Определение динамического напряжения сдвига, эффективной и пластической вязкостей при нормальной температуре

Динамическое напряжение сдвига, t _о, Па - величина, косвенно характеризующая прочностное сопротивление бурового раствора течению.

Эффективная вязкость h ¢, Па × с - величина, косвенно характеризующая вязкостное сопротивление бурового раствора при определенной скорости сдвига.

Пластическая вязкость h, Па × с - условная величина, показывающая долю эффективной вязкости, которая возникает вследствие структурообразования в потоке бурового раствора.

Для измерений показателей, позволяющих получить величины этих параметров, используется ротационный вискозиметр ВСН-3.

Основные характеристики:

диапазон измерения эффективной вязкости при 200 мин^-1 (200 об/мин) гильзы, Па × с (сП):

для пружины № 1 от 0,001 до 0,2 (от 1 до 200);

для пружины № 2 от 0,001 до 0,4 (от 1 до 400);

частота вращения наружного

цилиндра, мин^-1 (об/мин) 0,2; 200; 300; 400; 600

(0,2; 200; 300; 400; 600);

основная приведенная погрешность измерения

эффективной вязкости, % 5.

Остальные характеристики приведены в п. 3.3.2.

Порядок работы:

перемешать буровой раствор при частоте вращения наружного цилиндра 600 мин^-1, затем снять устойчивые показания углов закручивания по шкале прибора при 600, 400, 300, 200 мин^-1;

по полученным данным построить график зависимости угла поворота шкалы j от частоты вращения наружного цилиндра n; характерная зависимость угла поворота шкалы от скорости вращения цилиндра для вязкопластичных буровых растворов приведена на рис. 6;

на полученном графике выделить прямолинейный участок и продолжить его до пересечения с осью ординат.

По значение двух точек (n ₁, j ₁) и (n ₂, j ₂), взятых на прямолинейном участке кривой, определяют эффективную и пластическую вязкости и динамическое напряжение сдвига по формулам:

; (7)

; (8)

, (9)

Кривая зависимости j от n

Рис. 6

где h ¢ - эффективная вязкость Па × с (сП);

А, В - константы (приводятся в паспорте на прибор);

h - пластическая вязкость, Па × с (сП);

j ₂ - угол поворота шкалы, измеренный при большей частоте вращения цилиндра n ₂, град;

j ₁ - угол поворота шкалы, измеренный при меньшей частоте вращения цилиндра n ₁, град;

t _о - динамическое напряжение сдвига, Па (мГ/см²);

j - угол поворота шкалы при частоте вращения цилиндра 600 мин^-1, град.

Упрощенная методика работы с прибором:

используется лишь две частоты вращения цилиндра 600 и 300 мин^-1 или 400 и 200 мин^-1 для получения значений j ₁, n ₁ и j ₂, n ₂;

расчет пластической вязкости n _пл и динамического напряжения сдвига t _о производится по следующим формулам:

а) для пружины № 1

при использовании частоты вращения 600 и 300 мин^-1

h = 0,5(j ₂ - j ₁), (10)

t _о = 1,5(j ₁ - h); (11)

при использовании частоты вращения 400 и 200 мин^-1

h = 0,75(j ₂ - j ₁), (12)

t _о = 1,5 j ₁ - 2 h; (13)

б) для пружины № 2

при использовании частоты вращения 600 и 300 мин^-1

h = j ₂ - j ₁, (14)

t _о = 3(j ₁ - h); (15)

при использовании частоты вращения 400 и 200 мин^-1

h = 1, 5(j ₂ - j ₁), (16)

t _о = 3 j ₁ - 2 h; (17)

Примечание. Определение пластической вязкости h и динамического напряжения сдвига t _о, имеет смысл только в том случае, когда течение исследуемых буровых растворов в зазоре вискозиметра описывается моделью Шведова-Бингама. Поэтому при измерении реологических характеристик неизвестных буровых растворов всегда необходимо определять углы закручивания шкалы на частотах вращения цилиндра 600, 400, 300, 200 мин^-1, а использовать упрощенные формулы расчета рекомендуется только тогда, когда равновесные моменты лежат на прямолинейной части графика.