• Ротаційний віскозиметр всн-3 (рисунок 6.10) Вимірювання статичного напруження зсуву за допомогою приладу всн-3:

► заповнити чистий, сухий циліндр приладу буровим розчином до мітки;

► встановити заповнений циліндр на столик 1 підняти його телескопічні секції, зафіксувавши їх;

► перемикач швидкостей встановити на значенні 600 об/хв.;

► перемішати буровий розчин при частоті обертання зовнішнього циліндра 600 об/хв. до постійного показу кута закручування;

► зняти стійкі покази кутів закручування за шкалою приладу при 600, 400, 300, 200 об/хв. (протягом 2-3 хв. кожен);

► визначення статичного напруження зсуву проводиться за формулою:

(6.10)

де – статичне напруження зсуву через 1 і 10 хв.. Па;

К –постійна приладу, яка дорівнює величині статичного напруження зсуву, що відповідає куту закручування пружини на 1° (вказана в паспорті приладу ВСН-3:

• для пружини №1К= 0,165-0,17;

• для пружини №2 К= 0,33-0,34).

6.6.4 Реологічні властивості промивних рідин

Для практичних гідравлічних розрахунків руху неньютонівських рідин важливо мати значення їх реологічних характеристик.

• Реологічні властивості бурових промивних рідин характеризуються такими величинами:

– статичним напруженням зсуву ( );

– динамічним напруженням зсуву ( );

– ефективною в’язкістю ( );

– пластичною в’язкістю ( ).

• Динамічне напруження зсуву – додаткове початкове напруження зсуву, яке виникає при русі промивної рідини і характеризує міцнісний опір течії, тобто – це умовна величина, яка характеризує границю текучості в потоці бурового розчину. Позначають його t_о , та виміряють в Па.

Динамічне напруження зсуву залежить від концентрації твердої фази у промивальній рідині, її дисперсності, вмісту електролітів (іонів Са²⁺ і Мg²⁺), наявності хімічних реагентів. Динамічне напруження зсуву характеризує здатність розчину, який рухається чинити опір осіданню шламу, тобто оцінює його несучу здатність. Для глинистих бурових розчинів динамічне напруження зсуву знаходиться в межах 10¸45 мПа.

Динамічну і структурну в’язкість визначають в добре обладнаних лабораторіях за допомогою ротаційного віскозиметра ВСН-3.

Складність вимірювання структурної в’язкості привела до появи спроб встановлення конкретного зв’язку її з умовною в’язкістю.

• Ефективна (динамічна) в'язкість – величина, яка характеризує в’язкісний та міцнісний опір течії промивальної рідини і дає оцінку “уявній в’язкості” при певних швидкостях зсуву (швидкості руху розчину), тобто вона характеризує опір бурового розчину при даній швидкості зсуву, викликаний силами зчеплення молекул рідини.

Вона не є постійною величиною і визначається відношенням напруження зсуву до відповідного градієнта швидкості. Так, наприклад, із збільшенням швидкості в насадках долота ефективна в’язкість зменшується, а в затрубному просторі при низьких швидкостях вона збільшується. Значення повинні бути завжди більшими від значень пластичної в’язкості, що свідчить про наявність структури у промивальній рідині за рахунок взаємодії колоїдних частинок, солей, полімерів. Якщо ефективна в’язкість більша ніж граничні межі, то може відбутись гідророзрив пласта під час буріння. Для глинистих бурових розчинів ефективна в’язкість знаходиться в межах 6-20 мПа×с.

• Пластична (структурна) в'язкість – міра сил внутрішнього опору, що виникає при взаємному переміщені елементарних струмин одна відносно одної, тобто – це умовна величина, яка показує долю динамічної в’язкості, яка виникає внаслідок структуроутворення в потоці бурового розчину.

Пластична в’язкість залежить від температури і тиску, а також від типу, кількості і розміру твердих частинок, які знаходяться у буровій промивній рідині. При цьому вміст активної глинистої складової має визначальне значення. Для глинистих бурових розчинів орієнтовно пластична в’язкість знаходиться в межах 4-15 мПа×с. Зростання пластичної в’язкості призводить до росту гідравлічних опорів при циркуляції, погіршується очищення вибою і розчину від шламу. При зменшенні пластичної в'язкості настає дестабілізація промивальної рідини.

Одиницею вимірювання динамічної і структурної в’язкостей являється Па^.с, її називають пуайзелем.

Дистильована вода при t = 20^o має = 10^-3 Па . с і УВ = 15 с.

На практиці динамічну в’язкість часто виміряють в пуазах (П).

Між пуайзелем і пуазом існує наступне співвідношення :

1Па . с = 10П.

В гідравліці часто користуються величиною кінематичної в’язкості n.

Кінематична в’язкість виражається відношенням динамічної в’язкості до густини, тобто: 

 = -------- (6.11)



Одиницею вимірювання кінематичної в’язкості являється квадратний метр на секунду (м²/с).

В фізичній системі кінематична в’язкість вимірюється в стоксах (ст).

1 м²/с = 1 . 10⁴ Ст.

Кінематична в’язкість води (при t = 20^о С) n = 1,01 . 10^-6 м²/С.

Величину, (зворотну) обернену динамічній в’язкості називають текучістю

x = 1/ (6.12)

Величина, обернена структурній вязкості, називають рухомістю рідини

m = 1/h_пл . (6.13)

Для вимірювання , , використовують ротаційні віскозиметри ВСН-3 і ВСН-2М.