Устройство для измерения реологических параметров вязкопластичных жидкостей Советский патент 1985 года по МПК G01N11/08 

1

Изобретение относится к устройствам для измерения реологических параметров вязкопластичных жидкостей, в частности буровых растворов, и может найти применение в системах контроля и регулирования реологических параметров этих сред

Цель изобретения - повьппение чувствительности и точности измерения реологических параметров вязкопластичных жидкостей.

На чертеже представлена схема устройства для измерения реологических параметров вязкопластичных

жидкостей, t

Устройство содержит задатчик 1 постоянного расхода жидкости, три последовательно соединенные систем кольцевых капилляров, ограниченные камерами 2 - 5. Каждая из систем капилляров содержит по два одинаковых коротких капилляра 6 и 7 в первой, 8 и 9 во второй и 10 и 11 - в третьей системах капилляров и по два одинаковых длинных капилляра 12 и 13 в первой, 14 и 15 во второй, 16 и 17 в третьей системах капилляров. Капилляры 6 и 12, 1-3 и 7 в первой системе капилляров соединены межкапиллярными камерами 18 и 19, к которым подключен дифманометр 20. Во второй системе капилляры 8 и 14, 9 и 15 соединены межкапиллярными камерами 21 и 22, к которым подключен дифманометр 23. Капилляры 10 и 16, 11 и 17в третьей системе капилляров соединены межкапиллярными камерами 24 и 25, к которым подключен дифманометр 26. Выходы дифманометров 20 и 23 соединены с измерителем 27 разности сигналов, кроме того, выходы дифманометров 23 и 26 подключены к измерителю 28 разности сигналов. Измерители 27 и 28 разности сигналов связаны по выходу с вторичными приборами 29 и 30.

Отношение гидравлических радиусов кольцевых капилляров первой и второй систем равно отношению разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем, а отношение разностей длин длинного и короткого капилляров второй и. третьей систем капилляров равно произрадению квадрата отношения гид38702

равлических радиусов капилляров на отношение площадей поперечного сечения капилляров второй и третьей систем капилляров.

5 Устройство работает следующим образом.

Задатчиком 1 постоянного расхода жидкость прокачивается через три последовательно соединенные системы капилляров. Перепады давлений, возникающие в межкапиллярных камерах, измеряются дифманометрами 20, 23 и-26. Измеритель 27 разности сигналов формирует сигнал, пропорциональный разности перепадов давлений между первой и второй системами капилляров, а измеритель 28 разности сигналов - сигнал пропорциональный разности перепадор

20 .давлений между второй и третьей системами капилляров. Полученные разности перепадов давлений регистрируются вторичным прибором 29, проградуированньм в единицах пластической вязкости, и вторичным прибором 30, проградуированным в единицах предельного напряжения сдвига;.

Перепад давлений в межкапиллярных камерах каждой из систем

Q кольцевых капилляров равен

.р. (-323- ц. 2i6.)( . - р ) Т- г2 2г. Э1 к. 1 1

где ,2,3 - номер системы коль5цевых капилляров;

2,бд- пластическая вязкость и предельное напряжение сдвига;

q - расход среды в капил0лярах;

F, г - площадь поперечного

сечения и гидравлический радиус кольцевого капилляра; Р„ , , - длина длинного и ко0

роткого капилляров соответственно. Конструктивные характеристики кольцевых капилляров первой и второй систем капилляров связаны соотношением

Е1.

г 3z 2

и тогда разность перепадов давлений формируемая измерителем 27 разности сигналов 27, равна

ЛР; - ЛР, 1,

где

f3i- FT, ч

1, - ЧлГ К ч

к г2 F г2 I « f, } t г

Соотношение конструктивных характеристик кольцевых капилляров второй и третьей систем капилляров равно

Ftri egj- ь 3 При вьтолнении последнего соотношения разность перепадов давлений, формируемая измерителем 28 ра ности сигналов, равна

ЛР, -

m L

Р

где

и 3(.-Jii - ,

2 г, Гг

Таким образом, при стабилизированном расходе среды коэффициенты k и m определяются лишь конструктивными характеристиками кольцевых капилляров устройства, и выходной сигнал измерителя 27 разности сигналов пропорционален пластической вязкости, а выходной сигнал измерителя 28 разности сигналов пропорционален предельному напряжению

сдвига прокачиваемой среды.

Применение кольцевых капилляров

c предлагаемыми конструктивными размерами и отношениями обеспечивает повышение чувствительности и точности измерения как п , так и ь . Если гидравлические радиусы капилляров первой, второй и третьей систем капилляров известного устрой ства соответственно равны 1,25; 1,125 и 1 мм и расход среды в них равен , а в предлагаемом устройстве гидравлические радиусы кольцевых капилляров равны 0,60075; 0,4725 и 0,36225 мм, внутренний диа

метр внешней трубки кольцевых капилляров 9 мм и расход среды в

1838704

них 610 м /с, то среднеобъемные скорости течения жидкости в соответствуюпр1Х капиллярах этизс устройств будут равны. В диапазонах изменения пластической вязкости 0,010,02 Пас и предельного напряжения сдвига О - 20 Па при указанных конструктивных размерах капилляров и разности длин длинного и коротко0 го капилляров 0;15 м в известном устройстве в первой системе капилляров перепад составляет 2908 Па, а между второй и третьей 953 Па, в предлагаемом устройстве соответственные перепады равны 28723 и 2967 Па. Таким образом, по сравнению с известным устройством чувствительность измерения пластической вязкости предлагае№ м устройством возрастает в 9,9 раза, а предельного напряжения сдвига в 3,1 раза.

Повышение чувствительности и диапазона изменения выходных сигналов

25 обеспечивает возможность измерения контролируемых параметров в более узких диапазонах изменения, и следовательно, позволяет повысить точность их измерения.

30 Применение устройства в процессе бурения позволяет непрерывно и одновременно контролировать пластическую вязкость и предельное напряжение сдвига буровых растворов,

35 а также создать систему автоматического регулирования указанными параметрами, что,обеспечивает увеличение механической скорости бурения. Кроме того, регулирование параметров на основе информации о те. кущих значениях и С в системе подготовки бурового раствора позволит снизить затраты на их приготовление и химическую обработку. Указанный положительный эффект от внедрения устройства позволит повысить технико-экономические показатели бурения. .

УСТРОЙСТВО ДОЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ, содержащее три последовательно соединенные системы капилляров, каждая из которых состоит из одинаковых пар последовательно соединенных капилляров разной дпины и одинакового гидравлического радиуса с противоположным расположением длинного и короткого капилляров в каждой паре, причем отношение разностей длин длинного и короткого капилляров в первой и второй системах капилляров равно отношению гидравлических радиусов этих систем, три дифманометра, входы которых Подключены к межкапиллярным камерам каждой из систем капилляров, а выходы соединены с двумя измерителями разности сигналов, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения чувствительности и точности измерения, капилляры выполнены кольцевыми, причем отношение раз(Л ностей длин длинного и короткого капилляров во второй и третьей системах капилляров равно произведению квадрата отношения гидравлических радиусов капилляров на отношение площадей поперечного се- . чения капилляров второй и третьей систем капилляров. эо 00 СХ) о

© ©