Устройство для измерения реологических параметров вязкопластичных жидкостей

 

УСТРОЙСТВО ДОЯ ИЗМЕРЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ, содержащее три последовательно соединенные системы капилляров , каждая из которых состоит из одинаковых пар последовательно соединенных капилляров разной дпины и одинакового гидравлического радиуса с противоположным расположением длинного и короткого капилляров в каждой паре, причем отношение разностей длин длинного и короткого капилляров в первой и второй системах капилляров равно отношению гидравлических радиусов этих систем, три дифманометра , входы которых Подключены к межкапиллярным камерам каждой из систем капилляров, а выходы соединены с двумя измерителями разности сигналов, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения чувствительности и точности измерения, капилляры выполнены кольцевыми, причем отношение раз (Л ностей длин длинного и короткого капилляров во второй и третьей системах капилляров равно произведению квадрата отношения гидравлических радиусов капилляров на отношение площадей поперечного се- . чения капилляров второй и третьей систем капилляров. эо 00 СХ) о

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (l9) (ll) SU

А (5>)4 С 01 N 11/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3729875/24-25 (22) 27.02.84 (46) 07. 10.85. Бюл. N - 37 (72) Е.П. Пистун и А.Б. Крых (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 532.137 (088.8) (56) Шищенко Ф.И., Есьман Б.И., Кондратенко П.И. Гидравлика промывочных жидкостей. — М.: Недра, 1976, с. 88-90 °

Авторское свидетельство СССР

У 520537, кл. С 01 И 11/08, 1976. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ, содержащее три последовательно соединенные системы капилляров, каждая из которых состоит иэ одинаковых пар последовательно соединенных капилляров разной длины и одинакового гидравлического радиуса с противоположным расположением длинного и короткого капилляров в каждой паре, причем отношение разностей длин длинного и короткого капилляров в первой и второй системах капилляров равно отношению гидравлических радиусов этих систем, три дифманометра, входы которых подключены к межкапиллярным камерам каждой иэ систем капилляров, а выходы соединены с двумя измерителями разности сигналов, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, капилляры выполнены кольцевыми, причем отношение pasностей длин длинного и короткого капилляров во второй и третьей системах капилляров равно произведению квадрата отношения гидравлических радиусов капилляров на отношение площадей поперечного се-, чения капилляров второй и третьей систем капилляров.

Изобретение относится к устройствам для измерения реологических параметров вязкопластичных жидкостей, в частности буровых растворов, v может найти применение в системах контроля и регулирования реологических параметров этих сред.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерения реологических параметров вязкопластичных жидкостей.

На чертеже представлена схема устройства для измерения реологических параметров вязкопластичных жидкостей.

Устройство содержит задатчик постоянного расхода жидкости, три последовательно соединенные системы кольцевых капилляров, ограниченные камерами 2 — 5. Каждая иэ систем капилляров содержит по два одинаковых коротких капилляра 6 и ? в первой, 8 и 9 во второй и 10 и 11 — в третьей системах капилляров и по два одинаковых длинных капилляра 12 и 13 в первой, 14 и 15 во второй, 16 и 17 в третьей системах капилляров. Капилляры Ь и 12, 13 и 7 в первой системе капилляров соединены межкапиллярными камерами 18 и 19, к которым подключен дифманометр 20. Во второй системе капилляры 8 и 14, 9 и 15 соединены межкапиллярными камерами 21 и 22, к которым подключен дифманометр 23. Капилляры 10 и 16, 11 и 17 в третьей системе, капилляров соединены межкапиллярными камерами 24 и 25, к которым подключен дифманометр 26. Выходы дифманометров 20 и 23 соединены с измерителем 27 разности сигналов, кроме того, выходы дифманометров

23 и 26 подключены к измерителю 28 разности сигналов. Измерители 27 и 28 разности сигналов связаны по выходу с вторичными приборами 29 и 30.

Отношение гидравлических радиусов кольцевых капилляров первой и второй систем равно отношению разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем, а отношение разностей длин длинного и короткого капилляров второй и. третьей систем капилляров равно произведениюю квадрата отношения гид1183870 равлических радиусов капилляров на отношение площадей поперечного сечения капилляров второй и третьей систем капилляров.

5 Устройство работает следующим образом.

Задатчиком 1 постоянного расхода жидкость прокачивается через три последовательно соединенные систе1О мы капилляров. Перепады давлений, возникающие в межкапиллярных камерах, измеряются дифманометрами 20, 23 и,26. Измеритель 27 разности сигналов формирует сигнал, пропорfS циональный разности перепадов давлений между первой и второй системами капилляров, а измеритель 28 разности сигналов — сигнал пропорциональный разности перепадов

20,давлений между второй и третьей системами капилляров. Полученные разности перепадов давлений регистрируются вторичным прибором 29, проградуированным в единицах плас25 тической вязкости, и вторичным прибором 30, проградуированным в единицах предельного напряжения сдвига, Перепад давлений в межкапиллярных камерах каждой из систем кольцевых капилляров равен

Г1 а Рк а Т2 ДЗ Д) 55 и тогда разность перепадов давлений формируемая измерителем 27 разности сигналов 27, равна где i-=1,2,3 — номер системы коль"

35 цевых капилляров; л

),о, — пластическая вязкость и предельное напряжение сдвига;

q — расход среды в капиллярах;

F, r — площадь поперечного сечения и гидравлический радиус кольцевого капилляра;

Ч вЂ” длина длинного и короткого капилляров соответственно.

Конструктивные характеристики кольцевых капилляров первой и второй систем капилляров связаны соотношением

2 где е, — е„)

k = 3q(— -: —,— — — — —; — )

Fй,г2 Р1г 4

Соотношение конструктивных характеристик кольцевых капилляров второй и третьей систем капилляров равно

Ff г2 32 11

Р Г, РЯ, - 0кз

При выполнении последнего соотношения разность перепадов давлений, формируемая измерителем 28 разности сигналов, равна

gp — gp где

3,(л — l Рь- Рр, ЮЛ. ) °

2 гз г

Таким образом, при стабилизированном расходе среды коэффициенты

k u m определяются лишь конструктивными характеристиками кольцевых капилляров устройства, и выходной сигнал измерителя 27 разности сигналов пропорционален пластической вязкости, а выходной сигнал измерителя 28 разности сигналов пропорционален предельному напряжению сдвига прокачиваемой среды.

Применение кольцевых капилляров с предлагаемыми конструктивными размерами и отношениями обеспечивает повышение чувствительности и точности измерения как, так и <. °

Если гидравлические радиусы капилляров первой, второй и третьей систем капилляров известного устройства соответственно равны 1,25;

1, 125 и 1 мм и расход среды в них равен 4 10 м /с, а в предлагаемом устройстве гидравлические радиусы кольцевых капилляров равны 0,60075;

0,4725 и 0,36225 мм, внутренний диа метр внешней трубки кольцевых капилляров 9 мм и расход среды в

83870 4 них 6 ° 10 м /с, то среднеобъемные скорости течения жидкости в соответствуюпр х капиллярах этих устройств будут равны. В диапазонах из" менения пластической вязкости 0,010,02 Па с и предельного напряжения сдвига 0 — 20 Па при указанных конструктивных размерах капилляров и разности длин длинного и коротко10 го капилляров О, 15 м в известном устройстве в первой системе капилляров перепад составляет 2908 Па, а между второй и третьей 953 Па, в предлагаемом устройстве соответст15 венные перепады равны 28723 и

2967 Па. Таким образом, по сравнению с известным устройством чувствительность измерения пластической вязкости предлагаемая устрой20 ством возрастает в 9,9 раза, а предельного напряжения сдвига в

3 1 раза.

Повышение чувствительности и диапазона изменения выходных сигналов

25 обеспечивает возможность измерения контролируемых параметров в более узких диапазонах изменения, и следовательно, позволяет повысить точность их измерения.

Применение устройства в процес се бурения позволяет непрерывно и одновременно контролировать пластическую вязкость и предельное нап. ряжение сдвига буровых растворов, а также создать систему автоматического регулирования указанными параметрами, что обеспечивает увеличение механической скорости бурения. Кроме того, регулирование пара40 метров на основе информации о те.кущих значениях и ь в системе подготовки бурового раствора позволит снизить затраты на их приготовление и химическую обработ-45 ку. Укаэанный положительный эффект от внедрения устройства позволит

I повысить технико-экономические показатели бурения °

Составитель В ° Вощанкин

Редактор А. Шишкина Техред О.Ващишина Корректор М. Пожо

Заказ 6264/44 Тирам 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул . Проектная, 4