Вязкость дисперсионной среды

Изменение вязкости дисперсионной среды приводит к изменениям вязкости самого бурового раствора. А это в свою очередь связано с изменением реологических характеристик, гидродинамических сопротивлений и давлений в циркуляционной системе скважины, которые влияют на механическую скорость бурения и проходку на долото.

При бурении горные породы претерпевают механическое, физико-химическое и гидродинамическое воздействие бурильного инструмента и бурового раствора. Влияние бурового раствора, в частности, его вязкости и структурно-механических свойств на процесс бурения горных пород обусловлено расходом подаваемой на забой жидкости, скоростью ее истечения из отверстий долота, энергией удара струй жидкости по забою. Эти факторы влияют на буримость горных пород и технические показатели бурения. Особенно это сказывается при использовании воды с минимальной вязкостью и глинистого раствора, обладающего как вязкостными, так и структурирующими свойствами.

Для регулирования вязкостных характеристик бурового раствора используются ряд реагентов - понизителей вязкости и загустителей в зависимости от назначения бурового раствора.

Конечно, немаловажную роль в изменении вязкости глинистого раствора играют свойства и количество дисперсной фазы, но активную роль на динамические характеристики оказывают свойства дисперсион­ной среды, содержащей тот или иной реагент обработки. Одной из значимых характеристик является вязкость дисперсионной среды.

Вязкость вещества является мерой внутренних сил, которые сопротивляются его течению. Течение вещества вызывают действующие на него усилия, например, сдвиговая нагрузка. Различают ньютоновские жидкости, скорость течения которых прямо пропорциональна силе или давлению, вызывающим течение. Закон вязкого трения Ньютона - касательное напряжение сдвига прямо пропорционально градиенту скорости (1):

(1)

и неньютоновские жидкости, поведение которых отклоняется от указанной закономерности. Зависимость скорости движения неньютоновских жидкостей от приложенного напряжения сдвига имеет сложный характер; строго говоря, между градиентом скорости жидкости и напряжением сдвига нет линейной зависимости (2):

. (2)

Существует несколько причин, вызывающих неньютоновский характер течения жидкостей. Одна из них - взаимодействие молекул дисперсионной среды (например, в полимерах) или взаимодействие молекул дисперсионной среды и молекул растворённого вещества, сопровождающееся образованием вторичной структуры.

Дисперсионные среды для приготовления буровых растворов в основном - неньютоновские жидкости.

Различают несколько видов вязкостных характеристик жидкостей: динамическая (эффективная), структурная (пластическая), характеристическая, кинематическая и др.

Раздел реологии, теоретически и экспериментально устанавливающий основные закономерности деформирования и течения тел, называется вискозиметрией, а приборы для измерения вязкости называются вискозиметрами. Существует большое число конструкций вискозиметров, но наиболее употребительны вискозиметры истечения и ротационные. В данной работе предлагается замерить вязкость дисперсионных сред на вискозиметрах истечения с использованием метода истечения через капилляр и метод падающего шарика.

Коэффициент вязкости m определяется уравнением (3):

, (3)

где F - сила на единицу площади;

m - cвязан с тем, что если F направлена в сторону возрастания y, то скорость w_y уменьшается в последующих слоях по мере удаления от движущейся плоскости и отрицательно.

В системе СИ единицей вязкости является паскаль×секунда (Па×с).

Жидкость имеет вязкость 1 Па×с, если для сдвига плоскости площадью 1м ² параллельно другой плоскости, расположенной на расстоянии 1 м от первой, со скоростью 1 м/с требуется сила 1 Н.

1 Н = 1 кг×м/с², поэтому 1 Па×с = 1 кг/м×с

В системе СГС единицей вязкости является пуаз (П), имеющий размерность г/с×см; 0,1 Па×с = 1 П.

---

Дата добавления: 2015-07-12