Практическая работа №7 Методы измерений параметров буровых растворов.

Цель: научиться оперативно и правильно определять параметры буровых растворов самостоятельно.

Свойства буровых растворов – это те характерные его качества, которые определяют способность растворов выполнять основные технологические функции, например, охлаждение породоразрушающего инструмента, вынос шлама.

Параметры буровых растворов – это количественные характеристики буровых растворов, имеющие размерность, которые являются мерой, характеризующей качество данного бурового раствора.

Устройство приборов для измерения параметров буровых растворов.

Комплект для замера плотности АБР-1

В состав комплекта АБР-1 входит металлический футляр в виде ведёрка 9 с крышкой, служащей пробоотборником для раствора и, собственно, ареометр АГ-3ПП, который состоит из:

1 – съёмный калибровочный груз;

2 – заглушка;

3 – компенсационный груз;

4 – балласт;

5 – мерный стакан;

6 – донышко;

7 – поплавок;

8 – стержень;

9 – ведёрко с крышкой;

10 – измерительные шкалы;

11 – пробка.

При измерении мерный стакан до верха заполняется испытуемым раствором, присоединяется поплавок и ареометр в вертикальном положении опускается в футляр-ведро с чистой пресной водой. Отсчёт плотности берут по уровню воды в сосуде обычно по левой шкале со значениями плотности до 1,7г/см³. Если раствор утяжелённый и ареометр полностью тонет в воде, компенсационный груз снимается, ареометр опускают в воду без груза и отсчёт берут по правой шкале с большими значениями плотности – до 2,4г/см³.

Перед применением ареометра проверяется точность его показаний путём определения плотности пресной воды. Исправный ареометр должен показывать плотность воды 1,0г/см³. Допускается погрешность измерения 0,01г/см³.

Комплект для измерения вязкости ВБР-1

Комплект ВБР-1 состоит из:

1 – вискозиметр ВП-5;

2 – сетка;

3 – мерная кружка.

Условная вязкость измеряется временем истечения 500 см³ раствора через трубку вискозиметра диаметром 5 мм, воронка которого заполняется 700 см³ раствора. Для измерения условной вязкости закрывают нижнее отверстие трубки пальцем, через сетку заливают раствор (700 см³) до края воронки. Подставляют мерную кружку объёмом 500 см³, включают секундомер и одновременно открывают нижнее отверстие. Когда кружка заполнится раствором, секундомер выключают и фиксируют время истечения. Для нормальных растворов условная вязкость составляет обычно Т=(20÷25)с.

Правильность показаний вискозиметра проверяется на чистой пресной воде при комнатной температуре. При исправном вискозиметре условная вязкость воды Т=15с (водное число вискозиметра).

Прибор для измерения показателя фильтрации и толщины

фильтрационной корки ВМ-6

Прибор ВМ-6 состоит из:

1 – каналы для сброса фильтрата;

2 – резиновая прокладка, герметизиру-

ющая соединение основания и фильтра-

ционного стакана;

3 - основание, представляющее собой

пластмассовую чашку с резьбой для со-

единения с фильтрационным стаканом;

4 – отверстие под пробку;

5 – испытуемая промывочная жидкость

объёмом 120 см³;

6 – фильтрационный стакан;

7 – игла;

8 – масло;

9 – цилиндр;

10 – груз-шкала;

11 – плунжер.

Показатель фильтрации измеряют в см³ за 30 мин при перепаде давления на стандартном фильтре в 0,1 МПа. Фильтрационная корка измеряется металлической линейкой в мм.

На поверхность основания укладывается фильтрационная бумага, на которой размещается резиновая прокладка, герметизирующая соединение основания и фильтрационного стакана.

Для измерения показателя фильтрации в фильтрационный стакан, соединённый с основанием и размещённым в нём фильтром, заливается 120 см³ промывочной жидкости. На стакан навинчивается напорный цилиндр и заливается масло. Затем в цилиндр вставляется плунжер с грузом-шкалой. Ноль шкалы совмещают с риской на напорном цилиндре в результате дренажа масла через отверстие при слегка отвёрнутой игле. Включается секундомер и в основании открывается пробка для прохода воды. Время измерения 30 мин. В процессе измерения груз-шкала через плунжер и масло создаёт избыточное давление в 0,1 МПа на раствор в фильтрационном стакане. Под действием избыточного давления вода отфильтровывается из раствора через фильтровальную бумагу, на которой образуется фильтрационная корка. Шкала прибора позволяет определять показатель фильтрации до 40 см³ (объём жидкой фазы раствора).

Для нормальных глинистых растворов считается допустимым показатель фильтрации в пределах 10-12 см³ за 30 мин при толщине глинистой корки в 1,0-1,5 мм.

Прибор для измерения статического напряжения сдвига СНС-2

Прибор СНС-2 состоит из:

1 – конус;

2 – упругая нить;

3 – трубка, соединённая с

цилиндром;

4 – кронштейн;

5 – указатель;

6 – цилиндр;

7 – стакан;

8 – столик;

9 – установочные виты;

10 – опорные винты;

11 – станина прибора;

12 – редуктор;

13 – электродвигатель.

Перед измерением станину прибора с помощью установочных винтов приводят в горизонтальное положение. Затем поворотом конуса совмещаются ноль лимба с указателем, после чего конус фиксируется лёгким нажатием сверху.

В зазор между цилиндром и стаканом заливается исследуемая жидкость до тех пор, пока её уровень не совпадёт с верхним основанием цилиндра. Испытуемую жидкость хорошо перемешивают путём вращения внутреннего цилиндра, после чего нуль лимба совмещают с указателем, включают секундомер и жидкость оставляют в покое до образования структуры. Жидкость выдерживают в покое после установки внутреннего цилиндра в течение 1 и 10 минут и затем определяют соответствующие значения статического напряжения сдвига θ₁ и θ₁₀.

При включении электромотора вращение стакана через структуру раствора передаётся внутреннему цилиндру, который закручивает упругую нить. Закручивание нити с цилиндром вследствие пластической деформации раствора постепенно снижается. В момент, когда сила сопротивления нити при закручивании станет равной силе сопротивления трения между раствором и поверхностью цилиндра, структура раствора разрушается, и цилиндр останавливается. Угол закручивания нити (φ) определяют по лимбу прибора с помощью указателя, закреплённого на штативе. Затем раствор в стакане вновь перемешивают и производят аналогичное измерение угла закручивания φ через 10 минут выдержки раствора в покое.

Статическое напряжение для нормальных глинистых растворов находится в пределах θ₁=1,5÷2 Па, θ₁₀=2,5÷4 Па.

Прибор для определения абразивных частиц в растворе ОМ-2

Прибор ОМ-2 состоит из:

1 – крышка-колпак объёмом 50 см³;

2 – цилиндр;

3 – прокладка;

4– стеклянная измерительная пробирка;

5 – прокладка;

6 – перекладина;

7 – винт;

8 – шкала с делениями через 0,1 см³.

Для определения содержания песка в прибор сначала заливают 500 см³ воды, затем с помощью крышки-колпака отливают 50 см³ воды и заливают столько же глинистого раствора. Объём жидкости 500 см³ в приборе соответствует положению уровня у отверстия в боковой поверхности. Надев крышку и закрыв отверстие пальцем, отстойник несколько раз переворачивают и встряхивают, после чего устанавливают в вертикальное положение и оставляют в покое на 1-2 минуты. За это время из раствора оседают частицы песка (шлама) или нерастворившиеся частицы глины.

По делениям на шкале пробирки определяют объём осевших частиц V₀ (в см³) и полученный результат умножают на два, получают содержание песка.

Приборы для определения стабильности раствора ЦС-2 и АГ-3ПП

Прибор ЦС-2 состоит из:

1 – пробка;

2 – цилиндр стабильности;

3 – ручка с отверстием.

Отобрав пробу раствора из приёмной ёмкости, его заливают в цилиндр стабильности. После нахождения в состоянии покоя раствора в течении 24 часов, для чего прибор подвешивается на ручке с отверстием, а затем слив верхнюю часть раствора до пробки, измеряют плотность раствора, находившегося в нижней и верхней частях цилиндра. Показателем стабильности является разность в измерениях двух значений плотности, которая должна быть не более ±0,02 г/см³.

Прибор для определения реологических параметров ВСН-3

Реологические параметры характеризуются пластической (µ_п) и эффективной (кажущейся) вязкостью (µ_э), а также динамическим напряжением сдвига (τ₀). Эти параметры определяются расчётным путём с использованием результатов измерений, полученных на вискозиметре сдвиговых напряжений ВСН-3.

Прибор ВСН-3 состоит из:

1 – двухскоростной редуктор;

2 – синхронный электродвигатель;

3 – переключатель редуктора;

4 – синхронный электродвигатель;

5 – шестерёнка обгонной муфты;

6 – трансмиссионный вал;

7 – измерительная шкала;

8 – шкала крутильной головки;

9 – пружина;

10 – крутильная головка;

11 – гильза (наружный вращающий-

ся цилиндр);

12 – цилиндр;

13 – стакан с буровым раствором;

14 – телескопический стол;

15 – корпус.

Для проведения измерений испытуемый раствор заливается в стакан до риски на внутренней его поверхности. С помощью телескопического стола этот стакан фиксируется в верхнем положении. При этом промывочная жидкость находится в зазоре между гильзой и цилиндром. При вращении гильзы крутящий момент передаётся жидкости в зазоре. Скорость вращательного движения концентрических слоёв жидкости в зазоре уменьшается по направлению от вращающегося цилиндра к измерительному. Между слоями возникают касательные напряжения сдвига, и, чем они больше, тем выше касательные напряжения в жидкости и крутящий момент, передающийся измерительному цилиндру. Об этом свидетельствует увеличение угла поворота этого цилиндра.

Используя различные скорости вращения наружного цилиндра, измеряют угол поворота измерительного цилиндра по шкале, пропорциональный величине касательного напряжения в жидкости.

После проведения измерений на приборе ВСН-3 строится реограмма в координатах n (частота вращения, мин^-1) и φ (угол закручивания пружины прибора,град.).

Практическая работа №8.

Величина статического напряжения сдвига соответствующая углу закручивания нити на .

Цель: Градуировка нити прибора СНС-2.

,Па

Где: -момент инерции подвесной системы, кг∙м∙с²

- высота подвесного цилиндра, м

T - полный период 1-го колебания подвесной системы без кольца, с

R - радиус цилиндра, м

Где: - крутящий момент градуировочного кольца

Где: R₁ и R₂ - наружный и внутренний радиусы градуировочного кольца;

m - масса кольца, кг.

, Па/град.

; ;

;

M=0,2941 кг; R₁=0,039 м; R₂=0,022 м; R_ц=0,02 м; h=0,059 м.

0,032

Сводная таблица

№ бригады	Толщина нити	Длина нити	Период колебаний		(Тк - Т)	Градуировочное кольцо					Подвесной цилиндр				Константа K,Па		Состав бригады
						m	R1	R2		R		R^2	h
1	0,5	0,2	2,55	1,47	1,48	0,29	0,039	0,022	0,002	0,02		0,004	0,059	0,3114
2	0,4	0,2	4,15	1,46	1,67	0,29	0,039	0,022	0,002	0,02		0,004	0,06	0,1244
3	0,1	0,2	6,85	4,89	2,25	0,29	0,039	0,022	0,002	0,02		0,004	0,06	0,2443
4	0,3	0,2	2,63	1,34	1,11	0,29	0,039	0,022	0,002	0,02		0,004	0,059	0,3224
5	0,3	0,2	4,07	2,37	2,88	0,29	0,039	0,022	0,002	0,019		0,004	0,059	0,4779

ВЫВОД: дана нить номер 6.