Устройство для исследования реологических характеристик буровых растворов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСсщиалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 17. 03. 81(21) 3260349/18-25 51) М. КП.з С 01 М 11/08 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет -Государственный комнтет СССР по дедам изобретений н открытийОпубликовано 070183. Бюллетень Йо 1 Дата опубликования описания 07.01.83 1, щм,Е. П. Пистун, Д. Ю. Мочернюк и .т,. Крых3о;и Львовский ордена Ленина политехническЪй институт: им. Ленинского комсомола(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РБОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БУРОВЫХ РАСТВОРОВИзобретение относится к устройствам для исследования реологическиххарактеристик бурового раствора, вчастности независимого динамическогокоэффициента пластичности, и можетнайти применение для исследованияили автоматического регулированияих свойств,Известно устройство для измерениявязкости, содержащее систему двуходинаковых пар последовательно соединенных капилляров разной длиныи одинакового внутреннего диаметра,снабженную межкапиллярными камерами,соединенными с регистрирующим прибором 11,Однако это устройство не позволяет определить пластическую вязкостьи предельное напряжение сдвига буровых растворов.Наиболее близким к изобретениютехническим решением является устройство для определения реологическиххарактеристик вязко-пластичных сред,содержащее три системы капилляров,каждая из которых имеет две параллельные одинаковые пары последовательно соединенных капилляров разнойдлины н одинакового внутреннего диаметра, измерители перепада давленйй в межкапиллярных камерах, дваизмерителя разности сигналов, причемрадиус капилляров Первой системыбольше радиуса капилляров второйсистемы на величину одной четвертойстепени отношения разностей длиндлинного и короткого капилляров этихсистем, а радиус капилляров третьей:системы больше радиуса капилляроввторой системы на величину первойстепени отношения разностей длиндлинного и короткого капилляровтретьей и второй систем. Это устройство позволяет непрерывно и одновременно измерять пластическую вязкостьи предельное напряжение сдвига бурового раствора2.Однако оно не обеспечивает непре- О рывное определение его независимогодинамического коэФфициента пластичности.целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения независи- .мого динамического коэффициента плас"тичностиЭта цель достигается тем, что уст".ройство для исследования реологических характеристик буровых растворов,содержащее три системы капилляров, 87469б 5 каждая иэ которых имеет две параллельно расположенные одинаковые пары последовательно соединенных посредствоммежкапиллярных камер капилляров разной длины и одинакового внутреннегодиаметра, измерители перепада давлеНяй в межкапиллярных камерах, два из 1- мерителя разности сигналов, первый изкоторых подключен к измерителям перепада давлений первой и второй системкапилляров, а второй - к измерителямперепада давлений второй и третьейсистем капилляров, и вторичный прибор, причем радиус капилляров первойсистемы больше радиуса капилляроввторой системы на величину однойчетвертой степени отношения разностей длин длинного и короткогокапилляров этих систем, а радиус капилляров третьей системы больше радиусакапилляров второй системы на величину первой степени отношения разностейдлин длинного и короткого капилляровтретьей и второй систем, дополнительно снабжено третьим измерителем разности сигналов, эадатчиком постоянного значения сигнала и блоком деления,причем вход третьего измерителя раз.- ности сигналов подключен ко второмуизмерителю разности сигналов и к задатчику постоянного значения сигнала,а его выход - к блоку деления, который, в свою очередь, соединен с вторичным прибором, при этом первыйизмеритель разности сигналов подключен к вторичному прибору через блокделения.Предлагаемое устройство обеспечивает непрерывное измерение независимого динамического коэффициента пластичности бурового раствора, которыйв большей степени, чем другие реологические характеристики, определяетего качество. Использование изобретения в системах автоматического регулирования обеспечивает получение буро-. вого раствора с заданными реологическими характеристиками и в условиях постоянно действующих возмущенйй,которым подвергается буровой растворв процессе бурения.На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.Устройство состоит иэ трех последовательно соединенных систем капилляров, ограниченных камерами 1-4. Каждая система капилляров состоит из четырех капилляров: для первой системы капилляры 5-8, для второй системы капилляры 9-12, для третьей системы капилляры 13-16, межкапиллярных камер 17 и 18 (для первой системы), 19 и 20 (для второй системы), 21 и 22 для третьей системы) . К межкапилляр- ным камерам 17-22 каждой из систем капилляров подключены измерители 23-25 перепада лавлений соответственно. Выходы измерителей 23 перепада давлений и 24 соелинены с входом первовоизмерителя 26 разности сигналов, авыходы измерителей 24 и 25 перепададавлений - с входом второго измерителя 27 разности сигналов. Вход третьего измерителя 28 разности сигналовсоединен с задатчиком 29 постоянногозначения сигнала и выходом второго0 измерителя 27 разности сигналов,а выход - с блоком 30 деления. Входпоследнего также связан с выходомпервого 26 измерителя разности сигналов, а выхол подключен к вторичному прибору 31,Капилляры в каждой системе имеютодинаковый внутренний диаметр и разную длину - два одинаковых короткихи два длинных капилляра. Диаметрыкапилляров в разных системах разные.Радиус капилляров первой системыбольше радиуса капилляров второйсистемы на величину одной четвертойстепени отношения разностей длиндлинного и короткого капилляров этих25 систем, а радиус капилляров третьейсистемы больше радиуса капилляроввторой системы на величину отношения первой степени отношения разности длин длинного и короткого капил 30 ляров этих систем.Независимый динамический коэффициент пластичности (НДКП) являетсяодним из коэффициентов коагуляционного структурообразования. Его физи 35 ческий смысл определяется как градиент скорости пластической деформации,отражающий характер коагуляционнойструктуры суспензии.Значение НДКП можно выделить из40 двух сигналов, пропорциональных предельному напряжению сдвига и пластической вязкости, формируемых соответственно измерителями разности 26и 27, Для определения этого градиен 45 та необходимы введенные в устройствозадатчик 29 постоянного значениясигнала и блок 30 деления.Устройство работает следующим образом.При движении бурового растворачерез последовательно соединенныетри системы капилляров при постоянной величине расхода в капиллярах5-16 возникают соответствующие перепады давлений. Разность давлений,возникающая между межкапиллярнымикамерами 17 и 18 первой системы капилляров, 19 и 20 второй системыкапилляров, 21 и 22 третьей системыкапилляров, измеряется соответствен-б 0 но измерителями перепада давлений23-25. Первый 26 и второй 27 измерители разности сигналов, формируютсигналы, пропорциональные предельному напряжению сдвига и пластической вязкости бурового раствора соответственно. Третий измеритель 28 разности сигналов вырабатывает сигнал, про-порциональный разности между текущимзначением пластической вязкости ире минимально допустимым значением5задаваемым при помощи эадатчика 29.Блок 30 деления, к которому подключены выходы первого 26 н третьего28 измерителей разности сигналов,формирует сигнал, пропорциональныйнезависимому динамическому коэффициенту пластичности. Таким образом,каждому значению независимого динамического коэффициента пластичностибурового раствора соответствует определенное показание вторичного прибора 31. Задатчик 29 постоянного значения сигнала вырабатывает сигнал,пропорциональный такому минимальномузначению пластической вязкости (,э ),начиная с которого дальнейшее увелйчение твердой фазы в суспензии ведетк возникновению динамической структуры бурового раствора. Это значениепластической вязкости для различныхглинистых буровых растворов меняется 25в незначительных пределах, что позволяет принять его за постоянное. За- .датчик 29 постоянного значения сигнала формирует сигнал, пропорциональный.н . Этот коэффициент, также 30как и независимый динамический коэффициент пластичности, не зависит отконцентрации твердой фазы и являетсякоэффициентом коагуляционного структурообраэования. На блоке 30 деления 35формируется сигнал, пропорциональныйНДКП, так как именно здесь производится операция деления сигнала, пропорционального предельному напряжейиюсдвигабр, на сигнал, пропорциональ Оный разности текущего значения пластической вязкостии его минимальногозначениями)вВ настоящее время регулированиепредельного напряжения сдвига и пластической вязкости бурового раствораосуществляется путем его физико-химической обработки. В то же время впрактике физико-химической обработкибуровых растворов эти параметры регулируются независимо, и при попыткерегулирования одного из них обычнопроисходит неконтролируемое изменение другого, Использование НДКП позволяет осуществить регулированиепредельного напряжения сдвига при одновременйом .регулировании пластической вязкости, Этот эффект объясняется тем, что добавление в буровойраствор дисперсионной среды или твердой фазы не вызывает изменения НДКП, фпри добавлении в буровой раствор реагента-стабилизатора - НДКП уменьшается, а при добавлении реагента-коагулятора - возрастает, При обработкебурового раствора НДКП может изменяться в десятки раз, аИ ; изменяется в незначительных пределах, что и позволяет осуществить регулирование предельного напряжения сдвига и пластической вязкости на основе НДКП,так как он, характеризуя качество бурового раствора, дает воэможность раздельно учитывать влияние концентрации твердой фазы н химических реагентов на величину предельного на-. пряжения сдвига и структурной вязкости.Предел оптимальных значений НДКП, отвечающий качественным буровым растворам, соответствует 1-25 с , а предел изменения пластической вязкости5-30 сП.Независимый динамический коэффициент пластичности является одним нз наиболее представительных параметров, характеризующих качественноесостояние бурового раствора. Он даетвоэможность раздельно учитывать влияние концентрации твердой фазы и химических добавок на величину предельного .напряжения сдвига н пластической вязкости.Применение предлагаемого устройства, измеряющего кроме предельного напряжения сдвига и структурной вяэ кости НДКП, позволяет иметь в системе автоматического регулированиясвойствами бурового раствора в каждый момент времени буровой раствор с требуемыми по условиям бурения реологическими характеристиками. При этом обеспечивается значительное снижение расхода дорогостоящих химических реагентов, используемых для получе - ния бурового раствора требуемого качества.Кроме того, наличие в системе бурового раствора с необходимыми реологическими характеристиками позволяет также и увеличить скорость проходки скважины.формула изобретенияУстройство для исследования реологических характеристик буровых растворов, содержащее три системы капилляров, каждая из которых имеет две параллельно расположенные одинаковые пары последовательно соединен-, ных посредством межкапиллярных камер капилляров разной длины и одинакового внутреннего диаметра, измерители перепада давлений в межкапиллярных камерах, два измерителя разности сигналов, первый иэ которых подключен к измерителям перепада давлений первой и второй систем капилляров, а второй - к измерителям ,перепада давлений второй и третьей987469 к аз 10283/29 Тираж 871 Подпис ВНИИ тная,4 лнал ППП "Патентф, г. Ужгоро сйстем капилляров, и вторичный прибор, причем радиус капилляров первойсистемы больше радиуса капилляроввторой системы на величину однойчетвертой степени отношения разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем, а радиус капилляров третьей системы больше радиусакапилляров второй системы на величи,ну первой степени отношения разностей .длин длинного и короткого капилляров третьей и второй систем, о т.л и ч а ю ш е е с я тем, что, сцелью расширения Функциональных воэ-.можностей устройства за счет измере-ния независимого динамического коэффициента пластичности бурового раст-зора, оно дополнительно снабженотретьим измерителем разности аигналов, эадатчиком постоянного значениясигнала и блоком деления, причем входтретьего измерителя разности сигналовподключен ко второму измерителю разности сигналов и к задатчику постоянного значения сигнала, а его выходк блоку деления, который, в своюочередь, соединен со вторичным прибором, при этом первый измеритель разности сигналов подключен ко вторично му прибору через блок деления. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 371479, кл. С 01 Х 11/08, 1971.2. Авторское свидетельство СССРВ 520537, кл. 6 01 М 11/08, 1975