1.2.2. Определение реологических показателей прибором всн-3

К основным характеристикам буровых растворов относятся реологические параметры: предельное статическое и динамическое напряжение сдвига, эффективная и пластическая вязкости.

Статическое напряжение сдвига (СНС), [Па, дПа]  показатель, характеризующий прочность тиксотропной структуры, возникающей в покоящемся растворе, а также интенсивность упрочнения ее во времени. СНС характеризует удерживающую способность бурового раствора при отсутствии циркуляции. Измеряют СНС (в РФ) через1 и 10 мин покоя, по системе API через 10 с и 10 мин. Статическое напряжение сдвига зависит от отсутствия коллоидных глин и от загрязнения неорганическими солями.

Пластическая вязкость (_пл) , [мПас]  это условная величина, характеризующая вязкостное сопротивление течению бурового раствора; не зависит от касательных напряжений (давления прокачивания), а только от вязкости дисперсионной среды и суммарного объема твердой фазы.

Динамическое напряжение сдвига (₀) , [Па, дПа]  это условная величина, характеризующая прочность структурной сетки, которую необходимо разрушить для обеспечения течения бурового раствора. ₀ зависит от присутствия коллоидных глин и от загрязнения неорганическими солями.

Для измерения реологических характеристик при температуре окружающей среды используют ротационный вискозиметр ВСН - 3, устройство которого приведено на рисунке 4.

Принцип работы ротационного вискозиметра основан на измерении сдвиговых напряжений в контролируемой среде, расположенной между коаксиальными цилиндрами (один неподвижен, другой вращается). Мерой сдвиговых напряжений является крутящий момент на подвесном цилиндре (внутреннем) при вращении внешнего цилиндра с постоянной угловой скоростью.

ВСН - 3 оборудован двумя микродвигателями, один из которых предназначен для вращения наружного цилиндра с частотой 0,2 об/мин при измерениях прочности геля, а другой  для частот вращения 200, 300, 400 и 600 об/мин. Диапазоны измерений:  = 0 ÷ 90 Па и _пл = 1 ÷ 400 мПас.

Рис.4  Прибор ВСН-3: 1 - нижнее плато, 2 - кожух, 3 - измерительный цилиндр, 4, 9, 18, 19, 23, 24, 26, 29 - шестерни, 5 - опора, 6 - гильза, 7 - подшипники, 8 - ось, 10 - верхнее плато, 11, 16 - втулки, 12 - подпятник опоры, 13 - кронштейн, 14 - винт, 15 - измерительная пружина, 17, 27 - муфты обгона, 20, 31 - крышки, 21 - электродвигатель, 22 - основание, 25 - вал, 28 - блок шестерни, 30 - двухскоростной двигатель, 32 - основание.

Подготовка прибора и порядок работы

1. Убедитесь, что выключатель на приборе установлен в положении "откл.".

2. Включите прибор в сеть напряжением 220 В и прогрейте в течение 15 мин.

3. Установите частоту вращения цилиндра n = 600 об/мин с помощью переключателя.

4. Залейте исследуемый раствор в стакан до риски и установите его на подъемный столик.

5. Поднимите столик до упора и зафиксируйте его в верхнем положении поворотом налево.

6. Включите электродвигатель прибора поворотом выключателя в положение "вкл.", зафиксируйте время секундомером и перемешайте раствор в течение 1 минуты.

7. Наблюдайте за положением шкалы прибора, и когда она займет стабильное положение, снимите показание угла поворота внутреннего цилиндра ₆₀₀ в градусах, соответствующее частоте вращения наружного цилиндра.

8. Не выключая электродвигатель прибора, установите частоту вращения цилиндра n = 300 об/мин.

9. Снимите показания угла поворота, когда шкала займет стабильное положение.

10. Вычислите величины пластической вязкости и динамического напряжения по формулам и занесите полученные данные в таблицу 3:

 = 0,5 (₆₀₀ - ₃₀₀)

₀ = 1,5 (₃₀₀ - 2)

11. Для определения статического напряжения сдвига (СНС) после определения угла закручивания пружины при скорости вращения 300 об/мин, скорость вращения устанавливают на 600 об/мин и перемешивают раствор в течение 1 минуты, необходимой для разрушения структуры.

12. Затем устанавливают выключатель в положение "откл.", а частоту вращения устанавливают на 0,2 об/мин.

13. Раствор оставляют в состоянии покоя на 1 минуту, по истечении которой прибор включают и фиксируют максимальный угол закручивания _1.

14. Аналогичный замер (₁₀) делают после 10 минут покоя, предварительно повторив перемешивание раствора в течение 1 мин. при 600 об/мин.

15. Выключите электродвигатель и опустите подъемный столик.

16. Вылейте раствор, вымойте стакан, рабочие цилиндры и протрите их насухо.

17. Рассчитайте СНС по формуле и занесите полученные данные в таблицу 3:

СНС_1;10 = К_1;10,

где К  величина статического напряжения сдвига, соответствующая углу закручивания пружины на 1^о (указана в паспорте прибора). Для данного прибора с пружиной № 1 К = 1,7 дПа.

Таблица 3

Частота вращения, об/мин	Угол закручивания , градус	Пластическая вязкость пл, мПас	Динамическое напряжение сдвига 0, дПа	Статическое напряжение сдвига СНС1/10, дПа
600
300
0,2	1мин 10мин			1мин 10мин

Недостатком этого вискозиметра является невозможность оценить реологические параметры бурового раствора в затрубном пространстве скважины, где скорости сдвига в среднем соответствуют частотам вращения 100 об/мин и ниже.

В связи с этим наиболее распространены в бурении многоскоростные ротационные вискозиметры фирм FANN и OFITE, которые позволяют точно определить реологическую модель бурового раствора и рассчитать реологические параметры, характеризующие данную модель.