Лабораторна робота №4 дослідження реологічних показників промивної рідини

1. Об’єкт дослідження: промивна рідина.

2. Предмет дослідження: реологічні показники промивальної рідини.

2.1. Ефективна в’язкість.

2.2. Пластична в’язкість.

2.3. Динамічна напруга зсуву.

3. Гіпотези: в’язкість та динамічна напруга зсуву залежать від температури і структури промивної рідини.

4. Завдання дослідження

4.1. Визначити реологічні показники промивальної рідини.

4.2. Дослідити будову і принцип роботи ротаційного віскозиметра ВСН-3.

5. Прилади та матеріали

5.1. Ротаційний віскозиметр ВСН-3.

5.2. Прилад СНС-2.

Ротаційний віскозиметр ВСН-3. Прилад СНС-2.

6. Основні теоретичні відомості

ВСН-3 необхідний: для визначення реологічних характеристик (статичного напруження зсуву) не ньютонівських рідин: бурових розчинів; лакофарбових матеріалів; нафтопродуктів тощо; для змінення динамічної в’язкості ньютонівських рідин.

В’язкість – кількісна характеристика сил міжмолекулярної взаємодії при русі рідини. В’язкість змінюється при зміні структури рідини.

В’язкість усіх рідин залежить від температури, причому при збільшенні температури вона зменшується (рідина розширюється, збільшуються відстані між молекулами і слабшає взаємодія між ними, тобто в’язкість).

СНС-2

Необхідний для визначення статичного граничного зсуву глинистих розчинів, використовуваних при бурінні нафтових та газових свердловин.

Принцип дії: В стакан заливається досліджуваний розчин. При обертанні стакану розчин захоплює за собою вимірювальний циліндр і всю підвісну систему до тих пір, поки момент закручування нитки не стане рівним крутному моменту, що розвивається статичною напругою зсуву розчина на циліндр. Статичне граничне напруження визначається за максимальним кутом закручування нитки.

В’язкість при будь-якій температурі визначається за формулою

(4.1)

,

де н_t1, н_t2 – коефіцієнти в’язкості при температурах t₁, t₂ і 20 °С відповідно. Кінематичний коефіцієнт в’язкості н у довідковій літературі звичайно приводиться в стоксах (Ст (стокс) = см²/с = 10^-4 м²/с);

 – коефіцієнт надстисливості рідини.

В’язкість при визначеній швидкості руху називається ефективною в’язкістю.

Залежно від того як змінюється в’язкість рідини від швидкості, рідини поділяють на ньютонівські та неньютонівські.

Ньютонівскі рідини – це ті, для яких в’язкість є величина постійна в усьому діапазоні швидкості руху (рис. 2, лінія 1). Це рідини з простою внутрішньою структурою (вода, гас, бензин та ін.). Для таких рідин зміна швидкості руху не приводить до зміни структури, тобто в’язкості.

Неньютонівські рідини – це рідини зі змінною в’язкістю, що залежить від швидкості руху.

Лабораторними й промисловими дослідженнями встановлено, що закон Дарсі може порушуватися, крім верхньої межі, також у нижній межі за малих градієнтів тиску. Порушення в нижній межі зумовлюються двома причинами, а саме внаслідок неньютонівського характеру рідини і виникнення так званих нелінійних ефектів.

Неньютонівські рідини (аномальні рідини) – рідини, що не підлягають закону в’язкого тертя Ньютона:

, (4.2)

де  – дотична напруга зсуву;  – коефіцієнт динамічної в’язкості;

– градієнт швидкості зсуву – зміна швидкості руху в напрямі перпендикулярному до течії.

До неньютонівських рідин належать рідини органічного походження, а також суміші ньютонівских рідин і твердих частинок. Вони мають складну внутрішню структуру. В таких рідин по міру зростання швидкості змінюється сама структура, а отже, міра взаємодії молекул при зсувній деформації, тобто в’язкість.

Неньютонівські рідини групуються за трьома основними категоріями:

1) стаціонарно-реологічні – в’язкі рідини, для яких швидкість зсуву залежить тільки від прикладених напружень (не змінюються в часі);

2) нестаціонарно-реологічні (тиксотропні) – зв’язок між  і залежить від часу дії напруги;

3) в’язкопружні рідини – проявляють в’язкі й пружні властивості при зсуві.