12.5. Измерение статического напряжения сдвига

Статическое напряжение сдвига (СНС) обозначается символом Ө и измеряется в Па. Это условная характеристика прочности тиксотропной структуры, возникающей в буровом растворе после нахождения в покое в течение одной (CHC_i) и десяти (СНС₁₀) минут. Первая величина характеризует удерживающую способность бурового раствора.

В связи с тиксотропностью буровых растворов прочность структуры при длительном нахождении в покое может достигнуть таких значений, при которых в момент восстановления циркуляции сопротивление структуры обусловит очень большое увеличение давления бурового раствора, которое вызывает гидроразрыв пласта. Поэтому кроме величины CHС₁ измеряют и СНС₁₀, при этом тиксотропность характеризуют частным от деления СНС₁₀ на величину CHС₁. Это соотношение должно быть не более 1,5.

Прибор СНС-2 (рис.12.4) состоит из измерительной части и привода, смонтированных на прямоугольной плите 3. Измерительная часть имеет внешний цилиндр 5, установленный на вращающемся столике 4, и внутренний цилиндр 7, подвешенный на стойке с помощью упругой нити 11, которая защищена металлической трубкой 10. На стойке укреплен кронштейн 8 с риской указателя. В зависимости от толщины нити имеют номера от 1 до 6. Однако используют в основном нити № 5 и 6. В верхней части трубки установлен градуированный на 360° лимб (круглый диск) 9 со шкалой, с ценой делений, равной Г. Лимб жестко связан с внутренним (подвесным) цилиндром 7 с помощью трубки 10.

Привод внешнего цилиндра осуществляется от электродвигателя 6 через редуктор и гибкую передачу, частота вращения цилиндра 0,2 об/мин. В дне подвесного цилиндра имеется воздушная подушка, благодаря которой цилиндр соприкасается с буровым раствором только боковой поверхностью. Перед измерением поворотом установочных винтов 2 прибору придают строго горизонтальное положение. Вращением подвески 12 нуль лимба устанавливается против риски указателя. Подготовленный прибор включают электрическую сеть.

Рис. 12.4. Прибор СНС-2

После перемешивания порцию бурового раствора наливают во внешний цилиндр. Затем погружают в буровой раствор подвесной цилиндр, закрепляют в кронштейне и вращают рукой влево и вправо по три раза на угол 40—

40° для разрушения структуры. Затем устанавливают нулевое деление шкалы против указателя так, чтобы подвесной цилиндр при этом находился в центре наружного цилиндра. В момент установки шкалы на нулевое деление включают секундомер. Через 1 мин включают электродвигатель прибора. Под воздействием сил сцепления между буровым раствором и подвесным цилиндром последний начинает медленно вращаться, закручивая упругую нить. Этот процесс прослеживается по смещению шкалы лимба.

Предельный угол поворота шкалы фиксируется в момент, когда движение шкалы относительно указателя прекращается и начинается обратный поворот шкалы. После этого электродвигатель выключают и снова размешивают буровой раствор, вращая рукой подвесной цилиндр влево и вправо по три раза на угол 40 —40°. Стрелка секундомера к этому моменту должна быть возвращена в исходное положение. После установки шкалы на нулевое положение включают секундомер на 10 мин и измеряют СНС₁₀ так же, как и СНС₁ . По окончании измерений выливают буровой раствор, снимают подвесную систему, промывают водой цилиндр и стакан до полного удаления остатков бурового раствора и вытирают досуха.

Величины СНС₁ и СНС10 вычисляют по формулам

Ө₁= А φ₁ и Ө₁₀ = А φ₁₀,

где А — коэффициент упругой нити, Па/град.

Этот коэффициент показывает значение СНС при повороте подвесной системы на угол, равный 1°, и зависит от свойств материала упругой нити и ее диаметра.

Проверка прибора сводится к калибровке (определение А) упругой нити в соответствии с инструкцией, приложенной к прибору. В паспорте прибора указаны значения А для каждой упругой нити, входящей в комплект.