Определение реологических свойств буровых

Растворов

 

 

 

Рисунок 1 - Ротационный вискозиметр ВСН – 3

 

Пластическая вязкость, мПа с

Динамическое напряжение сдвига, дПа

Коэффициент пластичности, с ^–1

Показатель неньютоновского показателя

Показатель консистенции, мПа с

Эффективная вязкость(100), мПа с

Эффективная вязкость (10000), мПа с

Коэффициент сдвигового разжижения

 

 

 

Рисунок 2 - Вискозиметр OFITE модель 800

 

 

	Пластическая вязкость (PV), сП PV = показания при 600 об/мин - показания при 300 об/мин Предел текучести (YP), фунт/100 фут2 YP = показания при 300 об/мин – кажущаяся вязкость (PV) Кажущаяся вязкость (AV), сП AV = показания при 600 об/мин / 2

 

 

Практическое занятие N 2

Определение реологических свойств буровых

растворов с помощью ротационного вискозиметра ВСН – 3

 

Группа 1.

 

Частота вращения гильзы n (об/мин)	Значение углов поворотов шкалы ВСН – 3 град.

 

Константа пружины ВСН – 3 «К» = 0,167 Па/град;

Внутренний диаметр гильзы D = 44,0 мм;

Диаметр измерительного элемента d = 39,62 мм.

 

ПВ = __________ мПа с

ДНС = __________ дПа

КП = _________ с ^–1

ПНП = __________

ПК = _________ мПа с

ЭВ(100) = ________ мПа с

ЭВ(10000) = __________ мПа с

КСР = _________

 

 

Группа 2.

 

Частота вращения гильзы n (об/мин)	Значение углов поворотов шкалы ВСН – 3 град.

 

Константа пружины ВСН – 3 «К» = 0,17 Па/град;

Внутренний диаметр гильзы D = 44,0 мм;

Диаметр измерительного элемента d = 39,62 мм.

 

 

ПВ = __________ мПа с

ДНС = __________ дПа

КП = _________ с ^–1

ПНП = __________

ПК = _________ мПа с

ЭВ(100) = ________ мПа с

ЭВ(10000) = __________ мПа с

КСР = _________

 

Пример:

 

Частота вращения гильзы n (об/мин)	Значение углов поворотов шкалы ВСН – 3 град.
	31,5
			20,5

 

Константа пружины ВСН – 3 «К» = 0,17 Па/град;

Внутренний диаметр гильзы D = 44,0 мм;

Диаметр измерительного элемента d = 39,62 мм.

 

Порядок расчета:

1. Средние значения углов поворота шкалы ВСН – 3

j₆₀₀ = (31,5+32,0+31,0)/3 = 31,5град;

j₄₀₀ = (24,0 + 24,0)/ 2 = 24,0 град;

j₃₀₀ = (20,0 + 21,0+ 20,5) / 3 = 20,5 град;

j₂₀₀ = (15,0+15,0)/ 2 = 15,0 град.

2. Касательные напряжения сдвига t=K · j

t₆₀₀ = 0,17 · 31,5 = 5,355 Па;

t₄₀₀ = 0,17 · 24,0 = 4,080 Па;

t₃₀₀ = 0,17 · 20,5 = 3,485 Па;

t₂₀₀ = 0,17 · 15,0 = 2,550 Па.

3. Скорости сдвига g = П ·n / 15 [ 1 – (d/D)²]

g ₆₀₀ = 3,14 · 600/ {15 [1-(39,62/ 44,0)²]} = 664,249 c^-1

g ₄₀₀ = 3,14 · 400/ {15 [1-(39,62/ 44,0)²]} = 442,833 c^-1

g ₃₀₀ = 3,14 · 300/ {15 [1-(39,62/ 44,0)²]} = 332,125 c^-1

g ₂₀₀ = 3,14 · 200/ {15 [1-(39,62/ 44,0)²]} = 221,416 c^-1

4. Пластическая вязкость

ПВ = (åtg-(1/m)åtåg)·1000 / [å(g)²-(1/m)(åg)²];

åtg = 5,355 · 664,249+4,080 · 442,833 + 3,485· 332,125 +

+2,550 · 221,416 = 7085,878;

åt = 5,355 +4,080 + 3,485 + 2,550 = 15,470;

åg = 664,249+ 442,833 + 332,125 + 221,416= 1660,623;

å(g)² = (664,249)² + (442,833)² + (332,125)² + (221,416)²= 796659,870.

ПВ =(7085,878- ¼ ·15,470 · 1660,623)·1000 / [796659,870 –

- ¼ · (1660,623)² ] = 6,186 мПа с

5. Динамическое напряжение сдвига

ДНС = 10 · [ 1/m (åt-0,001·PB·åg)]

ДНС = 10 · [ 1/4 (15,470-0,001·6,186·1660,623)] = 12,993 дПа.

6. Коэффициент пластичности

КП = 100 · ДНС/ ПВ

КП = 100 · 12,993/ 6,186 = 210, 039 с^-1

7. Показатель неньютоновского поведения

ПНП = [å (ln t · ln g) - (1/m)å ln t ·å ln g)]/[å(ln g)²-(1/m)(ålng)²];

 

å ln t · ln g = 1,678 · 6,499 + 1,406· 6,093 + 1,248 · 5,806 +

+ 0,936 · 5,400 = 31,772;

å ln t = ln 5,335 + ln 4,080 + ln 3,485 + ln 2,250 =

1,678 + 1,406 + 1,248 + 0,936 = 5,268;

å ln g = ln 664,249 + ln 442,833 + ln 332,125 + ln 221,416 =

= 6,499+ 6,093 + 5,806 + 5,400 = 23,798;

å (ln g)² =(6,499)² + (6,093)² + (5,806)² + (5,400)² = 142, 231.

 

ПНП = [31,772 - (1/4) 5,268 · 23,798] / [142,231-1/4(23,798)²]= 0,667.

 

 

8. Показатель консистенции

ПК = 1000 { exp [1/m (åln t - ПНП · åln g)]} = 1000 · e^z

 

ПК = 1000 { exp [1/4 (5,268 - 0,667 · 23,798)]} = 1000 · e^-2,651 =

= 70,558 мПа с.

 

9. Эффективная вязкость при скорости сдвига равной 100 с^-1 (в кольцевом пространстве скважины)

 

ЭВ (100) = ПК (100) ^ПНП-1

 

ЭВ (100) = 70,558 (100) ^0,667-1 = 15,225 мПа с

 

10. Эффективная вязкость при полностью разрушенной структуре (в на садках долота)

 

ЭВ (10000) = ПК (10000) ^ПНП-1

ЭВ (10000) = 70,558 (10000) ^0,667-1 = 3,285 мПа с.

11. Коэффициент сдвигового разжижения

КСР = lg ЭВ₂₀₀ - lg ЭВ₆₀₀ / lg g₆₀₀ - lgg_200,

 

где ЭВ₂₀₀; ЭВ₆₀₀ – эффективная вязкость при скоростях сдвига в кольцевом зазоре ВСН – 3, соответствующих частотам вращения гильзы равным 200 и 600 об/ мин.

ЭВ ₂₀₀ = ПК(g₂₀₀) ^ПНП-1

ЭВ₆₀₀ = ПК (g₆₀₀) ^ПНП-1

 

ЭВ₂₀₀ = 70,558 (221,416)^0,667-1 = 11,684 мПа с

ЭВ₆₀₀ = 70,558(664,249) ^0,667-1 = 8,104 мПа с

 

КСР = lg 11,684 - lg 8,104 / lg 664,249 - lg221,416 =

= 1,068 – 0,909/ 2,822 – 2,345= 0,333.

 

Результаты расчета: ПВ = 6,186 мПа с

ДНС = 12,993 дПа

КП = 210,039 с ^–1

ПНП = 0,667

ПК = 70,558 мПа с

ЭВ(100) = 15,225 мПа с

ЭВ(10000) = 3,285 мПа с

КСР = 0,333

 

Знакомство с программой “REOL”