Устройство для определения реологических характеристик вязко-пластичных сред Советский патент 1984 года по МПК G01N11/08 

со го

00

со Изобретение относится к устройствам для определения реологических характеристик вязкопластичных сред, например буровых растворов и может найти, применение для исследований или промышленного контроля и автоматического регулирования реологичес ких свойств этих сред. Известен капиллярный вискозиметр состоящий из задатчика расхода, двух капилляров одинакового внутреннего диаметра, но разной длины, двух дифманометров и двух вторичных приборов 1. По полученным данным о перепадах давления на двух капиллярах и расходах среды, протекающей по ним, расчетным путем определяют пластическую вязкость и предельное напряжение сдвига вязко-пластичных сред. Надеж ность измерения таким вискозиметром низкая, так как требуется ручная обработка экспериментальных данных. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения пластической вязкости и предельного напряжения сдвига вязкопластичных сред, содержащее задатчик постоянного расхода, три последовательно, соединенные системы капилляров, каждая из которых выполнена в виде параллельных одинаковых пар последователь но соединенных капилляров одинакового внутреннего диаметра, но разной длины с противоположным расположением длинного и короткого капилляров. Диаметры капилляров в разных системах разные. Радиус капилляров первой системы капилляров больше радиуса ка пилляров второй на величину отношения разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем в степени одна четвертая. Радиус капилляров третьей системы капилляров больше радиуса капилляров второй на величину отношения разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем. Показания вторичного прибора, подключенного к измерителю разности си налов между первой и второй система ми капилляров, соответствуют значениям предельного напряжения сдвига, а показания вторичного прибора, под ключенного к измерителю разности сигналов между второй и третьей сис темами капилляров соответствуют зна чениям пластической вязкости исследуемой среды С 2 . Применение трех однотипных систе капилляров в известном устройстве обуславливает его конструктивную сложность, уменьшающую надежность измерения реологических характеристик вязкопластичных сред. Целью изобретения является повышение надежности его работы. Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее две последовательно соединенные системы капилляров, каждая из крторых состоит из одинаковых параллельных пар последовательно соединенных капилляров разной длины и одинакового внутреннего диаметра с противоположным расположением длинного и короткого капилляров в каждой паре, причем радиус капилляров первой системы больше радиуса капилляров второй на величину одной четвертой степени отношения разности длин длинного и короткого капилляров этих систем, и два дифманометра, подключенные к межкапиллярным камерам обеих систем капилляров, выходы которых соединены с измерителями разности сигналов, дополнительно снабжено блоком умножения, подключенным между дифманометром первой системы капилляров и одним из измерителей разности сигналов, с коэффициентом, равным произведению отношений радиусов капилляров первой и второй систем капилляров и разностей длин длинного и короткого капилляров второй и первой систем капилляров. Устройство позволяет надежно измерять реологические характеристики вязкопластичных сред. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство для определения реологических характеристик состоит из двух последовательно соединенных систем капилляров. Первая система капилляров ограничена входной 1 и выходной 2 камерами, а вторая - входной и выходной камерами 3 и 4. Короткие капилляры 5 и б и длинные 7 и 8 соединены в первой системе капилляров межкапиллярными камерами 9 и 10, во второй системе капилляров короткие капилляры 11 и 12 и длинные капилля ры 13 и 14 соединены межкапиллярными камерами 15 и 16. К межкапиллярным камерам 9 и 10 подключен дифманометр 17, а к межкапиллярным камерам 15 и 16 - дифманометр 18. Выход последнего соединен с измерителем разности сигналов 19 и 20, а выход дифманометра 17 - с измерителем разности сигналов 19 и через блок умножения 21 - с измерителем разности сигналов 20. К измерителям разности сигналов 19 и 20 подключены вторичные приборы 22 и 23. Устройство работает следующим образом. При постоянном расходе вязкопластичная среда непрерывно прокачивается через две системы капилляров. Перепады давления, возникающие в межкапиллярных камерах 9 и 10 первой системы капилляров и в межкапиллярных камерах 15 и 16 второй системы капилляров, измеряются соответственно дифманометрами 17 и 18. Измеритель разности сигналов 19 формирует сигнал, пропорциональный предельному напряжению сдвига исследуемой среды, а его величина регистрируется вторичным прибором 22. Одновременно выходной сигнал дифманометра 17 блоком умножения уменьшается на величину произведения отношений радиусов капилляров первой ивторой систем капилляров и разностей длин длинного и короткого капилляров вто рой и первой систем капилляров. Измеритель разности сигналов 20 вычитает преобразованный блоком умножения выходной сигнал дифманометра 17 из выходного сигнала дифманометра 18 и вырабатывает сигнал, пропор циональный пластической вязкости ис следуемой среды. Показания вторично го прибора 23 соответствуют величине пластической вязкости. При течении вязкопластичной среды по капилляру радиусом R длиною Р с расходом И на нем возникает перепад давления, определяемый из уравненияp -§|l-г4i.1 - пластическая вязкость; ffl- предельное напряжение сдви га; - дополнительные потери дав ления от входовых и конце вых эффектов на капилляре На основании выражения 1 определяют перепады давления на последо вательно соединенных капиллярах 5 и. 7 радиусом К ,, 1 1 . . о f . мпч /о I 8Qe fg, э-P.., где р, р - давление во входной 1 и выходной 2 камерах с ответственно; р - давление в межкапилляр ной камере 9; расход среды в капилля рах 5 и 7; РК/АР потери давления на вхо де и выходе капилляров 5 и 7 соответственно. Вычитая уравнение (2J из (3), на ходят давление в межкапиллярной камере 9, учитывая, что ввиду равенст ва гидродинамических сопротивлений ЛР« .ЛР, Г-й)(. Так как радиусы капилляров в каждой системе капилляров одинаковы. а длины капилляров в противоположных плечах моста также одинаковы, то давление в межкапиллярной камере 10 определяется аналогично . .f-l.±S1 р -(-:iLi + z./e -t J 3Rj(%4) Разность.давлений в межкапиллярных камерах 9 и 10, измеряемая дифманометром 17, равна p.- oH-Sr f)(v4) Таким образом, на др-, не влияют входовые и концевые эффекты, атакже давления питания р и р- (они взаимно скомпенсированы ). По аналогии с выражением (41 разность давлений, измеряемая дифманометром 18 в межкапиллярных камерах 15 и 16 второй системы капилляров, равна /ваг 9 РгР. дГЧ-) где R радиус капилляров второй системы; 1д - длина капилляров 14 и 13; 1 - длина капилляров 11 и 12. Согласно изобретению радиусы ка- . пилляров в системах капилляров предлагаемого устройства связаны соотношением : /R, 14 «A-V (1 Учитывая соотношение (б, разность выходных сигналов дифманометров 17 и 18, формируемая измерителем 19, равна е. -е.. А- ,-р,-р...л Следовательно, при заданных конструктивных характеристиках капилляров устройства вторичный прибор 22 отражает значения предельного напряжения сдвига исследуемой среды. Согласно изобретению выходной сигнал дифманометра 17 др умножается на коэффициент Р, А -. I/ - . г 2 /д. . Р I в °1 К а - 11, 2 1 i А вычитается из выходного сигнала дифманометра 18. Эта разность формируется на измерителе 20 и равна .)Из уравнения (9) следует, что при стабилизированном расходе среды вы5,1092379

ходной сигнал измерителя 20 пропорци-и обладает упрощенной конструкцией за

онален пластической вязкости.с;чет применения лишь двух систем каАнализ уравнений (7 и О) показы-пилляров,

вает, что при заданном соотношении Применение устройства в системах

геометрических размеров капилляров инепрерывного контроля и автоматичесзаданном согласно признакам изрбре- кого регулирования свойствами буротения коэффициенте v8l перепады дав-вых растворов позволяет иметь в цирления apj и 4Р« определяют парамет-куляционной системе буровой раствор

ры 1 и fg исследуемой среды.с необходимыми по условиям бурения

Таким образом, устройство обеспе-реологическими характеристиками, чивает непосредственное и непрерыв- ОЭто, в свою очередь, позволяет также нов измерение предельного напряже-достичь более высоких скоростей прения -сдвига и пластической вязкостиходки скважины.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ СРЕД, содержащее последовательно соединенные cHcijeMH капилляров, каждая из которых состоит из одинаковых параллельных пар последовательно соединенных капилляров разной длины и одинакового внутреннего диаметра с противоположным расположением длинного и короткого капилляров в каждой паре, причем радиус капилляров первой системы больше радиуса капилляров второй на величину одной четвертой степени отношения разности длин длинного и короткого капилляров этих систем, и два дифманометра, подключенные к межкапиллярным камерам обеих систем капилляров, выходы которых соединены с измерителями разности сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности его работы, оно дополнительно снабжено блоком умножения, подключенным между дифманометром первой системы капилляров и одним из измерителей разнос-«g ти сигналов, с коэффициентом, равным (Л произведений отношений радиусов капилляров первой и второй систем капилляров и разностей длин длинного и короткого капилляров второй и первой системы капилляров.