Вискозиметра ротационного типа Fann модели 35-SA

Ротационный вискозиметр типа Fann Viscometer модели 35-SА предназначен для определения реологических свойств ньютоновских и ньютоновских жидкостей при атмосферном давлении и температуре до 90 ⁰С.

В основном используются три скорости: для измерения пластической вязкости h_пл. и предельного динамического напряжения сдвига t₀ наружный цилиндр вращается со скоростью 600 об/мин. и 300 об/мин.. Для измерения предельного статического напряжения сдвига используется минимальная скорость – 3 об/мин. (переключение скоростей указано на схеме, изображенной на верхней части прибора и при помощи тумблера, расположенного на нижней плите справа).

Принцип действия прибора основан на измерении сдвиговых напряжений в контролируемой жидкости, расположенной между вращающимся цилиндром и измерительным цилиндром, связанным с цилиндрической пружиной кручения.

Основной особенностью прибора типа Fann VG-35 является то, что указанные на шкале прямые отсчеты углов закручивания внутреннего цилиндра (балансира) при различных скоростях вращения наружного цилиндра легко преобразовать в реологические показатели, не используя для этого каких-либо коэффициентов и констант прибора.

Рабочий стакан внутри имеет линию уровня, до которой заливается испытуемый раствор (V=350 мл). В свою очередь линия, прочерченная на наружной стороне вращающегося цилиндра, указывает глубину погружения его в испытуемый раствор. Выше этой линии погружение вращающегося цилиндра запрещается.

Вращающийся цилиндр снимается путем плавного выкручивания вниз.

Переключение скоростей вращения наружного цилиндра осуществляется без отключения электродвигателя.

 

Порядок работы.

Рабочий стакан с залитым испытуемым раствором до обозначенной линии устанавливается в штатив и закрепляется винтом в таком отложении, чтобы уровень раствора в стакане совместителя с обозначенной линией на наружном вращающемся цилиндре.

Убедившись в правильности сборки, прибор включает в электросеть (через ЛАТР).

При измерении пластической вязкости и предельного динамического напряжения сдвига испытуемый раствор перемешивается при скорости вращения 600 об/мин. с целью разрушения структуры, а затем снимают устойчивые показания углов закручивания шкалы прибора при 600 и 300 об/мин. За устойчивые показания углов закручивания принимаются углы, величина которых при вращении наружного цилиндра в течение 3 минут не изменяется.

 

Измерение параметров.

При нулевом положении регулятора скоростей оборотов (красный шарик) рукоятку тумблера из нейтрального положения включает «на себя» и, получив скорость вращения наружного цилиндра в 600 об/мин., выдерживают ее до тех пор, пока угол закручивания лимба не стабилизируется. Показание шкалы снимается через «глазок» и фиксируется в журнале для дальнейших расчетов –П₆₀₀. Затем, не выключая электромотора, переключают тумблер «от себя» и продолжают вращение наружного цилиндра со скоростью 300 об/мин. до получения стабильно установившихся показаний на шкале. Их также записывают в журнал – П₃₀₀.

Искомые величины h_пл. и t₀ определяют по приведенным ниже формулам:

 

h_пл=П₆₀₀ –П₃₀₀ (в сантипуазах)

t₀= П₃₀₀-h_пл (в фунт/100 кв. футов); х 4,8=t₀ в дПа

 

Иногда, для сравнительной оценки реологических свойств жидкости, используется понятие «кажущаяся вязкость», величина которой в прямой зависимости от значения градиентов скорости сдвига, при которой производится измерение. Кажущаяся вязкость m, равна показанию прибора при скорости вращения 600 об/мин. деленному на 2:

 

h_эф.=П₆₀₀/2 (в сантипуазах, мПас)

 

Для измерения предельного статического напряжения сдвига, исследуемый раствор подвергается тщательному перемешиванию при скорости вращения 600 об/мин. (в течение 1 мин.). Затем, переключив скорость вращения на 3 об/мин. (путем поднятия красного шарика из нулевого положения на 3 см вверх), выключают электромотор, оставляют раствор в покое на нужное время (10 мин. и 10 с) тиксотропного упрочнения, после чего включают мотор и снимают показания шкалы в момент разрыва геля (максимальное значение, предшествующее разрушению структуры). Прочность геля (СНС) измеряется в фунт/100 кв. футов. Буровые растворы в диапазоне скоростей сдвигов, развиваемых в скважине являются псевдопластичными и подчиняются степенному реологическому закону (модель Оствальда-де Ваале):

t=Кgⁿ

где t - напряжение сдвига;

g - скорость сдвига;

К – показатель консистенции, характеризующий степень разжиженности материала. Чем выше «К», тем более вязкой является жидкость;

n – параметр, характеризующий отклонение физических свойств материала от поведения ньютоновской жидкости. Чем «n» меньше единицы (n<1), тем более псевдопластична жидкость.

Для оценки реологических свойств с помощью степенного закона, на основании реометрических показателей строится график t=f(g) и двойных логарифмических координатах.

Величина «n» на графике есть угол наклона фигуративной линии к оси напряжения, а «К» есть отрезок, отсекаемый этой линией на оси напряжений.

Конструкция вискозиметров, используемых в бурении такова, что позволяет делать расчеты «К» и «n» по простейшим формулам

 

и n=3,32 lg

где t₁ и t₂ показатели реометра (Фанн), причем t₂ взято при числе об/мин. в 2 раза больше, чем для t₁, N₁ – число оборотов;

t - показания шкалы реометра (Фанн), полученные при скорости сдвига g