3.3. Определение статического напряжения сдвига при нормальной температуре

Статическое напряжение сдвига (СНС) q , Па - величина, определяемая минимальным касательным напряжением сдвига, при котором начинается разрушение структуры в покоящемся буровом растворе. СНС характеризует прочность тиксотропной структуры и интенсивность упрочнения во времени.

Для измерения СНС могут быть использованы:

• прибор СНС-3 (рис. 3);

• ротационный вискозиметр ВСН-3 (рис. 4).

Прибор снс-2

1 - плита-основание; 2 - внешний цилиндр; 3 - кронштейн; 4 - диск со шкалой; 5 -трубка; 6 - упругая нить; 7 - подвеска; 8 - стойка; 9 - подвесной цилиндр; 10 - вращающийся столик; 11 - установочный винт; 12 - электродвигатель

Рис. 3

Принцип работы этих приборов основан на измерении сдвиговых напряжений в контролируемой среде, расположенной между соосными цилиндрами. Мерой сдвиговых напряжений является угол поворота подвесного цилиндра вокруг своей оси.

3.3.1. Прибор снс-2

Основные характеристики:

пределы измерений, Па (мГ/см²):

при диаметре нити 0,3 мм                                                                         0-4 (0-40);

при диаметре нити 0,4 мм                                                                         0-10 (0-100);

при диаметре нити 0,5 мм                                                                         0-20 (0-200);

основная приведенная погрешность измерения, %                                ±3;

допускаемая продолжительность измерения, с                                      60;

частота вращения внешнего цилиндра, мин^-1 (об/мин)                         0,2 (0,2);

питание электродвигателя от сети переменного тока напряжением, В     220.

Порядок работы:

поместить подвесной цилиндр 9 во внешний цилиндр 2 и подвесить нить 6 на пробку;

тщательно перемешать пробу бурового раствора;

залить раствор меркой, прилагаемой к прибору, в установленный на вращающемся столике 10 внешний цилиндр, подвесной цилиндр при этом должен быть погружен в раствор точно до верхнего края;

быстро установить «0» шкалы 4 против риски указателя и пустить секундомер;

через 1 мин остановить секундомер и включить электродвигатель прибора 12;

после остановки подвесного цилиндра произвести отсчет угла закручивания нити;

установить шкалу в нулевое положение, оставить раствор в состоянии покоя на 10 мин, затем снова включить прибор и замерить максимальный угол закручивания нити.

Статическое напряжение рассчитывается по формуле:

q _1,10 = А × j _1,10 ,                                                         (5)

где q _1,10 - статическое напряжение сдвига через 1 мин и через 10 мин, Па (мГ/см²);

А - коэффициент прибора, на котором проводятся измерения (дается в паспорте прибора);

j _1,10 - угол закручивания, измеренный после 1 мин и 10 мин покоя, град.

3.3.2. Ротационный вискозиметр ВСН-3

Основные характеристики:

диапазон измерения статического напряжения сдвига, Па (мГ/см²):

для пружины № 1                                                                       от 0 до 45 (от 0 до 450);

для пружины № 2                                                                       от 0 до 90 (от 0 до 900);

основная приведенная погрешность измерения, %                4;

погрешность отсчета угла поворота измерительного

элемента, град                                                                            ± 0,5;

пределы термостатирования, °С                                               от 20 до 60;

напряжение питания, В                                                             220.

Порядок работы:

перед измерением чистый сухой стакан 2 заполнить буровым раствором и поставить на столик 1;

включить тумблер «сеть»;

перемешать исследуемый раствор при частоте вращения 600 мин^-1 в течение 1 мин;

выключить тумблер «сеть»;

установить ручку переключателя оборотов в положение «0,2»;

раствор оставить в покое на необходимое время, (1 мин, 10 мин);

включить тумблер «сеть»;

отсчитать по шкале 6 показания угла поворота измерительного элемента в момент его максимального значения, предшествующего разрушению структуры.