Определение статического напряжения сдвига при нормальной температуре

Статическое напряжение сдвига (СНС) q, Па - величина, определяемая минимальным касательным напряжением сдвига, при котором начинается разрушение структуры в покоящемся буровом растворе. СНС характеризует прочность тиксотропной структуры и интенсивность упрочнения во времени.

Для измерения СНС могут быть использованы:

· прибор СНС-3 (рис. 3);

· ротационный вискозиметр ВСН-3 (рис. 4).

Прибор СНС-2

1 - плита-основание; 2 - внешний цилиндр; 3 - кронштейн; 4 - диск со шкалой; 5 -трубка; 6 - упругая нить; 7 - подвеска; 8 - стойка; 9 - подвесной цилиндр; 10 - вращающийся столик; 11 - установочный винт; 12 - электродвигатель

Рис. 3

Принцип работы этих приборов основан на измерении сдвиговых напряжений в контролируемой среде, расположенной между соосными цилиндрами. Мерой сдвиговых напряжений является угол поворота подвесного цилиндра вокруг своей оси.

Прибор СНС-2

Основные характеристики:

пределы измерений, Па (мГ/см²):

при диаметре нити 0,3 мм 0-4 (0-40);

при диаметре нити 0,4 мм 0-10 (0-100);

при диаметре нити 0,5 мм 0-20 (0-200);

основная приведенная погрешность измерения, % ±3;

допускаемая продолжительность измерения, с 60;

частота вращения внешнего цилиндра, мин^-1 (об/мин) 0,2 (0,2);

питание электродвигателя от сети переменного тока напряжением, В 220.

Порядок работы:

поместить подвесной цилиндр 9 во внешний цилиндр 2 и подвесить нить 6 на пробку;

тщательно перемешать пробу бурового раствора;

залить раствор меркой, прилагаемой к прибору, в установленный на вращающемся столике 10 внешний цилиндр, подвесной цилиндр при этом должен быть погружен в раствор точно до верхнего края;

быстро установить «0» шкалы 4 против риски указателя и пустить секундомер;

через 1 мин остановить секундомер и включить электродвигатель прибора 12;

после остановки подвесного цилиндра произвести отсчет угла закручивания нити;

установить шкалу в нулевое положение, оставить раствор в состоянии покоя на 10 мин, затем снова включить прибор и замерить максимальный угол закручивания нити.

Статическое напряжение рассчитывается по формуле:

q _1,10 = А × j _1,10, (5)

где q _1,10 - статическое напряжение сдвига через 1 мин и через 10 мин, Па (мГ/см²);

А - коэффициент прибора, на котором проводятся измерения (дается в паспорте прибора);

j _1,10 - угол закручивания, измеренный после 1 мин и 10 мин покоя, град.

3.3.2. Ротационный вискозиметр ВСН-3

Основные характеристики:

диапазон измерения статического напряжения сдвига, Па (мГ/см²):

для пружины № 1 от 0 до 45 (от 0 до 450);

для пружины № 2 от 0 до 90 (от 0 до 900);

основная приведенная погрешность измерения, % 4;

погрешность отсчета угла поворота измерительного

элемента, град ± 0,5;

пределы термостатирования, °С от 20 до 60;

напряжение питания, В 220.

Порядок работы:

перед измерением чистый сухой стакан 2 заполнить буровым раствором и поставить на столик 1;

включить тумблер «сеть»;

перемешать исследуемый раствор при частоте вращения 600 мин^-1 в течение 1 мин;

выключить тумблер «сеть»;

установить ручку переключателя оборотов в положение «0,2»;

раствор оставить в покое на необходимое время, (1 мин, 10 мин);

включить тумблер «сеть»;

отсчитать по шкале 6 показания угла поворота измерительного элемента в момент его максимального значения, предшествующего разрушению структуры.

Прибор ВСН-3

1 - телескопический столик; 2 - стакан; 3 - наружный цилиндр (ротор); 4 - внутренний цилиндр; 5 - смотровое стекло; 6 - шкала; 7 - пружина; 8 - двигатели (ДСД-2, ДСГ-1); 9 - корпус; 10 - выключатель; 11 - переключатель скоростей

Рис. 4

Определение статического напряжения сдвига производится по формуле

q _1,10 = k × j _1,10, (6)

где q _1,10 - статическое напряжение сдвига через 1 и 10 мин, Па (мГ/см²);

k - константа, равная величине статического напряжения сдвига, соответствующего углу закручивания пружины на 1° (указана в паспорте на прибор);

j _1,10 - угол поворота измерительного элемента, град.