3.5. 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.