4. Определение статического напряжения сдвига при

повышенной температуре

Для измерения используется ротационный вискозиметр ВСН-2М.

Основные характеристики:

диапазон измерения эффективной вязкости, Пас (сп)	(от 1 до 1000)10-3 (от 1 до 1000)
основная приведенная погрешность измерения, %	±5;
избыточное давление на испытуемый буровой раствор, МПа (кГ/см2)	от 0 до 15 ( от 0 до 150);
погрешность измерения давления, не более, %	±2,5;
температура нагрева, 0С	от 20 до 2000;
погрешность измерения температуры, не более, %	±2;
частота вращения наружного стакана, мин.-1 (об/мин.)	0,2; от 50 до 600 (0,2; от 50 до 600);
максимальный угол поворота измерительного элемента, град.	300;
цена деления шкалы измерительного элемента, град.	2;
напряжение питания, В	220;

Порядок работы:

заполнить контейнер исследуемым раствором в количестве 100 см³ и подсоединить к автоклаву;

установить по манометру необходимое давление, но не выше 15 МПа;

включить прибор и перемешать испытуемый раствор с частотой вращения наружного стакана, равной 600 мин.^-1 мин.;

выключить перемешивание;

тумблер «вязкость-сдвиг» переключить в нейтральное положение;

шкалу установить на нулевую отметку;

раствор оставить в состоянии покоя на требуемое время (1 мин., 10 мин.) тиксотропного уплотнения, после чего тумблер «вязкость-сдвиг» перевести в положение «сдвиг»;

отсчитать показания шкалы в момент максимальных значений, предшествующих разрушению структуры.

Определение статического напряжения сдвига аналогично приведенному для ВСН-3.

5. Определение динамического напряжения сдвига, эффективной и пластической вязкости при нормальной температуре

Динамическое напряжение сдвига, t0, Па – величина, косвенно характеризующая прочностное сопротивление бурового раствора течению.

Эффективная вязкость h, Пас – величина, косвенно характеризующая вязкостное сопротивление бурового раствора при определенной скорости сдвига.

Пластическая вязкость h, Пас – условная величина, показывающая долю эффективной вязкости, которая возникает вследствие структурообразования в потоке бурового раствора.

Для измерений величины этих параметров, используются ротационные вискозиметры ВСН-3, ФАНН-35(см.выше)

Основные характеристики:

диапазон измерения эффективной вязкости при 200 мин.-1 (200 об/мин.) гильзы, Пас (сП): для пружины № 1 для пружины № 2	от 0,001 до 0,2 (от 1 до 200); 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;

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

По значениям двух точек (n₁, j₁) и (n₂, j₂), взятых на прямолинейном участке кривой, определяют эффективную и пластическую вязкости и динамическое напряжение сдвига по формулам:

;

;

где h¹- эффективная вязкость, Пас (сП);

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

h - пластическая вязкость, Пас (сП);

j₂ – угол поворота шкалы, измеренный при большей частоте вращения цилиндра, n₁, град;

t₀ – 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 j₁, n₁ и j₂, n₂;

расчет пластической вязкости n_пл. и динамического напряжения сдвига t₀, производится по следующим формулам:

а) для пружины № 1

при использовании частоты вращения 600 и 300 мин.^-1

n=0,5 (j₂-j₁);

t₀= 1,5 (j₁- h);

при использовании частоты вращения 400 и 200 мин.^-1

h=0,75 (j₂-j₁);

t₀= 1,5 j₁- 2h;

б) для пружины № 2

при использовании частоты вращения 600 и 300 мин.^-1

h=j₂-j₁,

t₀= 3 (j₁- h);

при использовании частоты вращения 400 и 200 мин.^-1

h=1,5 (j₂-j₁);

t₀= 3 j₁- 2 h;

П р и м е ч а н и е: Определение пластической вязкости h и динамического напряжения сдвига t₀ 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 j на частотах вращения 600, 400, 300, 200 мин.^-1, а использовать упрощенные формулы расчета рекомендуется только тогда, когда равновесные моменты лежат на прямолинейной части графика.