Вискозиметра ротационного типа Fann модели 35-SA
Ротационный вискозиметр типа Fann Viscometer модели 35-SА предназначен для определения реологических свойств ньютоновских и ньютоновских жидкостей при атмосферном давлении и температуре до 90 0С.
В основном используются три скорости: для измерения пластической вязкости hпл. и предельного динамического напряжения сдвига t0 наружный цилиндр вращается со скоростью 600 об/мин. и 300 об/мин.. Для измерения предельного статического напряжения сдвига используется минимальная скорость – 3 об/мин. (переключение скоростей указано на схеме, изображенной на верхней части прибора и при помощи тумблера, расположенного на нижней плите справа).
Принцип действия прибора основан на измерении сдвиговых напряжений в контролируемой жидкости, расположенной между вращающимся цилиндром и измерительным цилиндром, связанным с цилиндрической пружиной кручения.
Основной особенностью прибора типа Fann VG-35 является то, что указанные на шкале прямые отсчеты углов закручивания внутреннего цилиндра (балансира) при различных скоростях вращения наружного цилиндра легко преобразовать в реологические показатели, не используя для этого каких-либо коэффициентов и констант прибора.
Рабочий стакан внутри имеет линию уровня, до которой заливается испытуемый раствор (V=350 мл). В свою очередь линия, прочерченная на наружной стороне вращающегося цилиндра, указывает глубину погружения его в испытуемый раствор. Выше этой линии погружение вращающегося цилиндра запрещается.
Вращающийся цилиндр снимается путем плавного выкручивания вниз.
Переключение скоростей вращения наружного цилиндра осуществляется без отключения электродвигателя.
Порядок работы.
Рабочий стакан с залитым испытуемым раствором до обозначенной линии устанавливается в штатив и закрепляется винтом в таком отложении, чтобы уровень раствора в стакане совместителя с обозначенной линией на наружном вращающемся цилиндре.
Убедившись в правильности сборки, прибор включает в электросеть (через ЛАТР).
При измерении пластической вязкости и предельного динамического напряжения сдвига испытуемый раствор перемешивается при скорости вращения 600 об/мин. с целью разрушения структуры, а затем снимают устойчивые показания углов закручивания шкалы прибора при 600 и 300 об/мин. За устойчивые показания углов закручивания принимаются углы, величина которых при вращении наружного цилиндра в течение 3 минут не изменяется.
Измерение параметров.
При нулевом положении регулятора скоростей оборотов (красный шарик) рукоятку тумблера из нейтрального положения включает «на себя» и, получив скорость вращения наружного цилиндра в 600 об/мин., выдерживают ее до тех пор, пока угол закручивания лимба не стабилизируется. Показание шкалы снимается через «глазок» и фиксируется в журнале для дальнейших расчетов –П600. Затем, не выключая электромотора, переключают тумблер «от себя» и продолжают вращение наружного цилиндра со скоростью 300 об/мин. до получения стабильно установившихся показаний на шкале. Их также записывают в журнал – П300.
Искомые величины hпл. и t0 определяют по приведенным ниже формулам:
hпл=П600 –П300 ( в сантипуазах)
t0= П300-hпл ( в фунт/100 кв. футов); х 4,8=t0 в дПа
Иногда, для сравнительной оценки реологических свойств жидкости, используется понятие «кажущаяся вязкость», величина которой в прямой зависимости от значения градиентов скорости сдвига, при которой производится измерение. Кажущаяся вязкость m, равна показанию прибора при скорости вращения 600 об/мин. деленному на 2:
hэф.=П600/2 ( в сантипуазах, мПас)
Для измерения предельного статического напряжения сдвига, исследуемый раствор подвергается тщательному перемешиванию при скорости вращения 600 об/мин. (в течение 1 мин.). Затем, переключив скорость вращения на 3 об/мин. (путем поднятия красного шарика из нулевого положения на 3 см вверх), выключают электромотор, оставляют раствор в покое на нужное время (10 мин. и 10 с ) тиксотропного упрочнения, после чего включают мотор и снимают показания шкалы в момент разрыва геля (максимальное значение, предшествующее разрушению структуры). Прочность геля (СНС) измеряется в фунт/100 кв. футов. Буровые растворы в диапазоне скоростей сдвигов, развиваемых в скважине являются псевдопластичными и подчиняются степенному реологическому закону (модель Оствальда-де Ваале):
t=Кgn
где t - напряжение сдвига;
g - скорость сдвига;
К – показатель консистенции, характеризующий степень разжиженности материала. Чем выше «К», тем более вязкой является жидкость;
n – параметр, характеризующий отклонение физических свойств материала от поведения ньютоновской жидкости. Чем «n» меньше единицы (n<1), тем более псевдопластична жидкость.
Для оценки реологических свойств с помощью степенного закона, на основании реометрических показателей строится график t=f(g) и двойных логарифмических координатах.
Величина «n» на графике есть угол наклона фигуративной линии к оси напряжения, а «К» есть отрезок, отсекаемый этой линией на оси напряжений.
Конструкция вискозиметров, используемых в бурении такова, что позволяет делать расчеты «К» и «n» по простейшим формулам
и n=3,32 lg 
где t1 и t2 показатели реометра (Фанн), причем t2 взято при числе об/мин. в 2 раза больше, чем для t1, N1 – число оборотов;
t - показания шкалы реометра (Фанн), полученные при скорости сдвига g