Устройство для исследования реологических характеристик буровых растворов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Ссщиалистических

Республик (u>987469

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6!) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 17. 03. 81(21) 3260349/18-25 с присоединением заявки HP(23) Приоритет—

Опубликовано 070183. Бюллетень Йо 1

Дата опубликования описания07.01.83

Р М К з

G 01 N 11/08

Государственный комитет

СССР ио дедам изобретений и открытий

РЗ} УДКЬ 32. 137 (088. 8) P!.

Е. П. Пистун, Д. Ю. Мочернюк и .т.@. Крых *

I

f с

Львовский ордена Ленина политехническЪй институт. им. Ленинского комсомола (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РКОЛОГИЧЕСКИХ

XAPAKTEPHCTHK БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к устройствам для исследования реологических характеристик бурового раствора, в частности независимого динамического коэффициента пластичности, и может найти применение для исследования или автоматического регулирования их свойств.

Известно устройство для измерения вязкости, содержащее систему двух одинаковых пар последовательно соединенных капилляров разной длины и одинакового внутреннего диаметра, снабженную межкапиллярными камерами, соединенными с регистрирующим прибором (1).

Однако это устройство не позволяет определить пластическую вязкость и предельное напряжение сдвига буровых растворов.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для определения реологических характеристик вязко-пластичных сред, содержащее три системы капилляров, каждая из которых имеет две параллельные одинаковые пары последовательно соединенных капилляров разной. длины н одинакового внутреннего диаметра, измерители перепада давленйй в межкапиллярных камерах, два измерителя разности сигналов, причем радиус капилляров Первой системы больше радиуса капилляров второй системы на величину одной четвертой степени отношения разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем, а радиус капилляров третьейсистемы больше радиуса капилляров второй системы на величину первой степени отношения разностей длин длинного и короткого капилляров третьей и второй систем. Это устройство позволяет непрерывно и одновременно измерять пластическую вязкость и предельное напряжение сдвига бурового раствора (2).

Однако оно не обеспечивает непреО рывное определение его независимого динамического коэффициента пластичности целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения независи- . мого динамического коэффициента пластичности

Эта цель достигается тем, что уст-. ройство для исследования реологических характеристик буровых растворов, содержащее три системы капилляров, 487469 б5 каждая иэ которых имеет две параллель но расположенные одинаковые пары последовательно соединенных посредством межкапиллярных камер капилляров разной длины и одинакового внутреннего диаметра, измерители перепада давлеНяй в межкапиллярных камерах, два из1мерителя разности сигналов, первый из которых подключен к измерителям перепара давлений первой и второй систем капилляров, а второй — к измерителям перепада давлений второй и третьей систем капилляров, и вторичный прибор, причем радиус капилляров первой системы больше радиуса капилляров второй системы на величину одной четвертой степени отношения разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем, а радиус капилляров третьей системы больше радиуса капилляров второй системы на величину первой степени отношения разностей длин длинного и короткого капилляров третьей и второй систем, дополнительно снабжено третьим измерителем разности сигналов, эадатчиком постоянного значения сигнала и блоком деления, причем вход третьего измерителя разности сигналов подключен ко второму измерителю разности сигналов и к задатчику постоянного значения сигнала, а его выход — к блоку деления, который, в свою очередь, соединен с вторичным прибором, при этом первый измеритель разности сигналов подключен к вторичному прибору через блок деления.

Предлагаемое устройство обеспечивает непрерывное измерение независимого динамического коэффициента пластичности бурового раствора, который в большей степени, чем другие реологические характеристики, определяет его качество. Использование изобретения в системах автоматического регули рования обеспечивает получение буро-. вого раствора с заданными реологическими характеристиками и в условиях постоянно действующих возмущенйй, которым подвергается буровой раствор в 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 давлений соответственно. Выходы измерителей 23 перепада давлений и 24 соединены с входом nepaoro измерителя 26 разности сигналов, а выходы измерителей 24 и 25 перепада давлений — с входом второго измерителя 27 разности сигналов. Вход третьего измерителя 28 разности сигналов соединен с задатчиком 29 постоянного значения сигнала и выходом второго о измерителя 27 разности сигналов, а выход — с блоком 30 деления. Вход последнего также связан с выходом первого 26 измерителя разности сигналов, а выход подключен к вторичному прибору 31.

Капилляры в каждой системе имеют одинаковый внутренний диаметр и разную длину — два одинаковых коротких и два длинных капилляра. Диаметры капилляров в разных системах разные.

Радиус капилляров первой системы больше радиуса капилляров второй системы на величину одной четвертой степени отношения разностей длин длинного и короткого капилляров этих систем, а радиус капилляров третьей системы больше радиуса капилляров второй системы на величину отношения первой степени отношения разности длин длинного и короткого капил30 ляров этих систем.

Независимый динамический коэффициент пластичности (НДКП) является одним из коэффициентов коагуляционного структурообразования. Его физи35 ческий смысл определяется как градиент скорости пластической деформации, отражающий характер коагуляционной структуры суспензии.

Значение НДКП можно выделить из

4р двух сигналов, пропорциональных предельному напряжению сдвига и пластической вязкости, формируемых соответственно измерителями разности 26 и 27. Для определения этого градиен45 та необходимы введенные в устройство задатчик 29 постоянного значения сигнала и блок 30 деления.

Устройство работает следующим образом.

При движении бурового раствора через последовательно соединенные три системы капилляров при постоянной величине расхода в капиллярах

5-16 возникают соответствующие перепады давлений. Разность давлений, возникающая между межкапиллярными камерами 17 и 18 первой системы капилляров, 19 и 20 второй системы капилляров, 21 и 22 третьей системы капилляров, измеряется соответствен- но измерителями перепада давлений

23-25. Первый 26 и второй 27 измерители разности сигналов, формируют сигналы, пропорциональные предельному напряжению сдвига и пластической вязкости бурового раствора соответ987469 сТВрННо. Третий измеритель 28 разности сигналов вырабатывает сигнал, про- порциональный разности между текущим значением пластической яязкости и ре минимально допустимым значением

5 задаваемым при помощи эадатчика 29.

Блок 30 деления, к которому подключены выходы первого 26 и третьего

28 измерителей разности сигналов, формирует сигнал, пропорциональный независимому динамическому коэффициенту пластичности. Таким образом, каждому значению независимого динамического коэффициента пластичности бурового раствора соответствует опре деленное показание вторичного прибора 31. Задатчик 29 постоянного значения сигнала вырабатывает сигнал, пропорциональный такому минимальному значению пластической вязкости Pj д<„ ), начиная с которого дальнейшее увелйчение твердой фазы в суспензии ведет к возникновению динамической структуры бурового раствора. Это значение ° пластической вязкости для различных глинистых буровых растворов меняется 25 в незначительных пределах, что позволяет принять его за постоянное. За-датчик 29 постоянного значения сигнала формирует сигнал, пропорциональный YJ „„-и . Этот коэффициент, также 30 как и независимый динамический коэффициент пластичности, не зависит от концентрации твердой фазы и является коэффициентом коагуляционного структурообраэования. На блоке 30 деления 35 формируется сигнал, пропорциональный

НДКП, так как именно здесь производится операция деления сигнала, пропорционального предельному напряжейию сдвига 5о, на сигнал, пРОПОРциональ- 4{j ный разности текущего значения пластической вязкости g u его минимального . значениями) я „

В настоящее время регулирование предельного напряжения сдвига и плас- 45 тической вязкости бурового раствора осуществляется путем его физико-химической обработки. В то же время в практике физико-химической обработки буровых растворов эти параметры регулируются независимо, и при попытке регулирования одного из них обычно происходит неконтролируемое изменение другого. Использование НДКП позволяет осуществить регулирование предельного напряжения сдвига при одновременйом регулировании пластической вязкости. Этот эффект объясняется тем, что добавление в буровой раствор дисперсионной среды или твердой фазы не вызывает изменения НДКП,. ® при добавлении в буровой раствор реагента-стабилизатора - НДКП уменьшается, а при добавлении реагента-коагулятора - возрастает. При обработке бурового раствора НДКП может изменять-65 ся в десятки раз, aq ;„ 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 и химических реагентов на величину предельного на-. пряжения сдвига н структурной вязкости.

Предел оптимальных значений НДКП, отвечающий качественным буровым растворам, соответствует 1-25 с, а предел изменения пластической вязкости

5-30 сП.

Независимый динамический коэффициент пластичности является одним из наиболее представительных параметров, характеризующих качественное состояние бурового раствора. Он дает воэможность 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 регулирования свойствами 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 изобретения

Устройство 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 третьей

987469

ВНИИПИ Заказ 10283/29 1ираж 871 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 сИстем капилляров, и вторичный прибор, причем радиус капилляров первой системы больше радиуса капилляров второй системы на величину одной

4етвертой степени отношения разностей длин длинного и короткого капил ляров этих систем, а радиус капилляpos третьей системы больше радиуса капилляров 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, с целью расширения Функциональных воз-. можностей устройства за счет измере- ния независимого динамического коэффициента пластичности бурового раст- зора, оно дополнительно снабжено третьим измерителем разности аигналов, задатчиком постоянного значения сигнала и блоком деления, причем вход третьего измерителя разности сигналов подключен ко второму измерителю разности сигналов и к задатчику постоянного значения сигнала, а его выходк блоку деления, который, в свою очередь, соединен со вторичным прибором, при этом первый измеритель раз ности сигналов подключен ко вторичному прибору через блок деления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 371479, кл. G 01 N 11/08, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 520537, кл. G 01 N 11/08, 1975 (прототип).