Устройство для определения структурно-механических и реологических показателей буровых растворов

(53) (56) Стрел ния р раств ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 3489854/18-2505.07.8230,09,83. Бюп, М 36Л,А,СвиридовНаучно-производственное объедипо термическим методам добычи"Союзтермнефть"532,137 (088,8)1, Кармолин В.Г., Пальчиков А.В.,еня Л,С. Аппаратура для исследоваеалогических свойств буровыхоров при высоких температурах,ВНИИОЭНГ 1975, с,24-27,Там же, с. 8-12 (прототип)(54 ) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСЯО 1045079 А КИХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙБУРОВЫХ РАСТВОРОВ, содержащее цилиндрический контейнер с коаксиальнорасположенными в нем стаканом с перфорированными стенками, связанным сприводом вращательного движения, иподвешенным на упругой нити цилиндромс дном, выполненным в виде сферического сегмента, о т л и ч а ю щ е е с ятем что, с целью повышения точностиопределения, донная часть контейнеравыполнена в виде цилиндрического выступа, повторяющего форму дна цилиндра,диаметр которого равен диаметру цилиндра, а высота относится к высоте стаканакак 3;10, и расположенного коаксиальнопоследнему,Изобретение относится к средствамоценки структурно-механических и реологмческих показателей ге":.еродисперс.ныхсистем, и частности буровых (и тампокажных) растворов, применяемых припроводке скважин на нефть, газ и другиеполезные ископаемые, и может бытьиспользовано, главчым образом, в нфт:добывающей промышленности,Буровые растворы относятся к сложнымОжидкостям, предварительно претерпевшимсдвиг в течение некоторого времени идостигшим равновесного состояния, и квязкоупругим жидкостям при установиьшемся ламинарном течении,При наличиитаких условий как резкое изменение поперечного сечения вязкоупругие свойстваподобных материалов имеют первостепенное значение. Вязкое течение буровыхрастворов начинается после превышения роПредела текучести (модель ШведоваВингама или бингамовский пластик), а впокое структурированные буровые растворы способны упрочняться со времЬнем,.Однако реальное поведение буровыхрастворов не описывается полностьюни одной из идеализированных реологических моделей, в частности, потому,что конкретные свойства буровых растворров зависят от физико-химических фак 30торов, многообразие действия которыхсовременными способами сценки структурно-механических и реологическихпоказателей не отражается, В частности,известными способами не предусматривается наличие седиментационной неус 35тойчивости буровых растворов.Известен капиллярный вискоэиметр,состоящий иэ двух цилиндров высокогодавления, соединенных сменными капиллярными трубками одинакового диаметра,но разной длины, и гидравлическогопривода. Комплекс установки содержитустройство для заполнения системы исследуемой жидкостью и создания давления, приборы контроля давления, рас 45хода и температуры. В реальном исполнении прибор оснащен также гомогенизаторами - перемешиваюшими устройствами в концевых емкостях по обе стороны капилляра Г 1 3, БОНедостатками измерительного узлаизвестного капиллярного вискоаиметраявляются необходимость гидравлическихустройств для создания давления и перекачки исследуемой жидкости по капилляр- Бной трубке, сложность и ненадежностьсальниковых элементов, а также быстрыйизнос валов насосов и капиллярных трубок по внутреннему диаметру. Кроме того,в результате седиментации твердойфазы при снижении скорости течения вкапиллярных трубках уменьшается сечение капилляров, вследствие чего искажаются деформационные характеристики,причем эти искажения не поддаютсяучету и корректировке.Наиболее близкимтехническимрешением к изобретению является устройство для определения структурно-механических и реологических показателейбуровых растворов, содержашее цилиндрический контейнер с коаксиал ио расположенными в нем стаканом с перфорированными стенками, связанным с приводомвращательного движения, и подвешеннымна упругой нити цилиндром с дном, выполненным в виде сферического сегмечта,Рля предотвращения расслоения исспедуемых растворов в устройстве примененпринцип создания циркуляции в зазоре засчет использования наружного цилиндрас перфорированными стенками, Слабыетоки параллельно плоскости сдвига неизменяют кэнфи гурации поля скоростей,что позволяет применять схемы Ньютонаи Шведова-Бингама дпя характеристикивяэкостных и структурно-механическихсвойств различных систем Г 2 ,Однако измерительный узел укаэанногоустройства, обеспечивая вовлечение ввертикальную циркуляцию выпадаюпяйтвердой фазы при определенных высокихградиентах скоростей сдвига, чри меньших градиентах скоростей че исключаетосаждения этой фазы и влияния ее нарезультаты измерений, Конечные величинычапряжений явпяютсп итогом не толькодействительных деформаций в объеме однородной системы суспензии бурового раствора, но и в случае седйментационнойнеустойчивости определяемой системырезультатом сдвига - вопочення по осадку выпавшей твердой фазы буровогораствора,Цель изобретения - повышение точности определения структурно-механических и реопогических показателейбуровых растворов путем устранения влияния выпадаюшей в осадок твердой фазы.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для определения структурно-механических и реологическихпоказателей буровых растворов, содержашем цилиндрический контейнер с коаксиапьно расположенными в нем стаканом с перфорировань 1 ми стенками, связанным с приЬодогл вращательного дви3 10450жения, и подвешенным на упругой нитицилиндром с дном выполненным в видесферического сегмента, донная частьконтейнера выполнена в виде цилиндрического выступа, повторяющего формудна цилиндра, диаметр которого равендиаметру цилиндра, а высота относится,к высоте стакана как 3:10, и расположенного коаксиально последнему,На чертеже схематически изображено 10предлагаемое устройство,Устройство состоит иэ цилиндрическогоконтейнера 1, стакана 2 с перфорированными стенками, а именно с выполненными в них отверстиями 3 передачи 4 5от привода 5, упругой нити 6 со шкалой7, которая крепится па верхней опоре 8,и смотрового окна 9, На упругой нитизакреплен цилиндр 10 с дном, выполненным в виде сферического сегмента, имеюший центрируюшую игольчатую опору 1 1,Цилиндрический выступ 12 контейнера 1повторяет форму дна цилиндра. Диаметрего равен диаметру цилиндра 10, а высота состамяет 0,3 высоты стакана 2, 25Цилиндр 10, стакан 2 и контейнер 1образуют коаксиальные зазоры 13.Высоту выступающей части контейнера выбирают, исходя иэ явления седиментации. Дпя исключения ошибки при опре- ЗО, делениях структурно-механических и реологических показателей реальных буровыхрастворов, обуспоменной явлением седиментации с образованием донногоосадка в вискоэиметре, необходимыми достаточным условием является оценка сдвиговых деформаций в объеме,представляющем не бопее 70 объемаверхней части пробы. Применительно квискозиметрии с использованием равномерного коаксиального зазора в предлагаемом устройстве это выражаетсясоответствующим требованием снятиядеформационных характеристик по частиобъема пробы, распределяюшейся в зазоре в интервале от 0,3 до полной высотыот донной поверхности контейнера с пробой, для чего высота выступающей частиконтейнерами должна составлять 0,3высоты стакана Н. Конкретные размерыэлементов устройства могут быть,например следующими: г =-20 мм,Я =22 мм,79 4Н=40 мм, 1 щ 18 мм, зазор по горцувыступа 2 мм ( г радиус цилиндра,Я - радиус контейнера). Зля определения аналогичных показателей дисперсийс более высокими концентрациями твердой фазы высота выступающей частиконтейнера должна быть, соответственно,увеличена, Для буровых растворов приведенная высота достаточна.Устройство работает следующим образом.После закладки бурового материалав контейнер 1 его перемешивают в течение 1 мин со скоростью, соответствующей режиму течения бурового растворав скважине. Для определения реологических показателей пробу приводят к равновесному состоянию при скорости вращения стакана 2 например, 600 1 мин,Затем вращение прекращают на 1 мин,Возобномение вращения осуществляютпри скоростях, например, 500 и 2001/мин, Измеренные при данных скоростях вращения напряжения сдвига, фиксируемые по отклонению цилиндра 10 нашкале 7 через смотровое стекло 9,используют дпя построения реологическихкривых, по которым судят о структурномеханических и реопогических показателях буровых растворов, Полученная таким образом характеристика буровогораствора является наиболее близкой креальным условиям течения буровогораствора в скважине,Введенный в устройство цилиндрический выступ, повторяющий формудна цилиндра, с диаметром, равнымдиаметру цилиндра, и высотой равной0,3 высоте стакана, повышает точность определения структурно-механических и реопогических показателейбуровых растворов, так как осаждаюшаяся твердая фаза последних не мияяет на результаты измерений.Использование изобретения возможнопри бурении глубоких скважин с применением утяжеленных буровых растворов,т,е, в тех геолого-технических условиях,.которые в особой степени требуютобъективной оценки свойств буровыхрастворов, ВНИИПИ Заказ 754043 Тираж 873 ПодписноеФилиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4