Способ определения вязкости и пластического напряжения сдвига дисперсных систем
ОПИСАНИЕ „ б1ыцз
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советских
Социа листииеских
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву ь (51) М. Кл; G 01 и 11/00 (22) Заявлено 16.07.74(21) 2044210/25 с присоединением заявки №
Тосударстаенный комитет
Совета Министроа СССР оо делам изобретений н открытий (23) Приоритет (43) Оиубликовано25.06.76,Бюллетень № 23 (53) УДК 532.137 (088.8) (45) Дата опубликования описания 01.09.76 (72) Автор изобретения
И. Н. Гундин
Всесоюзный научно-исследовательский институт, по креплению скважин и буровым растворам (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ И ПЛАСТИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
СДВИГА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств, веществ, например тиксотропных вязкопластичных глинистых, суспенэий, применяемых в бурении скважин в качестве промывочных. жидкостей.
Известен способ определения вязкости и пластического напряжения сдвига дисперсных систем с использованием ротационного вискозиметра, при котором выдерживают иссле дуемую дисперсную систему при заданной скорости сдвига. до установления равновесного напряжения сдвига.!
Однако этот способ позволяет определять вязкость и пластическое напряжение сдвига дисперсных систем лишь в тех диапазонах скоростей сдвига, в которых их структура не перестраивается (не разрушается,1п . и не восстанавливается) с изменением ско-. рости сдвига. Однако каждая дисперсная система имеет собственный диапазон скоростей сдвига, в пределах которого ее струк-, тура более или менее интенсивно перестраивается с изменением скорости сдвига, в связи с чем меняются ее параметры (вязкость и пластическое напряжение сдвига).
Белью изобретения является определение вязкости Ч . и пластического напряжения сдвига Со дисперсных систем при скоростях сдвига, относящихся к структурной ветви равновесной кривой течения,т.е. в диапазоне скоростей сдвига, в пределах которого ее структура более или менее интенсивно перестраивается с изменением скорости сдвига, Это достигается тем, что после установления равновесного напряжения сдвига придают скорости сдвига npspameaae с одновременным началом измерения времени и в процессе снижеотйя напряжения сдвига, следующего за приращением скорости сдвига, фиксируют два значения напряжения сдвига в два различных момента времени, а также новое равновесное значение напряжениясдвига и определяет указанные параметры по формулам э18603
1 (С вЂ” C .) С1
Р Ро (- ь ) С,-С
М. C = Х„,-q 4/ где 11 — вязкость, C -начальное равновесное напряжение po
"дв ига; б -скорость сдвига; аЕ -приращение скорости сдвига; С и Г -напряжение сдвига, измеренные
1 2, в два различных момента времени t н
1; -новое равновесное значение напряР жечия сдвига;
-определяемое значение пластичесО кого напряжения, сдвига.
Как показывают реологические исследования тиксотропных глинистых суспенэий, / проведенные с помощью ротационных вискоэиметров, если находящуюся в зазоре между цилиндрами вискозиметра суспенэию подвергать непрерывной деформации при постоянной скорости вращения внутреннего цилиндра до тех пор, пока касательное напряжение в суспенэии (определяемое по динамометру) не примет стабильного, равновесного значения, а затем быстро увепичить скорость вращения цилиндра, а следовательно, и скорость сдвига на произвольно выбранную величину, то напряжение сначала также быстро возрастет, а затем будет медленно снижаться по экспоненциапьной зависимости от времени, пока не достигнет равновесного значения, соответствующего возросшей скорости сдвига.
Вследствие инерционности. деталей и узлов вискозиметрр (электродвигателя, цилиндров, кареток.йторичныхь нриборов) увеличение скорости сдвига всегда происходит не мгновенно, а в течение заметного времени.
Благодаря микроскопическим размерам и большой подвижности элементов структуры, она успевает за это время существенно перестроиться, в результате чего прибор показывает падающее напряжение в уже перестраивающейся структуре.
Зная иэ опытных данных, что падение напряжения происходит во времени С по экспоненциальной кривой С (С), можно по двум ее точкам определить то напряже/
ННе Са которое имело бы место после бесконечно быстрого (мгновенного) возрастания скорости сдвига., Зкспоненциальная кривая t (С) описывается следующим уравнением. ь у+< Со — 1., )е " / (1), где К - коэффициент, не зависящий от Г и С .
Измерив в период снижения напряжепия его значения Т1 и Т, соответствующие
4 двум произвольно выбранным моментам времени, а также равновесное напряжение наступившее после завершения перестройки структуры, можно составить следующую систему уравнений„
I -4t
Х = С +(Ф - c )e 4 52)
1 Р P
I -%4 о р х +(t - С )е
Решая эту систему уравнений, находим
С а
/ (7-t )4а ti (з)
&,.—— а ) (Т - t ) tL ti
Далее, имея две пары соответствующих значений напряжения и скорости сдвига, относящихся к течению одной и той же структуры в равновесном и неравновесном ее состоянйях:
Я л и — равновесное состояние, Е и (6+ьЕ)- неравновесное состояние, о можно определить Ч по формуле
I С, - С о
q — г- (Ф) или, подставляя в формулу (4) вместо Г его выражение по формуле (3), получаeM
С
ЗО 1 (Ci-CP) tl. ti
Зная Ч, находим /; по уравнению Бингама о ро Хо @- 6 (6)
Таким образом, выполнив по предлагаемому способу ряд указанных выше,физических операций над исследуемой суспензией и записав при этом показания прибо4О ров (вискозиметра, секундомера), можно на основе полученчых данных, используя предложенные формулы (5) и (6), определить вязкость и пластическое напряжение сдвига, которыми обладает суспензия при скоростях, сдвига, лежащих в структурном диапазоне, Формула изобретения
Способ определения вязкости и пластического напряжения сдвига дисперсных систем с использованием, например, ротационного вискоэиметра, при котором выдер- живают исследуемую дисперсную систему при заданнбй скорости сдвига до установления равновесного напряжения сдвига, Q отличающийся тем,что,сцелью определения вязкости и пластичного напряжения сдвига при скоростях сдвига, относящихся к структурной ветви равновесной кривой течения, после установления равно69 весного напряжения сдвига придают скорости сдвига приращение с одновременным на» чалом измерения времени и в процессе сни-. жения напряжения сдвига, следующего эа приращением скорости сдвига, фиксируют два значения напряжения сдвига в два раз личных момента времени, а также новое равновесное значение напряжения сдвига и определяют указанные параметры по формулам:
6 t
) ф .. Т, ро ,где g вязкость, начальное равновесное напряжен ро сдвига
K., - скорость. сдвига"
aE, - приращение скорости сдвига;
Ф и — напряжения сдвига, измеряемыеи два раэличнык момента времени
) t uМ;
Г - новое равновесное значение на
1 пряжения сдвига;
7а - определяемое значение пластического напряжения сдвига.
Составитель Г. Петрова
Редактор Т. фадеева Текред О. Луговая Корректор Н. Бабурка
Заказ 2318/281 Тираж 1029 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
