Ротационный вискозиметр Советский патент 1982 года по МПК G01N11/14 

(54) РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР

1

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения физикомеханических свойств исследуемых жидкостей, в частности к устройствам для измерения реологических характеристик буровых растворов.

Известен ротационный вискозиметр, содержащий расположенный в корпусе наружный цилиндр, внутренний цилиндр, закрепленный на торсионе, который в свою очередь прикреплен к корпусу через механизм поворота 1 .

Недостатком данного вискозиметра является Низкая точность при измерении жидкостей с тиксотропной структурой.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения вязкости жидкости, которое содержит три коаксиально расположенных цилиндра, первый цилиндр связан с измерительной системой, второй цилиндр выполнен с радиальными отверстиями в верхней части и связан с электроприводом, а третий является пробоотборником. При вращении второго цилиндра в коаксиальном зазоре создается осевой поток и под действием центробежных сил

буровой раствор через радиальные отверстия выносится в пробоотборник, а из пробоотборника в коаксиальный зазор, т. е. начинается циркуляция, предотвращающая выпадение тяжелых дисперсных частиц (утяжелителя) испытуемого бурового раствора. Этим самым уменьщается погрешность измерения реологических характеристик бурового раствора 2.

Описанная выще циркуляция бурового 10 раствора приводит к неравномерному разрущению тиксотропной структуры в коаксиальном зазоре между цилиндрами и пробоотборником, что приводит к погрешностям определения реологических характеристик.

Цель изобретения - повышение точности измерения реологических характеристик исследуемого раствора за счет создания условий для равномерного разрушения тиксотропной структуры жидкости.

Указанная цель достигается тем, что в 20 ротационном вискозиметре, содержащем три коаксиально расположенные цилиндра, первый из которых связан с измерительной системой, второй выполнен с возможностью вращения и содержит радиальные отверстия в верхней части, причем второй цилиндр расположен между первым и третьим, коаксиальные зазоры цилиндров выбраны, исходя из соотношения ( - 1- ( V где T BI RH-внутренний и наружный радиусы второго цилиндра; г -наружный радиус первого цилиндра;Яд-внутренний радиус третьего цилиндра. Необходимость такого соотношения вытекает из следующих соображений. Степень разрушения тиксотропной структуры дисперсных систем в общем случае можно охарактеризовать затраченной энергией на деформирование. Затраченная энер/ия пропорциональна напряжению сдвига, скорости сдвига, времени деформирования. Следовательно для конкретной жидкости в процессе измерения на вискозиметре напряжение и время деформирования равны, а кинематической характеристикой процесса деформирования является скорость сдвига. Скорость сдвига для коаксиальных цилиндров можно выразить следующим образом для пары измерительных цилиндров 15 l-(fJ1 где п - скорость вращения наружного ци линдра,об/мин. Для пары вранцающийся цилиндр -про боотборник. Un/ Из условия идентичной скорости разру шения тиксотропной структуры УН УП вы текает конструктивное соотношение 1 - ( - 1 -f f. Чв Rn

На чертеже изображена принципиальнпя схема устройства.

Вискозиметр содержит два коаксиальных цилиндра, один из которых вращаю- 45 щийся, второй цилиндр 2 с радиальными отверстиями 3 в верхней части связан с элек тродвигателем 4, а другой неподвижный первый цилиндр 1 соединен с измерительной системой (компенсационной пружиной 5, щкалой 6). Оба цилиндра 1 и 2 с коаксиаль- ным зазором 7 помещены в третий цилиндр 8, служащий пробоотборником исследуемой жидкости.

Устройство работает следующим образом

Третий цилиндр 8 заполняют исследуе- 55 мой жидкостью. Включают электродвигатель

- 1 - (B;f,

f

где г -наружный радиаус первого цилиндра;RB и RH-внутренний и наружный радиусы

второго цилиндра;

Rn -внутренний радиус третьего цилиндра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 01 N 11/14, 1979 (прототип). 4, который передает вращение второму цилиндиру 2. В коаксиальном зазоре 7 создается вертикальный поток жидкости через радиальные отверстия 3, выполненные в верхней части вращающегося второго цилиндра 2, что предотвращает оседанию дисперсных частиц (утяжелителя). При этом свежие порции исследуемого раствора, поступающие из пробоотборника - третьего цилиндра 8 в коаксиальный зазор 7 между цилиндрами 1 и 2 имеют идентичную степень разрушения тиксотропной структуры исследуемого раствора. В коаксиальном зазоре 7 жидкость деформируется, создавая крутящий момент на неподвижном цилиндре 1, который закручивает компенсационную пружину 5 на определенный угол, фиксируемый щкалой 6. Зная угол поворота шкалы 6 при нескольких скоростях вращения второго цилиндра 2 но известным зависимостям рассчитывают реологические показатели исследуемой жидкости. Применение предлагаемого ротационного вискозиметра с заданным соотнощением зазора позволит уменьшить погрешность измерения реологических параметров буровых растворов, что способствует увеличению механической скорости бурения и снижению аварийных ситуаций. Формула изобретения Ротационный вискозиметр, содержащий три коаксиально расположенных цилиндра, первый из которых связан с измерительной системой, второй выполнен с возможностью вращения и содержит радиальные отверстия в верхней части, причем второй цилиндр расположен между первым и третьим, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений жидкостей с тик сотропной структурой, коаксиальные зазоры цилиндров выбраны, исходя из соотношения