Сдвига глинистых растворов

Цель работы. Определить статическое напряжение сдвига глинистого раствора с помощью ротационного пластометра.

Статическое напряжение сдвига q характеризует прочность структуры и определяет способность промывочной жидкости: удерживать во взвешенном состоянии частицы разрушенной породы и пузырьки газа (воздуха); проникать в трещины и поры горных пород и удерживаться там под действием нагрузок.

Повышать q следует в случае, если интенсивность разрушения горных пород при бурении достаточно велика и продукты разрушения имеют значительные размеры и плотность, если необходимо утяжелять промывочную жидкость специальными утяжелителями, а также в условиях возможных поглощений промывочных жидкостей в трещиноватых или пористых породах. При этом необходимо иметь в виду, что повышенное статическое напряжение сдвига ухудшает условия дегазации и очистки промывочных жидкостей.

Приборы и материалы. Лабораторная глиномешалка, весы с разновесами, образцы глины различного качества, техническая вода, ротационный пластометр СНС-2, широметр.

Прибор СНС-2. Состоит из цилиндра 6 (рис.11), подвешенного на упругой проволоке 2 к конусу, кронштейна 4 и стакана 7, установленного на вращающемся столике 8. Вращение с частотой 0,2 об/мин через редуктор 12 и шкив передается столику от электродвигателя 13. Во избежание скольжения испытуемой жидкости поверхность подвесного цилиндра сделана рифленой. На трубке 3, соединенной с цилиндром, укреплен лимб 14, разделенный на 360⁰. На уровне лимба, на кронштейне находится указатель 5. Для горизонтирования станины прибора 11 на опорах 10 имеются установочные винты 9.

Порядок выполнения работы. Приготовить раствор. При помощи регулировочных винтов прибор установить в строго горизонтальное положение, о чем будет свидетельствовать концентрическое положение цилиндра в стакане. Нить должна находиться по центру трубки.

Слегка приподнимая и вращая подвеску с помощью крутильной головки, совмещают нуль лимба с риской указателя. Показание на шкале против риски принимают за начальный угол отсчета j ₁.

Прибор включить в электросеть. Испытуемый раствор заливают в стакан прибора до тех пор, пока уровень его не совпадет с верхним основанием цилиндра.

Затем включить секундомер, а через 1 мин - электродвигатель. Стакан начинает вращаться, увлекая за собой цилиндр и всю подвесную систему, так как усилие вращения передается через структуру глинистого раствора. По мере закручивания упругой проволоки сопротивление закручиванию возрастает и, в конце концов, превышает прочность структуры испытуемой жидкости. Это сопровождается или остановкой внутреннего цилиндра, или его движением в обратную сторону. По лимбу определяют максимальный угол закручивания проволоки j ₂.

Статическое напряжение сдвига, мг/см²:

q= k (j ₂ - j ₁), (12)

где k - константа прибора при данной упругости проволоки (табл. 2).

Определив q ₁, выключают электродвигатель, промывочную жидкость в стакане вновь перемешивают. По лимбу определяют начальный угол j ₁ и фиксируют время стабилизации структуры. По истечении 10 мин включают электродвигатель и измеряют угол j ₂. Определив q ₁₀ рассчитывают отношение q ₁₀/ q ₁ = k _т, характеризующее тиксотропные свойства исследуемой жидкости (k _т=1¸1,5).

Таблица 2

Продолжительность замера углов закручивания проволоки при исследовании промывочной жидкости не должна превышать 1 мин, так как в процессе измерения происходит дальнейшее упрочнение структуры. Поэтому для измерения статического напряжения сдвига промывочных жидкостей в широком диапазоне значений применяют проволоки различной упругости.

Широметр. Для оперативного определения статического напряжения сдвига бурового раствора можно использовать широметр. Он позволяет достаточно быстро и с удовлетворительной точностью определить свойство бурового раствора.

Широметр (рис.12) состоит из стакана 4, внутри которого на опоре установлена шкала 1, мерного цилиндра 3, подставки для гирь 2 и набора гирь.

Шкала (линейка 0-95 мм) предназначена для измерения глубины погружения мерного цилиндра в буровой раствор.

Стакан имеет риску (9 мм от края), до которой наливается буровой раствор. От риски стакана до нулевой отметки шкалы 89мм (длина мерного цилиндра).

Принцип действия широметра основан на измерении глубины погружения мерного цилиндра под воздействием приложенной нагрузки, создаваемой весом цилиндра, подставки и гирями.

Порядок выполнения работы .

Определение прочности структуры бурового раствора выполняется в следующем порядке: шкалу 1 устанавливают внутри стакана 4; испытуемый буровой раствор заливают в стакан до риски; мерный стакан 3 с подставкой для гирь 2 помещают на поверхность раствора и уравновешивают; на подставку 2 добавляют гири, для создания движения цилиндра.

Цилиндр остановится тогда, когда приложенная нагрузка сравнится с сопротивлением раствора на сдвиг. Желательно, чтобы мерный цилиндр погрузился на половину длины цилиндра.

Прочность структуры бурового раствора рассчитывается по формуле:

, (13)

t - статическое напряжение сдвига, дПа; G _ц - масса цилиндра, г; G _п - масса подставки, г; G _г - масса гирь, г; r - плотность раствора, г/см³ L - длина погруженной части цилиндра, см.

Обработка результатов и их представление. Отчет по лабораторной работе должен быть набран при помощи ПК, распечатан на листе формата А4 и содержать следующие разделы: цель работы; описание аппаратуры и материалов; результаты работы.