仪使用的就是此种探测器) , 还有能量分辨率很高的半导体计数管等, 在X射线荧光分析中, 通常要测得对象主要为Mg、Al、Si、S、Ca等轻元素, 故在设计下照式全自动X射线荧光光谱仪是, 选用流气正比计数管。总之, 应根据工作的波长范围和工作性质, 选用合适的计数管。
2 正比计数管的一般原理
2.1 幅度的形成于气体放大系数A
正比计数管是根据气体放电原理制成的计数管。即由外界进入计数管内X射线光量子, 被计数管中气体原子吸收, 这种吸收有两种方式。一种吸收。一种吸收是从气体原子中打出气体原子中的内层电子, 产生气体原子的特征X射线光量子, 被气体吸收, 打出一个价电子, 并给价电子一个动能, 此动能还等于X射线光量子能量。此价电子损失能量产生另外的离子对, 离子对的数目的公式为:
因子2为经验数, 修正了第一级平均电离电位 (对于Xe是12eV) , 此式与观察结果相一致, 例如对Cukα线具有8 000eV能量, 对Xe气体原子, 最可能电离电子对数目为对。
正离子趋向阴极金属筒后被中和, 电子被阳极中心金属丝吸引, 趋向中心金属丝, 并被加在中心金属丝上的高压加速, 流气正比计数管通常使用的电压为1 500V~1 800V的阳极高压。在此种高压加速下, 增加能量, 沿着它行进的路程上电离另外的气体原子, 故每个开始的离子对到达阳极中心, 已不是一个电子, 而是A个电子, A被称为气体放大系数, 到达阳极中心金属丝的A个电子所形成的脉冲电压△U为:
C:计数管分布电容;
N:进入流气正比计数管内X射线光量子所形成的最可能的原始离子对数;
L:单位电荷;
A:气体放大系数。
A一般为10~10, 在固体探测器内, A随着计数管阳极电压的增加而增大, 并随着温度的升高而增加, 这就要求有一个稳定的计数管电源电压和一个较稳定的温度。
综上所述, 从 (1) 式与 (2) 式中可以明显看出, 此种计数管输出的脉冲幅度大小, 正比于进入此种计数管的X射线光量子能量, 故称此种计数管为正比计数管。
2.2 流气正比计数管结构及主要参数
正比计数管结构大都采用圆柱形中间装了一个金属丝作为阳极, 外面的圆形金属筒作为阴极。这种圆柱形结构在于级间电压加的不太高时, 就可以在阳极附近得到一个很高强度的电场, 计数管内r处电场强度E为:
R1:阳极金属丝半径;
R2:金属圆筒内壁半径;
V0:加于计数管上两极间电压。
公式 (3) 指出, 电场强度E与半径r成反比, 故电场强度在阳极丝附近较在阴极的附近为强, 一般有一定要求, 不能太小, 若太小引起一个低电场强度, 这样输出脉冲幅度就小, 甚至不能进行工作, 也不能太大, 太大了输出脉冲幅度虽高, 但稳定性就会变坏。
3计数管制作工艺要求
本人在为X射线荧光光谱仪设计了流气正比计数管, 附图如下:
1) 流气正比计数管的工作环境:在真空度达2.3Pa的分光室内工作。真空将减少对轻元素X射线的吸收, 管内充有1.5~2.0个大气压的氩气甲烷混合气体, 具体比例为Ar:CH4=9:1, 而前置放大器则为正常大气压。整个分光室装有恒温器, 进行恒温, 以保证计数管工作稳定。
计数管主题圆管材料为黄铜H62, 工作直径φ30mm, 工作长46.5mm。
要求此面光洁度达Ra0.4, 镀铬抛光后, 如镜面一样。阳极金属芯线为φ0.05mm的钨。因管内充1.5个大气压混合气体, 为此要设计许多橡胶圈保证密封。
阳极芯线与φ30mm圆柱面同轴度公差φ0.01mm, 需要用激光打孔, 以保证芯线的安装精度。
正比计数管的窗口材料为0.04mm的聚酯薄膜, 表面镀铝, 保证镀层均匀, 光洁度为Ra0.4, 是计数管内电场均匀。因为计数管内1.5个大气压的混合气体, 要求窗口材料, 要有足够的强度, 致密度, 并耐压不漏气。
2) 流气正比计数管芯线清洗结构
计数管在经过一段时间的工作后, 芯线污染, 结有污垢, 此时可以使芯线清洗触头与阳极芯线接触, 并加高压, 达到清洗芯线的目的, 保证计数管正常工作。
参考文献
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