[發明專利]一種全尾砂膏體結構流變學實驗系統及方法

在審

• 申請號: 202110259768.0
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113049447A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 楊柳華;蘇芮;焦華喆;陳新明;陳峰賓;王金星;王云飛;趙宇;許斌
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N11/14
• 分類號: G01N11/14;G01L1/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張志軍

1.一種全尾砂膏體結構流變學實驗系統，其特征在于，包括容器(7)，容器(7)內設置有應力應變測試機構和觀測機構，觀測機構傾斜設置在容器(7)內且觀測機構的觀測方向與應力應變測試機構測試方向相反，應力應變測試機構和觀測機構均與控制主機(1)相連接。

2.根據權利要求1所述的全尾砂膏體結構流變學實驗系統，其特征在于，所述應力應變測試機構包括流變儀，流變儀設置在容器(7)內且流變儀與控制主機(1)相連接；所述觀測結構包括激光觀測組件(3)，激光觀測組件(3)傾斜設置在容器(7)內且激光觀測組件(3)的觀測方向與應力應變測試機構測試方向相反，激光觀測組件(3)通過數據采集儀(2)與控制主機(1)相連接。

3.根據權利要求2所述的全尾砂膏體結構流變學實驗系統，其特征在于，所述流變儀包括漿式轉子(6)、微型電機(4)以及角度旋轉編碼器(5)，微型電機(4)與漿式轉子(6)相連接，漿式轉子(6)設置在容器(7)內，微型電機(4)上安裝有角度旋轉編碼器(5)，微型電機(4)和角度旋轉編碼器(5)均與控制主機(1)相連接。

4.根據權利要求3所述的全尾砂膏體結構流變學實驗系統，其特征在于，所述漿式轉子(6)底部與容器(7)底部之間的設置高度差大于漿式轉子(6)的直徑，漿式轉子(6)上部與容器(7)上部之間的設置高度差至少大于漿式轉子(6)直徑的兩倍，容器(7)的直徑至少大于漿式轉子(6)直徑的三倍。

5.根據權利要求2所述的全尾砂膏體結構流變學實驗系統，其特征在于，所述激光觀測組件(3)包括激光器、擴束器、光學器件(31)、傅立葉鏡頭(32)以及探頭窗口(33)，激光器與擴束器相配合，擴束器通過光學器件(31)與傅立葉鏡頭(32)相配合，傅立葉鏡頭(32)與探頭窗口(33)相配合，探頭窗口(33)傾斜45°設置在容器(7)內且探頭窗口(7)探測方向與流變儀的測試轉動方向相反，激光器通過數據采集儀(2)與控制主機(1)相連接。

6.根據權利要求1～5任意一項所述的全尾砂膏體結構流變學實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、首先將應力應變測試系統中的流變儀以及激光觀測組件(3)中的探頭窗口(33)攝入到容器(7)內的膏體(8)中，隨后開啟激光器，激光器開啟10秒后利用控制主機(1)控制流變儀以不同的剪切速率旋轉；

S2、激光器在流變儀工作過程中探測膏體的粒徑信號傳輸至控制主機(1)，控制主機(1)并對粒徑信號進行計算處理，粒徑信號包括每秒實時檢測到的絮團與顆粒的數量n，絮團或顆粒的平均粒徑D，n為所測顆粒與絮團的總數，d_n為所測第n個的顆粒或絮團粒徑；并且控制主機(1)根據獲得粒徑反射脈沖信號的時間t，以及轉動速度v，計算粒徑M，M＝v×t，由此獲得膏體(8)的粒度分布情況，并且控制主機(1)將探測到膏體(8)的粒徑信息記錄保存；

S3、根據步驟S1，流變儀在以不同的剪切速率旋轉過程中，控制主機(1)通過數據采集與處理軟件實時導出流變儀剪切應力與剪切速率曲線；

S4、根據步驟S1～S3，當測試類固體特征對膏體充填泵停后啟動影響時：采用高濃度膏體，并且通過控制主機(1)調整流變儀剪切速率在50s^-1以內的低剪切范圍內，控制主機(1)實時導出應力-剪切速率曲線，通過控制主機獲取膏體微觀結構特征粒徑及數量；

S5、根據步驟S4中的應力-剪切速率曲線以及膏體微觀結構變化分析固-液轉變過程，通過控制主機(1)獲得觀測結果中膏體微觀結構特征粒徑變化時刻所對應的屈服應力以及剪切速率，根據屈服應力及剪切速率采用流變模型計算停泵重啟泵壓大小；

S6、根據步驟S1～S3，當測試膏體發生剪切稀化特征時：通過控制主機(1)調整流變儀剪切速率在50-120s^-1之間，同時控制主機(1)實時導出應力-剪切速率曲線以及通過控制主機獲取膏體微觀結構特征粒徑及數量，通過應力-剪切速率曲線表現出剪切稀化特征時膏體微觀結構變化，結合微觀結構是否變化來判斷膏體發生剪切稀化的原因；

S7、根據步驟S1～S3，當測試膏體賓漢體特征時：通過控制主機(1)調整流變儀剪切速率在120-400s^-1之間，控制主機(1)實時導出應力-剪切速率曲線，通過分析應力-剪切速率曲線及微觀結構的變化趨勢，進而實現對膏體賓漢體特征分析；

S8、根據步驟S1～S3，當測試膏體脹流體特征時：通過控制主機(1)調整流變儀剪切速率在400s^-1以上，控制主機(1)實時導出應力-剪切速率曲線以及膏體微觀結構特征粒徑及數量，分析應力-剪切速率曲線及微觀結構變化趨勢為高速活化攪拌合理攪拌速率提供依據。