NO134852B

NO134852B -

Info

Publication number: NO134852B
Application number: NO4684/72A
Authority: NO
Inventors: W J Weiss
Original assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-12-19
Publication date: 1976-09-13
Also published as: GB1363206A; NO134852C; NL7217340A; US3777551A; DE2257880A1

Description

Oppfinnelsen angår et apparat for å bestemme plastisk viskositet og flytegrense for boreslam under boring ved hjelp av minst to rotasjonsviskosimetre som kontinuerlig forsynes med en strøm av boreslam fra samme kilde, og detektering av skjærspenningen av boreslammet ved valgte rotasjonshastigheter, The invention relates to an apparatus for determining the plastic viscosity and yield strength of drilling mud during drilling using at least two rotary viscometers which are continuously supplied with a flow of drilling mud from the same source, and detection of the shear stress of the drilling mud at selected rotation speeds,

samt utledning av et elektrisk signal i samsvar med skjærspenningen, idet de respektive valgte omdreiningshastigheter fra de to viskosimetre under drift er forskjellige. as well as deriving an electrical signal in accordance with the shear stress, the respective selected rotational speeds from the two viscometers during operation being different.

Ved boring etter olje og gass er de mest viktige fak-torer å overvåke egenskapene for boreslammet. Blant mange anvendelser av boreslam er følgende: Anvendelse som smøre-middel for borkronen. For å bringe borematerialet opp til overflaten, for å tilveiebringe en slamkake på vanngjennomtrenge-lige veggseksjoner, for å tilveiebringe tilstrekkelig trykk for å hindre utblåsing. Slammet er en blanding av væske, vanligvis vann, og tilleggsstoffer som er ønskelig for riktig overvåkning av borehullet. Tilleggsstoffene omfatter faste stoffer som kan suspenderes i væsken. Som følge av slammets karakter følger dets egenskaper lovene for plastisk strømning. Karakteristiske egenskaper ved boreslammet er dets øyensynlige viskositet, plastiske viskositet og flytegrensen. I vanlig praksis bestemmes disse egenskaper av den som borer fra tid til annen under boringen ved at det'tas prøver av slammet og disse prøver måles i et viskosimeter eller en Marsh-trakt. When drilling for oil and gas, the most important factors are to monitor the properties of the drilling mud. Among the many uses of drilling mud are the following: Use as a lubricant for the drill bit. To bring the drilling material to the surface, to provide a mud cake on water permeable wall sections, to provide sufficient pressure to prevent blowout. The mud is a mixture of liquid, usually water, and additives that are desirable for proper monitoring of the borehole. The additives include solids that can be suspended in the liquid. Due to the nature of the sludge, its properties follow the laws of plastic flow. Characteristic properties of the drilling mud are its apparent viscosity, plastic viscosity and yield point. In normal practice, these properties are determined by the driller from time to time during drilling by taking samples of the mud and these samples are measured in a viscometer or a Marsh funnel.

Et viskosimeter som er typisk for dette formål er et Fann-viskosimeter. A typical viscometer for this purpose is a Fann viscometer.

Et Fann-viskosimeter omfatter en prøvekopp for A Fann viscometer includes a sample cup for

slammet ved en roterende hylse som er anordnet i koppen og et rotasjonslegeme som er anordnet inne i- hylsen. Ved inn- the sludge by a rotating sleeve arranged in the cup and a rotating body arranged inside the sleeve. Upon in-

byrdes dimensjonering av bestanddelene og et bestemt om-dreiningstall kan det utledes- forholdsverdier for øyensynlig bearing in mind the dimensioning of the components and a specific number of revolutions, it is possible to derive ratio values for apparent

viskositet, plastisk viskositet og flytegrensen av boreslam ved kalibrering av en skala som er festet på rotasjonslegemet. Por å bestemme egenskapene av bores 1amprøver er det nødvendig med ca. 10-25 minutter mens boringen fortsetter. En del av denne tid går med til målinger med forskjellige omdreiningshastigheter og rutinen som følges for de thixotropiske verdier nødvendiggjør at væsken i prøven bibeholdes tilstrekkelig lenge til at de thixotropiske krefter når likevekt . viscosity, plastic viscosity and the yield point of drilling mud by calibrating a scale attached to the rotary body. Por to determine the properties of bores 1am samples, it is necessary with approx. 10-25 minutes while drilling continues. Part of this time is used for measurements with different rotational speeds and the routine followed for the thixotropic values necessitates that the liquid in the sample is retained long enough for the thixotropic forces to reach equilibrium.

Nødvendigheten av måling og teknikk for målingen som ovenfor angitt er behandlet i detalj i kapittel 2 og 6 i boken "Composition and Properties of Oil Well Drilling Fluids" av Walter F. Rogers (Gulf Publishing Co. 1963). Som angitt der oppnås viskosimetermålinger for slamprøver en omdreiningshastighet på 300 og 600 omdreininger pr. min. for et Fann-viskosimeter. Den plastiske viskositet ^up' i cP er lik differansen ved målingene med 600 og 300 omdreininger pr. min. slik at: The necessity of measurement and the technique of measurement as indicated above are discussed in detail in Chapters 2 and 6 of the book "Composition and Properties of Oil Well Drilling Fluids" by Walter F. Rogers (Gulf Publishing Co. 1963). As indicated there, viscometer measurements for sludge samples are achieved at a rotation speed of 300 and 600 revolutions per minute. my. for a Fann viscometer. The plastic viscosity ^up' in cP is equal to the difference in the measurements with 600 and 300 revolutions per revolution. my. so that:

Flytegrensen Y er lik måleresultatet for plastisk viskositet ved 300 omdreininger pr. minutt minus den 'plastiske viskositet, eller: The yield strength Y is equal to the measurement result for plastic viscosity at 300 rpm. minute minus the 'plastic viscosity, or:

Sluttelig er den øyensynlige viskositet ,u "lik halvparten av måleresultatet ved 600 omdreininger pr. min., eller: Finally, the apparent viscosity ,u "is equal to half of the measurement result at 600 revolutions per minute, or:

Mens det hittil er foreslått å bestemme skjærspenningen av et fluidum som bryter sammen ved samtidig måling av skjærspenningen ved to forskjellige viskosimeterhastigheter, har man ikke hatt noen muligheter for å utlede reologiske parametere for slammet direkte og kontinuerlig under boring. While it has so far been proposed to determine the shear stress of a fracturing fluid by simultaneously measuring the shear stress at two different viscometer speeds, there has been no opportunity to derive rheological parameters for the mud directly and continuously during drilling.

Ved boring er dybden av boret kjent og den tid slammet har for å nå bunnen av borehullet og vende tilbake igjen kan beregnes. Boreslammet vil ved tilbakevending til overflaten føre med seg borematerialet. Også gass eller hydrokarboner kan føres med slamstrømmen og derved påvirke vekten av slammet. When drilling, the depth of the drill is known and the time the mud has to reach the bottom of the borehole and return again can be calculated. When the drilling mud returns to the surface, it will carry the drilling material with it. Gas or hydrocarbons can also be carried with the sludge flow and thereby affect the weight of the sludge.

Ved kontinuerlig prøvetaking av slammet kan forskjellige egenskaper utledes kontinuerlig og det kan sørges for indi-' kering av slamegenskapene .såvel som avvikelser som skyldes gass eller hydrokarboner som.er kommet inn i slamstrømmen. By continuous sampling of the sludge, various properties can be derived continuously and provision can be made for the indication of the sludge properties, as well as deviations due to gas or hydrocarbons that have entered the sludge flow.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe et apparat for kontinuerlig prøvetaking og registrering av bore-slamegenskaper under boringen. The purpose of the invention is to provide an apparatus for continuous sampling and recording of drilling mud properties during drilling.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at hvert viskosimeter har en prøvekopp med en sylindrisk del og en traktformet konisk bunndel, en perforert skillevegg for å fordele boreslamstrømmen ved overkant av bunndelen som er forsynt med et ledelegeme i form av en avkortet kjegle som med sin minste flate vender mot en åpning i bunndelens nederste parti og i flukt med denne, en innretning for kombinering av signalene, omfattende en første motstand som er forbundet over utgangen fra viskosimetret med minst omdreiningshastighet, en andre og en tredje motstand av samme verdi som er forbundet i serie over utgangen fra viskosimeteret med størst omdreiningshastighet, idet den første motstand har en verdi som er to ganger verdien av den andre eller tredje motstand, og en innretning som utleder et første elektrisk signal som er proporsjonalt med spenningsforskjellen i utgangen fra de to viskosimetre, og representerer plastisk viskositet. This is achieved according to the invention by each viscometer having a sample cup with a cylindrical part and a funnel-shaped conical bottom part, a perforated partition wall to distribute the drilling mud flow at the upper edge of the bottom part which is provided with a guide body in the form of a truncated cone which with its smallest surface faces towards an opening in the lower part of the bottom part and flush with this, a device for combining the signals, comprising a first resistance which is connected across the output of the viscometer with the lowest rotational speed, a second and a third resistance of the same value which are connected in series above the output from the viscometer with the highest rotational speed, the first resistance having a value twice the value of the second or third resistance, and a device which derives a first electrical signal proportional to the voltage difference in the output from the two viscometers, and represents plastic viscosity.

Apparat ifølge oppfinnelsen gjør bruk av to Fann-viskosimetere som drives synkront med hylseomdreiningstall på 300 og 600 omdreininger pr. minutt. Utgangssignalet fra dette viskosimeteret tilføres et elektrisk nettverk for å oppnå en samtidig indikering av øyensynlig viskositet, plastisk viskositet og flytegrense for en opptegningsinnretning med flere skriveorganer, samt forholdet mellom plastisk viskositet og flytegrensen. Prøvetakningen skjer kontinuerlig ved at en slamprøve kontinuerlig tilføres koppene i et strømningssystem som omfatter en forholdsvis sugefri skruepumpe med liten kapasitet. Det som renner over koppene returneres til prøven. Koppene har tilstrekkelig størrelse til å tillate tilstrekkelig sirkulasjon og allikevel ikke større enn å tillate at slammet blir stillestående. Den roterende hylse har en utspart del for å tillate fritt overløp og utmatning av prøvedeler av slammet. En Bingham modell for forhåndsbestemmelse av strøm-ningskarakteristikkene,for'slam er basert på et lineært forhold mellom skjærspenningen og skjærforholdet med en bestemt skjærspenning ved skjærforholdet 0. Ifølge oppfinnelsen anvendes en slik Bingham modell. Apparatus according to the invention makes use of two Fann viscometers which are operated synchronously with sleeve revolutions of 300 and 600 revolutions per minute. minute. The output signal from this viscometer is supplied to an electrical network to obtain a simultaneous indication of apparent viscosity, plastic viscosity and yield point for a recording device with multiple writing means, as well as the relationship between plastic viscosity and yield point. Sampling takes place continuously by continuously supplying a sludge sample to the cups in a flow system that includes a relatively suction-free screw pump with a small capacity. What overflows the cups is returned to the sample. The cups are of sufficient size to allow adequate circulation and yet no larger than to allow the sludge to become stagnant. The rotating sleeve has a recess to allow free overflow and discharge of sample portions of the slurry. A Bingham model for predetermining the flow characteristics for mud is based on a linear relationship between the shear stress and the shear ratio with a specific shear stress at the shear ratio 0. According to the invention, such a Bingham model is used.

For analyse av slamegenskapene anvendes også en kjent' energimodell. Denne modell angir også en bestemt skjærspenning ved et skjærforhold 0 men det er her ikke noe lineært forhold mellom skjærspenningen og skjærforholdet.- Dette ulineære forhold er imidlertid jevnt og kan forhåndsbestemmes og når det anvendes viskosiraetere med en omdreiningshastighet på 50, 100, 200, 300 og 600 omdreininger pr. minutt kan forholdet bestemmes innenfor rimelige grenser på samme måte som for Bingham modellen. A known energy model is also used for analysis of the sludge properties. This model also indicates a specific shear stress at a shear ratio of 0, but here there is no linear relationship between the shear stress and the shear ratio.- However, this non-linear relationship is uniform and can be predetermined and when viscosiraeters are used with a rotation speed of 50, 100, 200, 300 and 600 revolutions per minute, the ratio can be determined within reasonable limits in the same way as for the Bingham model.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av Further features of the invention will be apparent from

kravene 2-5. requirements 2-5.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser skjematisk et apparat ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk og mere detaljert en del av The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. Fig. 1 schematically shows an apparatus according to the invention. Fig. 2 shows schematically and in more detail a part of

apparatet på fig. 1. the device in fig. 1.

Fig. 3 viser et tverrsnitt av en del av apparatet Fig. 3 shows a cross-section of part of the apparatus

ifølge oppfinnelsen. according to the invention.

Fig. 4 viser et snitt langs linjen IV-IV på fig. 3. Fig. 5 viser et elektrisk koplingsskjema for apparatet ifølge oppfinnelsen. Eksempler på fig. 1 viser et borehull 10 som- strekker seg gjennom jordformasjoner av forskjellig art og dannes ved hjelp av et borhode 11.. Borhodet 11 er anordnet i den nedre ende av en borstamme 13 som består av deler av rør som er - koplet med hverandre. Den øvre del av borehullet 10 er forsynt med hus 14 som er støpt på plass. I den øvre del av borehullet 10 strekker borstammen seg gjennom en åpning i huset 14 og et borhode er anordnet over en slamreturledning 15-Slamreturledningen 15 er koplet med huset 14 for å lede retur-slammet til en rystmekanisme 23 og til en opptaksbeholder 24. Fig. 4 shows a section along the line IV-IV in fig. 3. Fig. 5 shows an electrical connection diagram for the device according to the invention. Examples of fig. 1 shows a borehole 10 which extends through soil formations of different kinds and is formed with the help of a drill head 11. The drill head 11 is arranged at the lower end of a drill stem 13 which consists of parts of pipes which are connected to each other. The upper part of the borehole 10 is provided with housing 14 which is cast in place. In the upper part of the borehole 10, the drill stem extends through an opening in the housing 14 and a drill head is arranged above a mud return line 15 - The mud return line 15 is connected to the housing 14 to guide the return mud to a shaking mechanism 23 and to a collection container 24.

Over huset lH er anordnet en drivinnretning som er vist skjematisk med 16. Drivinnretningen 16 tjener til å rotere borstammen og borkronen i borehullet. Borstammen er i A drive device is arranged above the housing 1H, which is shown schematically at 16. The drive device 16 serves to rotate the drill stem and the drill bit in the borehole. The drill stem is in

den øvre ende forbundet med dreieledd 17 som er opphengt i the upper end connected to pivot joint 17 which is suspended in

en krok 18 i en ikke vist blokk. Blokken og kroken bærer borstammen på vanlig måte. En reguleringsinnretning 19 kan være forbundet med kroken 18 ved hjelp av en kopling 20 a hook 18 in a block not shown. The block and hook carry the drill stem in the usual way. A regulation device 19 can be connected to the hook 18 by means of a coupling 20

slik at dybden av borehullet eller lengden av borstammen kan bestemmes hurtig. Et innløpsrør 21 for slammet er koplet til borhodet 17 fra en slampumpe 22 slik at slam kan pumpes gjennom borstammen 13 til borkronen 11 og returnere via det ringformede rom mellom borehullveggen og borstammen til slamreturledningen 15. Slamreturledningen 15 er koplet med en rysteinnretning 2 3 som fjerner borematerialet fra slammet og fører slammet tilbake til opptaksbeholderen 24. Slampumpen 22 kan tilføre slam fra opptaksbeholderen 24. so that the depth of the borehole or the length of the drill stem can be determined quickly. An inlet pipe 21 for the mud is connected to the drill head 17 from a mud pump 22 so that mud can be pumped through the drill stem 13 to the drill bit 11 and returned via the annular space between the borehole wall and the drill stem to the mud return line 15. The mud return line 15 is connected to a shaking device 2 3 that removes the drilling material from the mud and leads the mud back to the intake container 24. The mud pump 22 can supply mud from the intake container 24.

Som vist i fig. 1 er det anordnet et prøvetaknings-rør 25 som er koplet med slamreturledningen 15 og fører til en toveisventil 26. Et annet prøvetakningsrør 27 som er koplet med innløpet for pumpen 22 er også forbundet med ventilen 26. Uavhengig av stedet for ventilen 26 kan enten røret 25 eller 27 koples til en prøvetakningspumpe 28. Slam-prøven fra røret 25 representerer slamforhold etter retur fra borehullet mens prøvetakningsrøret 27 representerer slamforhold ved inngangen til borehullet. As shown in fig. 1, a sampling pipe 25 is arranged which is connected to the sludge return line 15 and leads to a two-way valve 26. Another sampling pipe 27 which is connected to the inlet for the pump 22 is also connected to the valve 26. Regardless of the location of the valve 26, either the pipe 25 or 27 is connected to a sampling pump 28. The mud sample from pipe 25 represents mud conditions after returning from the borehole, while the sampling pipe 27 represents mud conditions at the entrance to the borehole.

Pumpen 2 8 leverer en langsom strøm av slam til et rør 29 som er delt i to grener 29a og 29b som er forbundet med hver sin prøvekopp 30 resp. 40. The pump 28 delivers a slow flow of sludge to a pipe 29 which is divided into two branches 29a and 29b which are each connected to a sample cup 30 or 40.

Tilførselshastigheten av slam må være tilpasset størrelsen av koppen slik at det oppnås tilnærmet likevekt av de thixotropiske krefter. Rørsystemet leverer en prøve fra den samme kilde til begge koppene samtidig. The supply rate of sludge must be adapted to the size of the cup so that an approximate equilibrium of the thixotropic forces is achieved. The piping system delivers a sample from the same source to both cups simultaneously.

Koppene 30 og 40 er like i utførelse og er anordnet i en beholder 50 som har en returledning 51 til opptaksbeholderen 24. Koppene 30 og 40 er en del av Fann-viskosimeterne som er forbundet med en registreringsanordning 52. Registrer-ingsanordningen 52 har en film eller et bånd 53 som drives som funksjon av tiden og kontinuerlig mottar viskositetinformasjoner fra viskosimeterne. Hvis ønskelig kan anordningen 52 drives som funksjon av dybden av borehullet eller som en kombinasjon av tiden og dybden. En sammenligning av disse funksjoner av boringen og prøvene kan utføres etter ønske av den som utfører målingene. Som det skal forklares nærmere nedenfor er forholdet mellom viskosimeterne slik at øyensynlig viskositet, plastisk viskositet, flytegrense og forholdet mellom plastisk viskositet og flytegrensen for slammet måles kontinuerlig og registreres som funksjon .av boringen. The cups 30 and 40 are similar in design and are arranged in a container 50 which has a return line 51 to the recording container 24. The cups 30 and 40 are part of the Fann viscometers which are connected to a recording device 52. The recording device 52 has a film or a belt 53 which is operated as a function of time and continuously receives viscosity information from the viscometers. If desired, the device 52 can be operated as a function of the depth of the borehole or as a combination of time and depth. A comparison of these functions of the borehole and the samples can be carried out at the request of the person carrying out the measurements. As will be explained in more detail below, the relationship between the viscometers is such that apparent viscosity, plastic viscosity, yield point and the ratio between plastic viscosity and the yield point of the mud are continuously measured and recorded as a function of the drilling.

Som vist på fig. 2 inneholder apparatet to viskosimetere 31 og 4l. Disse viskosimetere er av Fann-typen og omfatter prøvekopper 30 og 40, roterende sylindre 3'4 og 44 ■vog torsjonsrotasjonslegemer 33 og 43. Rotasjonssylinderne 34 og 44 er anbragt inne i koppene og under det øvre nivå 32 resp. 42 av koppene. Drivinnretningen 36 for sylinderen 34 er koplet med et tannhjul 37, og drivdelen 46 for sylinderen 44 er koplet med et tannhjul 47. Tannhjulene 37 og 47 drives av en felles motor 39 ved hjelp av et tannhjul 38. Forholdet mellom tannhjulene 37 og 47 er 2:1, slik at når viskosimeter-sylinderen 32 gjør 600 omdreininger pr. minutt, gjør viskosi-metersylinderen 42 300 omdreininger pr. minutt. As shown in fig. 2, the apparatus contains two viscometers 31 and 4l. These viscometers are of the Fann type and comprise sample cups 30 and 40, rotating cylinders 3'4 and 44 and torsional rotating bodies 33 and 43. The rotating cylinders 34 and 44 are placed inside the cups and below the upper level 32, respectively. 42 of the cups. The drive device 36 for the cylinder 34 is connected to a gear 37, and the drive part 46 for the cylinder 44 is connected to a gear 47. The gears 37 and 47 are driven by a common motor 39 by means of a gear 38. The ratio between the gears 37 and 47 is 2 :1, so that when the viscometer cylinder 32 makes 600 revolutions per minute, the viscometer cylinder makes 42,300 revolutions per minute.

Mellom de roterende sylindre 34 og 44 og drivdelene Between the rotating cylinders 34 and 44 and the drive parts

36 og 46 er det utsparinger 35 resp. 45 til under nivået 32 resp. 42 for å tillate gjennomstrømning av slam mellom legemet og sylinderen. Slamstrømmen gjennom koppen forløper mellom målesylinderen og rotasjonslegemet. Den geometriske utformning mellom delene 34 og 36 resp. 44 og 46 kan være forskjellig hvilket er klart for fagmannen. Utsparingene må ikke dempe strømmen gjennom måledelen og må være tilstrekkelig over denne slik at den ikke påvirker resultatet av målingene. 36 and 46 there are recesses 35 or 45 to below level 32 or 42 to allow mud to flow between the body and the cylinder. The mud flow through the cup runs between the measuring cylinder and the rotary body. The geometric design between the parts 34 and 36 resp. 44 and 46 can be different, which is clear to the person skilled in the art. The recesses must not dampen the current through the measuring part and must be sufficiently above this so that it does not affect the result of the measurements.

Ved bunnen av sylinderen i hver kopp er anordnet en perforert plate 54 som sentralt bærer et ledelegeme 55- Ledelegemet 55 er anordnet ved bunnen av en avskåret kjegle 56 At the bottom of the cylinder in each cup is arranged a perforated plate 54 which centrally carries a guide body 55 - The guide body 55 is arranged at the bottom of a truncated cone 56

som danner bunnen i prøvekoppen og den smale enden av kjeglen 56 er forbundet med tilførselsrørene 29a resp. 29b som er forbundet med pumpen 28. Koppene 30 og 40 er anordnet i be-holderen 50 slik at det som strømmer ut av hver kopp returneres til slamopptaksbeholderen. Pumpen 28 er koplet med ventilen 26 som kan tilføre slam enten fra slamtilførselen 25 eller fra slamreturen 27. which forms the bottom of the sample cup and the narrow end of the cone 56 is connected to the supply pipes 29a resp. 29b which is connected to the pump 28. The cups 30 and 40 are arranged in the container 50 so that what flows out of each cup is returned to the sludge collection container. The pump 28 is connected to the valve 26 which can supply sludge either from the sludge supply 25 or from the sludge return 27.

På fig. 3 og 4 er vist ytre detaljer ved viskosimetere. In fig. 3 and 4 show external details of viscometers.

Fig. 3 viser koppen 30 med en sylindrisk vegg 58 med en øvre kant 59 og en nedre kant som går over i en avskåret kjegle 56. Fig. 3 shows the cup 30 with a cylindrical wall 58 with an upper edge 59 and a lower edge which transitions into a truncated cone 56.

I den smale ende av kjeglen er ført inn innløpsrøret 29a. I overgangen mellom sylinderen 58 og kjeglen 56 er anordnet en plate 5^ med perforeringer 60. Sentralt under platen 54 er anordnet en stamme 55 som i den nedre ende bærer et ledelegeme 61 i form av en avkortet kjegle. Ledelegemet 61 er anordnet overfor innløpet 29a og tjener til å spre den inn-kommende strøm av slam og hindre kanaldannelse. Koppen 40 har lignende utformning som koppen 30. The inlet pipe 29a is introduced into the narrow end of the cone. In the transition between the cylinder 58 and the cone 56, a plate 5^ with perforations 60 is arranged. Centrally below the plate 54 is arranged a stem 55 which at the lower end carries a guide body 61 in the form of a truncated cone. The guide body 61 is arranged opposite the inlet 29a and serves to disperse the incoming flow of sludge and prevent channel formation. The cup 40 has a similar design to the cup 30.

Koppen tilføres kontinuerlig prøver ved hjelp av en forholdsvis sugefri skruepumpe 28 med liten kapasitet. Koppen 30 har tilstrekkelige dimensjoner til å tillate sirkulasjon uten kanalisering eller uten at slammet setter seg fast. Den perforerte plate 54 tillater en mere jevn strøm gjennom måledelen. The cup is continuously supplied with samples by means of a relatively suction-free screw pump 28 with a small capacity. The cup 30 has sufficient dimensions to allow circulation without channeling or without the sludge settling. The perforated plate 54 allows a more even flow through the measuring part.

Som vist på fig.3 og 4 har den roterende sylinder 34 hel vegg i området av rotasjonslegemet 33 og strekker seg noe over og under dette. Sylinderen 34 er anordnet midtveis mellom den øvre kant 59 og platen 54. Inne i sylinderen 34 er anordnet et sylindrisk konsentrisk rotasjonslegeme 33 som er forbundet med en stamme 62. Over legemet 33 er sylinder-veggen 34 forsynt med utsparinger 35a, 35b og 35c med jevne mellomrom. Den nedre del av utsparingen må befinne seg tilstrekkelig over legemet 33 slik at ikke målingene påvirkes. Kantene av forbindelsesdelene mellom utsparingene kan være avskrådd for å hindre oppbygning av slam. As shown in Fig. 3 and 4, the rotating cylinder 34 has an entire wall in the area of the rotating body 33 and extends somewhat above and below this. The cylinder 34 is arranged midway between the upper edge 59 and the plate 54. Inside the cylinder 34 is arranged a cylindrical concentric rotation body 33 which is connected to a stem 62. Above the body 33, the cylinder wall 34 is provided with recesses 35a, 35b and 35c with periodically. The lower part of the recess must be located sufficiently above the body 33 so that the measurements are not affected. The edges of the connecting parts between the recesses can be chamfered to prevent the build-up of sludge.

Under målingen anvendes et standard Fann-viskosimeter med en prøvekopp, en roterende sylinder og et rotasjonslegeme som nevnt ovenfor. Motoren roterer med 300 eller 600 omdreininger pr. minutt og kraften som utøves på rotasjonslegemet avleses på en skala. For et gitt eksempel var skalaen kalibrert i cP og angir den plastiske viskositetsverdi ved subtraksjon av målingen ved 300 omdreininger fra målingen ved 600 omdreininger pr. minutt. Flytegrensen bestemmes ved subtraksjon av den plastiske viskositetsverdi fra verdien ved 300 omdreininger pr. minutt. Den øyensynlige viskositet bestemmes ved å ta halvparten av verdien ved 600 omdreininger pr. minutt. Disse målinger kan oppnås samtidig ved apparatet ifølge oppfinnelsen. Målingene kan videre utføres automatisk og kontinuerlig. During the measurement, a standard Fann viscometer is used with a sample cup, a rotating cylinder and a rotating body as mentioned above. The motor rotates at 300 or 600 revolutions per minute and the force exerted on the rotating body is read on a scale. For a given example, the scale was calibrated in cP and indicates the plastic viscosity value by subtracting the measurement at 300 revolutions from the measurement at 600 revolutions per minute. minute. The yield strength is determined by subtracting the plastic viscosity value from the value at 300 revolutions per minute. The apparent viscosity is determined by taking half of the value at 600 rpm. minute. These measurements can be obtained simultaneously with the device according to the invention. The measurements can also be carried out automatically and continuously.

Fig. 5 viser resultatet av torsjonsmålingene fra rotasjonslegemet 33 og 34 i viskosimeterne som i form av likestrømssignaler tas fra omformere 70 og 71 for henholdsvis" 600 omdreininger pr. minutt og 300 omdreininger pr. minutt. Spenningen fra omformeren 70 leveres på ledninger 72 og 73 og spenningen fra omformeren 71 tilføres ledninger 74 og 75. Ledningene 73 og 75 er forbundet med hverandre.' Mellom ledningene 72 og 73 er anordnet to motstander 76 og"77 i serie. Mellom ledningene 74 og 75 er anordnet en motstand 78. Mot-standen 78 har samme verdi som summen av motstandene 76 og 77. Verdien av motstandene 76 eller 77 er minst 10 ganger større enn utgangsimpedansen for omformeren. Dette hindrer be-lastningsproblemer i å påvirke spenningsmålingen eller lineæriteten av omformeren. Fig. 5 shows the result of the torsion measurements from the rotating body 33 and 34 in the viscometers which in the form of direct current signals are taken from converters 70 and 71 for respectively "600 revolutions per minute and 300 revolutions per minute. The voltage from the converter 70 is supplied on lines 72 and 73 and the voltage from the converter 71 is supplied to lines 74 and 75. The lines 73 and 75 are connected to each other. Between the wires 72 and 73 two resistors 76 and 77 are arranged in series. A resistor 78 is arranged between the wires 74 and 75. The resistance 78 has the same value as the sum of the resistors 76 and 77. The value of the resistors 76 or 77 is at least 10 times greater than the output impedance of the converter. This prevents load problems from affecting the voltage measurement or the linearity of the converter.

For å oppnå en verdi for den plastiske viskositet gjøres det bruk av spenningsforskjellen mellom omformerne. Dette kan skje ved at utgangsspenningen på ledningene 72 og 74 tilføres et første galvanometer. Spenningen mellom ledningene 72 og 74 er lik spenningsforskjellen ved 600 omdreininger pr. minutt og 300 omdreininger pr. minutt og denne spenningsfor-skjell er proporsjonal med den plastiske viskositet. Galvanometeret merket Galvo 1 på fig. 5 vil derfor registrere den plastiske viskositet på en opptegningsinnretning. In order to obtain a value for the plastic viscosity, use is made of the voltage difference between the converters. This can happen by the output voltage on the lines 72 and 74 being supplied to a first galvanometer. The voltage between wires 72 and 74 is equal to the voltage difference at 600 revolutions per minute and 300 revolutions per minute and this stress difference is proportional to the plastic viscosity. The galvanometer labeled Galvo 1 in fig. 5 will therefore register the plastic viscosity on a recording device.

Da verdiene på motstandene 76 og 77 er den samme og spenningsfallet over de to motstander er lik målingen fra ' viskosimetere med 600 omdreininger pr. minutt, vil disse to motstander frembringe en spenningsdeling og spenningen mellom ledningen 75 fra omformeren 71 og forbindelsespunktet 79 mellom motstandene 76 og 77 vil;være lik halve spenningen ved 600 omdreininger pr. minutt. Som tidligere angitt er halve spenningen ved 600 omdreininger pr. minutt lik den øyensynlige viskositet / ,u a. Ved således å forbinde punktet 79 og de med hverandre forbundne ledninger 73 og 75 med et galvanometer kan man kontinuerlig måle den øyensynlige viskositet ved hjelp av galvanometere som er betegnet Galvo 3 på fig. 5. Since the values of resistors 76 and 77 are the same and the voltage drop across the two resistors is equal to the measurement from 'viscometers with 600 revolutions per minute, these two resistors will produce a voltage division and the voltage between the wire 75 from the converter 71 and the connection point 79 between the resistors 76 and 77 will be equal to half the voltage at 600 revolutions per minute. minute. As previously stated, half the voltage is at 600 revolutions per minute equal to the apparent viscosity / ,u a. By thus connecting point 79 and the interconnected wires 73 and 75 with a galvanometer, the apparent viscosity can be continuously measured by means of galvanometers designated Galvo 3 in fig. 5.

Det er kjent at flytegrensen er lik måleresultatet ved 300 omdreininger pr. minutt minus verdien av den plastiske viskositet. Flytegrensen kan derfor bestemmes ved å utlede spenningen mellom punktet 79 og ledningen 74 og doble måle-verdien. Den doblede måleverdi her tilføres så et galvanometer betegnet Galvo 2 på fig. 5. It is known that the yield point is equal to the measurement result at 300 rpm. minute minus the value of the plastic viscosity. The yield point can therefore be determined by deriving the voltage between point 79 and wire 74 and doubling the measured value. The doubled measured value here is then supplied to a galvanometer designated Galvo 2 in fig. 5.

Målesignalet for plastisk viskositet fra galvanometeret Galvo 1 og målesignalene for flytegrensen fra galvanometeret Galvo 2 tilføres en forholdsdetektor 80 som. utleder forholdet mellom plastisk viskositet og flytegrensen. Dette forholds-signål tilføres et galvanometer betegnet Galvo h på fig. 5-Ved å iaktta forholdet direkte er det mulig å bestemme når flokkulasjon opptrer i systemet. Flokkulasjon, dvs. at partiklene klumper seg sammen, og den relative grad av disper-sjon kan måles kvantitativt. The measurement signal for plastic viscosity from the galvanometer Galvo 1 and the measurement signals for the yield point from the galvanometer Galvo 2 are supplied to a ratio detector 80 which. derives the relationship between plastic viscosity and yield strength. This ratio signal is supplied to a galvanometer designated Galvo h in fig. 5-By observing the relationship directly, it is possible to determine when flocculation occurs in the system. Flocculation, i.e. that the particles clump together, and the relative degree of dispersion can be measured quantitatively.

Som vist på fig. 1 kan opptegningsinnretningen 52 drives av et urverk med mekanisk indikering slik at en film-eller papirstrimmel 53 beveges som funksjon av tiden ved hjelp av urverket med tidsmarkering på strimmelen. Hver av de opptegnede målinger for øyensynlig viskositet, flytegrense og plastisk viskositet tegnes da opp som funksjon av tiden. Fra tid til annen blir apparatet spylt med rent vann uten opp-løsende virkninger på slamsystemet. As shown in fig. 1, the recording device 52 can be operated by a clockwork with mechanical indication so that a film or paper strip 53 is moved as a function of time by means of the clockwork with time markings on the strip. Each of the recorded measurements for apparent viscosity, yield point and plastic viscosity is then plotted as a function of time. From time to time the device is flushed with clean water without dissolving effects on the sludge system.

Ved drift av apparatet blir opptegningsinnretningen startet slik at en tidsmarkering skjer samtidig med starten. Ikke viste.styreventiler leverer prøve av slammet til pumpen 22 avhengig av innstillingen av ventilen 26. Pumpen tilveie-bringer en strøm av slam til prøvekoppene. Strømmen av slam styres slik at det er tilstrekkelig tid for å oppnå en pålitelig indikering fra omformerne 70 og 71 som automatisk behandles i de elektriske kretser til verdier for øyensynlig viskositet, flytegrense og plastisk viskositet og disse verdier registreres i opptegningsinnretningen kontinuerlig. During operation of the device, the recording device is started so that a time marking occurs at the same time as the start. Control valves, not shown, supply a sample of the sludge to the pump 22 depending on the setting of the valve 26. The pump supplies a stream of sludge to the sample cups. The flow of sludge is controlled so that there is sufficient time to obtain a reliable indication from the converters 70 and 71 which are automatically processed in the electrical circuits into values for apparent viscosity, yield point and plastic viscosity and these values are recorded in the recording device continuously.

Claims

1. Apparatus for determining the plastic viscosity and yield strength of drilling mud during drilling using at least two rotary viscometers which are continuously supplied with a stream of drilling mud from the same source, and detecting the shear stress of the drilling mud at selected rotation speeds, as well as deriving an electrical signal in accordance with the shear stress, as the respective selected rotational speeds from the two viscometers during operation are different, characterized in that each viscometer (31, 4l) has a sample cup (30, 40) with a cylindrical part (58) and a funnel-shaped conical bottom part (56), a perforated partition wall (54) to distribute the drilling mud flow at the upper edge of the bottom part which is provided with a guide body (61) in the form of a truncated cone which faces with its smallest surface an opening (29a, 29b) in the bottom part lower part and flush with this, a device for combining the signals, comprising a first resistor (78) which is connected across the output of the viscometer with at least ng speed, a second (77) and a third (76) resistor of the same value connected in series across the output of the viscometer with the highest rotational speed, the first resistor having a value twice the value of the second or third resistor, and a device which derives a first electrical signal (Galvo 1) which is proportional to the voltage difference in the output from the two viscometers and represents plastic viscosity.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the devices for the detection comprise rotation-reacting rotating bodies (33,43) each of which is surrounded by an outer rotatable outer cylinder (34,44) with openings (35,45) for the flow of sludge,

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by a device for deriving a second electrical signal (Galvo 3) which is proportional to the difference between the first signal (Galvo 1) and the voltage across the second (77) or third 17$) resistance and represents apparent viscosity.

4. Apparatus according to claim 3, characterized by a device for deriving a third electrical signal (Galvo 2) which is proportional to the difference between the second electrical signal (Galvo 3) and the voltage across the first resistance (78) and represents the yield strength.

5. Apparatus according to one or more of the preceding claims, characterized by a ratio detector (80) which responds to the first electrical signal (Galvo 1) and the third electrical signal (Galvo 2) and delivers a fourth electrical signal (Galvo 4) which represents the flocculation factor and optionally a recording device (52) is supplied for recording as a function of the depth of the borehole.