Способ измерения предельного динамического напряжения сдвига жидкостей Советский патент 1984 года по МПК G01N11/14 

N со to Изобретение относится к вискозиметрии и может быть использовано при измерении в производственных условиях предельного динамического напряжения сдвига являющегося, наряду со структурной вязкостью,, основным реологическим параметром вязкопластичных жидкостей, например, буровых растворов. Известен способ измерения предельного динамического напряжения сдвига жидкостей трубчатьши вискозиметрами 1. Однако этот способ не применяется на практике из-за необходимости создания значительных перепадов давления в системе, а также учета поправок на гидростатический напор столба жидкости, находящейся над измерительной трубкой и на входные (концевые) потери. Поэтому при бурении скважин измеряют статическое напряжен|1е сдвига промывочных жидкостей (буровых растворов при помощи стандартного (односкоростного)соосно-цилиндрического ротационного прибора, которым укомплектованы все буровые бригады. При этом полученная величина характеризует лищь статическую прочность структуры жидкости и непригодна для выявления величины предельного динамического напряжения сдвига Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения предельного динамического напряжения сдвига жидкостей соосно-цилиндрическими ротационными приборами (многоскоростными вискозиметрами), заключающийся во вращении наружного цилиндра в замере величины касательного напряжения на поверхности внутреннего цилиндра при различных скоростях вращения 2. Недостатками известного способа являются сложность проведения измерений, что предопределяет невозможность его повсеместного использования на практике. Значение предельного динамического напряжения сдвига жидкости выявляется графическим (в результате построения реологической характристики) или расчетными путями. Для этого требуется производить замер величин касательных напряжений на поверхности измерительного цилиндра при нескольких (для серийно выпускаемого вискозиметра ВСН-3 при 300, 300, 400 и 600 аб/мин) значениях скорости вращения опорного цилиндра, что также усложняет процесс измерения предельного динамического напряжения сдвига. Целью изобретения является упрощение процесса измерения предельного динамического сдвига жидкостей. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения предельного ди намического напряжения сдвига жидкостей, при помощи соосно-цилиндрического ротационного прибора цилиндра замер величины касательного напряжения на поверхности внутреннего цилиндра, вращения наружного цилиндра производят при минимальной для обеспечения регистрации скорости, а величину касательного напряжения на поверхности внутреннего цилиндра измеряют после прекращения его вращения. В предлагаемом способе используют стандартный соосно-цилиндрический ротационный прибор, например серийно выпускаемый сне-2 обладающий, в отличие от вискозиметров, одной скоростью вращения опорного цилиндра равной 0,2 об/мин и весьма простым устройством. В начальный период вращения наружного цилиндра показание прибора меняется в довольно больщих пределах - от нуля до величины статического напряжения сдвига жидкости. Однако при дальнейщем вращении наружного цилиндра происходит разрушение структуры жидкости (срыв), что приводит к постоянству показания прибора. После этого вращение наружного цилиндра прекращают и по вновь установивщемуся показанию прибора определяют величину касательного напряжения на поверхности измерительного цилиндра, которая, как показывают проведенные исследования, соответствует предельному динамическому напряжению сдвига жидкости. Необходимо заметить, что с уменьщением скорости вращения наружного цилиндра уменьшается и инерционность, возникающая при обратном движении измерительного цилиндра сразу же после прекращения вращения вследствие этого вращение наружного цилиндра производят при минимальной для обеспечения регистрации скорости. Пример. Проводят измерение значений предельного динамического напряжения сдвига различных буровых растворов с использованием стандартного прибора СНС-2. Для сравнения параллельно проводят измерение значений предельного динамического напряжения сдвига этих же буровых растворов с использованием ротационного вискозиметра ВСН-3. Результаты измерений показаны в таблице. Как видно из таблицы, погрещность пред лагаемого способа измерения предельных динамического напряжения сдвига жидкостей, в данном случае, не превыщает 2% (допустимая погрещность - 6%), что представляет возможность его повсеметного применения на практике. Использование предлагаемого способа (экспресс-метода) измерения предельного динамического напряжения сдвига обеспечивает, по сравнению с существующими способами, значительное упрощение процесса измерения, так как при реализации способа могут быть использованы односкоростные ротационные приборы и количество операции способа резко сокращается. Это позволяет осуществлять в производственных условиях своевременный контроль предельного динамического напряжения сдвига жидкостей например, буровых растворов, что способствует повыщению эффективности проводимых работ и предотвращению возможности возникновения осложнений и аварий.

Таким образом, экономическая эффективность от применения предлагаемого способа, наряду с сокращением времени продолжительности процесса измерения предельного динамического напряжения сдвига жидкостей, в каждом конкретном случае составляет более двух тысяч рублей, при одновременном обеспечении предотвращения осложнений и аварий, например, в бурении исчисляемых .сотнями тысяч рублей. Указанное предопределяет возможность широкого и эффективного использования в производственных условиях предлагаемого способа измерения, предельного динамического напряжения сдвига жидкостей.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ СДВИГА ЖИДКОСТЕЙ при помощи соосно-цилиндрического ротационного прибора, включающий вращение наружного цилиндра и измерение величины касательного напряжения на поверхности внутреннего цилиндра, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения, вращение наружного цилиндра производят при минимальной для обеспечения регистрации скорости, а величину касательного напряжения на поверхности внутренего цилиндра измеряют после прекращения его вращения.

1,20 3,30 5,70 7,20 9,60

-1,6 +0,9 -0,7 +2,0 -1:1,8