Строительство скважин - Методика расчета значений показателей реологических свойств буровых растворов

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РЕОЛОГИЧЕСКИХ  СВОЙСТВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗМЕРЕНИЙ НА ВСН-3

 

 

     Рассчитать средние значения углов поворота шкалы  ВСН-3 для каждой из использованных в процессе  реометрических  измерений частот вращения гильзы

 

                                 n

                        φi = (Σ  φj )/ n, град,                                                  ( 3.1 )

 

                                 1

 

 

 

где   φj - измеренные  углы поворота  шкалы ВСН-3  при i-й частоте вращения гильзы, град; n- количество повторных измерений, проведенных при i-й частоте вращения гильзы.

 

Рассчитать значения касательных напряжений  сдвига при всех использованных в процессе измерений частотах вращения гильзы

 

 

                       τi =  К * φi, Па,                                                             ( 3.2 )

 

 

где  К - константа пружины  ВСН-3, использованной в процессе измерений, Па/град.

 

Значения констант К для пружин N1 и N2, входящих в комплект прибора ВСН-3, приводятся в руководстве по его эксплуатации.

 

При использовании нестандартных пружин значения констант К устанавливаются  путем  тарировки, осуществляемой  в соответствии с руководством по эксплуатации ВСН-3.

 

Поверка значений  констант К стандартных и нестандартных  пружин должна проводиться периодически, но не реже 1 раза в квартал.

 

Рассчитать  значения  скоростей  сдвига в кольцевом  зазоре ВСН-3 при всех частотах вращения гильзы.

 

                      π*wi                                        wi

 

     Υi   = --------------------- = 0.2094395 ------------ , с-1,                           (3.3)

 

                15*[ 1 - (d/D)2 ]                         1 - (d/D)2

 

 

где  wi- i-я частота вращения гильзы,об/мин; d - диаметр измерительного элемента, мм; D - внутренний диаметр гильзы, мм.

 

Диаметр  измерительного элемента и внутренний диаметр гильзы определяются по данным технической характеристики ВСН-3 или путем непосредственного измерения.

 

  Рассчитать величину пластической вязкости

 

 

                      (Στi*γi- Στi* Σγi/m)*1000

 

         ПВ = ------------------------------------- , мПа*с,                                   (3.4)

 

                                Σγi2  - (Σγi )2/m*

 

 

где  m - число  использованных  в процессе  реометрических  измерений частот вращения гильзы; Στi, Σγi- сумма значений  соответственно касательных  напряжений и скоростей  сдвига по всем  использованным в процессе измерений частотам вращения гильзы; Στi**γi - сумма произведений  касательных напряжений на скорость  сдвига по всем использованным  в  процессе измерений  частотам вращения гильзы; Σγi2 , (Σγi)2 - соответственно сумма квадратов и квадрат  суммы  скоростей  сдвига по всем использованным в процессе измерений  частотам вращения гильзы.

 

Рассчитать величину динамического напряжения сдвига

 

 

             ДНС = 10*[( Στi - 0.001*ПВ* Σγi)/m], дПа.                              (3.5)

 

 

Рассчитать значение коэффициента пластичности

 

 

                        КП = 100*ДНС/ПВ, 1/с.                                                (3.6)

 

 

Рассчитать величину показателя неньютоновского поведения

 

 

                             Σ(ln τi* lnγi)– (Σ ln τi* Σlnγi)/m

             ПНП = ---------------------------------------------,                                (3.7)

 

                                    Σ(lnγi)2 -  lnγi)2/m

 

где Σ ln τi, Σlnγi - сумма значений натуральных логарифмов  соответственно касательных напряжений и скоростей сдвига по всем  использованным в процессе измерений частотам вращения гильзы; Σ(ln τi* lnγi) - сумма произведений значений  натуральных   логарифмов  касательных напряжений на значения натуральных  логарифмов   скоростей сдвига по всем использованным в процессе  измерений частотам  вращения гильзы; Σ(lnγi)2,  lnγi)2 - соответственно сумма квадратов и квадрат суммы значений натуральных логарифмов  скоростей  сдвига  по всем использованным в процессе измерений частотам вращения гильзы.

 

Рассчитать  значение  показателя  консистенции при скорости сдвига равной 1c-1.

 

 

        ПК = 103*{exp[1/m*( Σ ln τi - ПНП* Σlnγi)]}, мПа*с,                        (3.8)

 

 

Рассчитать величину эффективной вязкости при скорости сдвига равной 100 с-1.

 

 

                  ЭВ100 = ПК*(100) (ПНП – 1), мПа*с.                                         (3.9)

 

 

 Рассчитать величину эффективной вязкости при полностью разрушенной структуре.

 

 

                ЭВ 10000 = ПК*(10000) (ПНП - 1) , мПа*c.                                   (3.10)

 

 

Рассчитать значение коэффициента сдвигового разжижения.

 

 

                                    lgЭВ200 - lgЭВ600

 

                    КСР = -----------------------------,                                              (3.11)

 

                                       lg  600 - lg  200

 

 

где  lg  200, lg  600  - значения  десятичных  логарифмов  скоростей сдвига в кольцевом зазоре ВСН-3 при частотах вращения гильзы соответственно  равных 200 и 600 об/мин;  lgЭВ200,  lgЭВ600 - значения десятичных логарифмов эффективной вязкости бурового раствора при  скоростях сдвига в кольцевом зазоре ВСН-3, соответствующих частотам  вращения гильзы равным 200 и 600 об/мин.

 

 

                  ЭВ200 = ПК*( 200) (ПНП - 1) ,                                                    (3.12)

 

 

                  ЭВ600 = ПК*( 600) (ПНП - 1) .                                                    (3.13)

 

 

 

С помощью величин реологических характеристик можно определять коллоидно-химические свойства дисперсных систем, что очень важно для оценки качества промывочных жидкостей и выбора методов регулирования их свойств.

 

 

Условная вязкость

 

Стандартные полевые измерения вязкости бурового глинистого раствора проводятся с помощью вискозиметра буровых растворов ВБР-1 или воронкой Марша.

Вискозиметр ВБР-1, служащий для измерения условной вязкости, состоит из воронки, герметично соединенной трубки, сетки и мерной кружки.