Способ определения вязкости и пластического напряжения сдвига дисперсных систем

О П И С А Н И Е5186 озИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ТОРСКОМУ СВИДВТВДЬСТВУ олнительное к авт. свид-ву 2) Заяв 044210/,07,74( л с п исоединением заявк 23) Приорите оударстаенный номитепаата Миниотроа СССРпо делам изобретенийн открытий К 532,137 088. 8) 3) Оиу.09.7 Авторизобретеии Н Гундин Всесоюзный научно-исследовательский институт, по креплению скважин и буровым растворам(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ И ПЛАСТИЧЕСКОГОНАПРЯЖЕН СДВИГА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ 1 2Изобретенке от дования химически веществ, например тичных глинистых, в бурении скважин жидкостей. вается изменением исслейств, опласемых очных осится к области и физических сво тиксотропных вязк суспенэий, примени в качестве промыв двига,. вры (вяэсдвига). парам яжени меняются тическое вязи с кость и о после установения сдвига прииращение с одновревремени и в про сдвига, следуюсти сдвига фикжения сдвига в емени, а также апряжения сдципараметры по Известен способ определения вязкости ипластического напряжения сдвига дисперсныхсистем с использованием ротационного вискозиметра, при котором выдерживают исследуемую дисперсную систему при заданнойскорости сдвига. до установления равновесного напряжения сдвига,5Однако этот способ позволяет определятьвязкость и пластическое напряжение сдвига дисперсных систем лишь в тех диапазонах скоростей сдвига, в которых их структура не перестраивается (не разрушается ,1 Ои не восстанавливается) с изменением ско-.рости сдвига, Однако каждая дисперснаясистема имеет собственный диапазон скоростей сдвига, в пределах которого ее струк-,тура более или менее интенсивно перестраБелью изобретения является определени вязкостиЧ .и пластического напряжения сдви га Т 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 скоростисдвига Это достигается тем, чтленни равновесного напряждают скорости сдвига прменным началом измеренияцессе снижентйя напряжениящего за приращением скоросируют два значения на рядва различных момента врновое равновесное значение нга и определяет указанныеформулам"дв ига;б -скорость сдвига;аб -приращение скорости сдвига;С н Г -напряжение сдвига, измеренные1 2,в два различных момента времени С н с, -новое равновесное значение напряРжечия сдвига;-определяемое значение пластического 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 затембыстро увепичить скорость вращения цилиндра, а следовательно,и скорость сдвига на произвольно выбранную величину, то напряжение сначала такжебыстро возрастет, а затем будет медленноснижаться по экспоненциальной зависимости от времени, пока не достигнет равновесного значения СРсоответствующего возросшей скорости сдвига.Вследствие инерционностц.деталей и узлов вискозиметра(элекгродвигателя цилиндров, кареток.йторичныхьприборов) увеличение скорости сдвига всегда происходит немгновенно, а в течение заметного времени.Благодаря микроскопическим размерам ибольшой подвижности элементов структуры,она успевает за это время существенноперестроиться, в результате чего приборпоказывает падающее напряжение в ужеперестраивающейся структуре.Зная иэ опытных данных, что падениенапряжения Й происходит во времени С поэкспоненциальной кривой С Й) , можнопо двум ее точкам определить то напряже/ние Т которое имело бы место после бесконечно быстрого (мгновенного) возрастания скорости сдвига.-Р+(-Р)Е "/где К - коэффициент, не зависящий отГ и С ,Измерив в период снижения напряжепияего значения Т 1 и Схсоответствующие 4двум произвольно выбранным моментам вре.мени, а также равновесное напряжениенаступившее после завершения перестройкиструктуры, можно составить следующую систему уравнений-ЙФ,7 =" +(Ф -Т )е2)1 Р о Р"С ф 7 ( -С )е зРешая эту систему уравнений находим6Са(Т -Г ) Сз СДалее, имея две пары соответствующихзначений напряжения и скорости сдвига относящихся к течению одной и той же структуры в равновесном и неравновесном ее состояниях:Я ли- равновесное состояние,С и М+ьЕ)- неравновесное состояние,оможно определить Ч по формуле-СР,1.- - ,г-или, подставляя в формулу (4) вместоГего выражение по формуле (3), получаем(С -Х-1З, РЗная Ч, находим /; по уравнению Бингамао РоХо о-Ч1)Таким образом, выполнив по предлагаемому способу ряд указанных выше,физических операций над исследуемой суспензией и записав при этом показания приборов (вискозиметра, секундомера), можно наоснове полученчых данных, используя предложенные формулы (5) и (6), определитьвязкость и пластическое напряжение сдвига,которыми обладает суспензия при скоростях46 сдвига, лежащих в структурном диапазоне,Формула изобретения Способ определения вязкости и пластического напряжения сдвига дисперсных си стем с использованием, например, ротационного вискоэиметра, при котором выдер- живают исследуемую дисперсную систему при заданнбй скорости сдвига до установления равновесного напряжения сдвига, 66 о т л и ч а ю щ и й с я тем,что,сцепьюопределения вязкости и пластичного напряжения сдвига при скоростях сдвига, относящихся к структурной ветви равновесной кривой течения, после установления равно- Е) весного напряжения сдвига придают скорости сдвига приращение с одновременным началом измерения времени и в процессе снижения напряжения сдвига, следующего эа приращением скорости сдвига, фиксируют два значения напряжения сдвига в два раз личньк момента времени, а также новое равновесное значение напряжения сдвига и определяют указанные параметры по формулам: 6 Ф 4 У,где т 1 " вязкость, - наЧальное равновесное напряжепп с ро сдвига 6, - скорость сдвига; а 6 - приращение скорости сдвига; Ф 1 и Г - напряжения сдвига измеряе ыеи два различных момента времени1.м М; Г - новое равновесное значение напряжения сдвига: 7 - определяемое значение пластического напряжения сдвига,Составитель Г, Петрова Редактор Т. Фадеева Техред О, Луговая Корректор Н. Бабурка Заказ 2318/281 Тираж 1029 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4