Граничний статичної напруги ЗСУВУ
Фізичний сенс: умовна характеристика міцності тиксотропної структури, що виникає в промивної рідини після знаходження в спокої протягом однієї (СНС1) або десяти (СНС10) хвилин. Перша величина характеризує утримує здатність промивної рідини. При виборі параметрів промивної рідини приймається менше значення величини СНС1. при якому забезпечується виконання зазначеної функції. При ще менших величинах частки породи не будуть утримуватися в підвішеному стані.
У зв'язку з тиксотропністю промивної рідини міцність структури при тривалому знаходженні в спокої може досягти таких значень, при яких в момент відновлення циркуляції опір структури викличе дуже велике збільшення тиску промивної рідини, що сприяє розриву пласта. Тому крім величини СНС1 вимірюють і СНС10. причому тиксотропність характеризують часткою від ділення другої величини на першу.
У промислових лабораторіях поширені різні ротаційні прилади для визначення СНС. Загальним принципом дії цих приладів є урівноваження опорів, що виникають при взаємному переміщенні досліджуваної рідини і знаходиться в ній підвішеного на дроті циліндра, і пружних опорів цього дроту закручування. В одних ротаційних приладах внутрішній циліндр є нерухомим, а заповнений розчином зовнішній циліндр-стакан обертається, в приладах іншого типу обертається внутрішній циліндр, а досліджувана рідина в зовнішньому циліндрі-склянці знаходиться в нерухомому стані. Якщо, наприклад, обертається зовнішній стакан, то сила взаємодії між які перебувають в склянці структурованим розчином і поверхнею внутрішнього циліндра змусить останній також обертатися, а дріт, на якій циліндр повішений, - закручуватися. Обертання внутрішнього циліндра буде відбуватися до тих пір, поки зростаючий опір закручувати дріт не зрівняється з опорами зрушення, що виникають при взаємному переміщенні циліндра і рідини.
Сила опору розчину обертанню в ньому внутрішнього циліндра f1 дорівнює добутку бічній поверхні циліндра на статичну електрику зсуву:
У вітчизняній практиці застосовуються ротаційні прилади з нерухомим внутрішнім циліндром і обертовим зовнішнім циліндром-склянкою. Набув поширення прилад СНС-2 заводу КВП.
Вимірювання за допомогою приладу СНС-2
Прилад оснащений набором з трьох пар пружних ниток. Для вимірювання рекомендується використовувати нитки тільки № 5 і 6, що володіють найбільшим модулем пружності. У дні підвісного циліндра є повітряна подушка, завдяки якій циліндр може стикатися з промивної рідиною тільки бічною поверхнею. Прилад поміщають на стійку горизонтальну поверхню (стіл, полку), що не піддаються вібраціям або струсів. За допомогою настановних гвинтів 2 плиту 1 приладу встановлюють горизонтально. Обертаючи три гвинта, що знаходяться в нижній частині трубки, центруют нитку, про що судять по її положенню щодо верхнього зрізу трубки. Відповідно до принципу вимірювання дотичних напружень в ротаційних приладах величини СНС визначають за найбільшою закручування нитки при обертанні склянки з промивної рідиною зі швидкістю 0,2 об / хв. Кут закручування повинен характеризувати міцність структури.
Однак в процесі вимірювання міцність структури зростає тим більше, чим вище тиксотропність. У той же час наростаючі дотичні напруження розсмоктуються внаслідок теплового руху частинок, що руйнує структуру.
Перший тиксотропний процес превалює над другим (розсмоктуванням). Однак внести поправки на зазначені зміни неможливо. Цим і пояснюється необхідність застосування нитки, яка має найбільшою жорсткістю, що забезпечує найменшу тривалість досягнення вимірюваної величини дотичного напруження, що відповідає даному значенню СНС.
Чим швидше закінчиться вимір, тим менше зміниться за цей час вимірюється величина. Тому і поняття граничного статичної напруги зсуву, що використовується в бурінні, має дещо умовний характер. Це величина найбільшого дотичного напруження, що виникає на бічній поверхні підвісної циліндра при обертанні склянки ротаційного приладу зі швидкістю 0,2 об / хв протягом 1 хв після початку вимірювання.
Для визначення СНС підвішують вимірювальну частину приладу і, обертаючи при необхідності крутильне головку, встановлюють нульову поділку лімба проти візира, щоб обидві ризики збіглися. Пробу рідини перемішують, краще за допомогою електричної мішалки. Пробу рідини відбирають кухлем, і заповнюють зазор між циліндром і склянкою. При густий рідини циліндр злегка похитують, домагаючись рівномірного заповнення зазору. Заповнення припиняють, коли рівень рідини співпаде з верхнім зрізом підвісного циліндра. Швидко поєднують нульову поділку лімба з рискою, обертаючи рукою трубки підвісної системи. (Після заповнення рідиною обертання головки неприпустимо.) Включають секундомір, а через 1 хв - двигун приладу. Найбільше значення шкали, що збігається з рискою протягом 1 хв вимірювання, множать на коефіцієнт нитки. Отримана величина і є СНС1. Обертаючи трубки, знову встановлюють лімб на нульову поділку, що збігається з рискою, і включають секундомір. Через 10 хв включають двигун до визначають величину СНС10. Після закінчення вимірювання виливають рідину, знімають підвісну систему, промивають водою циліндр і стакан до повного видалення залишків промивної рідини і витирають насухо.
Перевірка приладу зводиться до калібрування пружною нитки відповідно до інструкції, яка додається до приладу. Істотним недоліком приладу є легкість пошкодження нитки. При підвісці вимірювальної частини і її зняття необхідно попереджати перегин нитки.
Методика вимірювання побічно моделює утримує здатність промивної рідини. Замість утримання частки породи, що знаходиться в рідині, від падіння під дією сили тяжіння затримують обертання підвісного циліндра за допомогою пружної нитки.
З приладів, що вимірюють максимальне напруження зсуву методом тангенціального зміщення знаходиться в досліджуваній рідині пластинки, за останні роки набув поширення для лабораторних досліджень прилад Вейлера-Ребиндера.
У посудину 1 з досліджуваної рідиною занурюється прямокутна рифлена пластинка 2 з алюмінію або пластмаси. За допомогою жорсткої тяги 8 платівка підвішена до пружини-динамометру 4. Посудина 1 встановлюється на рухомий столик 7. При опусканні сто лику 7 разом з посудиною 1 через сил взаємодії між рифленою платівкою і рідиною пружина динамометра розтягується, так як в системі виникає напруга зсуву. Величина розтягування пружини відлічується по мікрошкале 5 і вимірюється за допомогою мікроскопа 6, забезпеченого окулярним мікрометрів. Напруга зсуву обчислюється за формулою
де F - розтяжне зусилля; S - бокова поверхня рифленою пластинки.
Для визначення міцності структури розчину застосовується також прилад, званий шірометром. Міцність структури вимірюється цим приладом в фунтах на 100 кв. футів площі, результати відраховуються за спеціальною шкалою.
Величина статичної напруги зсуву визначає можливість утримання в підвішеному стані частинок шламу і утяжелителя при зупинках циркуляції промивної рідини. Очевидно, що для забезпечення цієї можливості величина статичного напруги зсуву повинна перевищувати величину зусилля, створюваного вагою частинок вибуренной породи або утяжелителя. В іншому випадку ці частинки при відсутності циркуляції промивної рідини будуть осідати в привибійну частину свердловини, що в кінцевому підсумку може призвести до прихопивши бурового снаряда шламом. Однак зі збільшенням статичної напруги зсуву погіршуються умови самоочищення промивної рідини від шламу на поверхні, а також віз розтане величина імпульсів тиску на забій і стінки свердловини при ініціюванні течії промивної рідини (при пуску насоса) і при проведенні СПО, що, в свою чергу, підвищує ймовірність флюідопроявпеній, порушень стійкості стінок свердловин, гідророзривів пластів і поглинань промивної рідини. Таким чином, величина статичного напруги зсуву повинна бути мінімальною, але достатньою для утримання в підвішеному стані впокоящейся промивної рідини частинок вибуренной порід і утяжелителя.
Для оцінки характеру наростання міцності структури в часі вимірювання роблять через 1 хв (СНС1) і 10 хв (СНС10) спокою. Крім названих показників структурно-механічні властивості промивних рідин характеризують і коефіцієнтом тиксотропії
Необхідна величина статичного напруги зсуву через 1 хв (СНС1. ДаПа) може бути визначена за такою формулою:
СНС1> 5 [2 - ехр (- 110 d)] d (r п - r)
де d - умовний діаметр характерних частинок вибуренной породи, м; r п. r - щільність відповідно породи і промивної рідини, кг / м 3.
За рекомендаціями, Кт = 1 -2, тобто величина СНС1 не повинна перевищувати величину СНС10 більш ніж в два рази, при цьому перевагу слід віддавати промивання рідин, коефіцієнт тиксотропії яких близький до одиниці.