[发明专利]一种全尾砂膏体结构流变学实验系统及方法

权利要求书

1.一种全尾砂膏体结构流变学实验系统，其特征在于，包括容器(7)，容器(7)内设置有应力应变测试机构和观测机构，观测机构倾斜设置在容器(7)内且观测机构的观测方向与应力应变测试机构测试方向相反，应力应变测试机构和观测机构均与控制主机(1)相连接。

2.根据权利要求1所述的全尾砂膏体结构流变学实验系统，其特征在于，所述应力应变测试机构包括流变仪，流变仪设置在容器(7)内且流变仪与控制主机(1)相连接；所述观测结构包括激光观测组件(3)，激光观测组件(3)倾斜设置在容器(7)内且激光观测组件(3)的观测方向与应力应变测试机构测试方向相反，激光观测组件(3)通过数据采集仪(2)与控制主机(1)相连接。

3.根据权利要求2所述的全尾砂膏体结构流变学实验系统，其特征在于，所述流变仪包括浆式转子(6)、微型电机(4)以及角度旋转编码器(5)，微型电机(4)与浆式转子(6)相连接，浆式转子(6)设置在容器(7)内，微型电机(4)上安装有角度旋转编码器(5)，微型电机(4)和角度旋转编码器(5)均与控制主机(1)相连接。

4.根据权利要求3所述的全尾砂膏体结构流变学实验系统，其特征在于，所述浆式转子(6)底部与容器(7)底部之间的设置高度差大于浆式转子(6)的直径，浆式转子(6)上部与容器(7)上部之间的设置高度差至少大于浆式转子(6)直径的两倍，容器(7)的直径至少大于浆式转子(6)直径的三倍。

5.根据权利要求2所述的全尾砂膏体结构流变学实验系统，其特征在于，所述激光观测组件(3)包括激光器、扩束器、光学器件(31)、傅立叶镜头(32)以及探头窗口(33)，激光器与扩束器相配合，扩束器通过光学器件(31)与傅立叶镜头(32)相配合，傅立叶镜头(32)与探头窗口(33)相配合，探头窗口(33)倾斜45°设置在容器(7)内且探头窗口(7)探测方向与流变仪的测试转动方向相反，激光器通过数据采集仪(2)与控制主机(1)相连接。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的全尾砂膏体结构流变学实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先将应力应变测试系统中的流变仪以及激光观测组件(3)中的探头窗口(33)摄入到容器(7)内的膏体(8)中，随后开启激光器，激光器开启10秒后利用控制主机(1)控制流变仪以不同的剪切速率旋转；

S2、激光器在流变仪工作过程中探测膏体的粒径信号传输至控制主机(1)，控制主机(1)并对粒径信号进行计算处理，粒径信号包括每秒实时检测到的絮团与颗粒的数量n，絮团或颗粒的平均粒径D，n为所测颗粒与絮团的总数，d_n为所测第n个的颗粒或絮团粒径；并且控制主机(1)根据获得粒径反射脉冲信号的时间t，以及转动速度v，计算粒径M，M＝v×t，由此获得膏体(8)的粒度分布情况，并且控制主机(1)将探测到膏体(8)的粒径信息记录保存；

S3、根据步骤S1，流变仪在以不同的剪切速率旋转过程中，控制主机(1)通过数据采集与处理软件实时导出流变仪剪切应力与剪切速率曲线；

S4、根据步骤S1～S3，当测试类固体特征对膏体充填泵停后启动影响时：采用高浓度膏体，并且通过控制主机(1)调整流变仪剪切速率在50s^-1以内的低剪切范围内，控制主机(1)实时导出应力-剪切速率曲线，通过控制主机获取膏体微观结构特征粒径及数量；

S5、根据步骤S4中的应力-剪切速率曲线以及膏体微观结构变化分析固-液转变过程，通过控制主机(1)获得观测结果中膏体微观结构特征粒径变化时刻所对应的屈服应力以及剪切速率，根据屈服应力及剪切速率采用流变模型计算停泵重启泵压大小；

S6、根据步骤S1～S3，当测试膏体发生剪切稀化特征时：通过控制主机(1)调整流变仪剪切速率在50-120s^-1之间，同时控制主机(1)实时导出应力-剪切速率曲线以及通过控制主机获取膏体微观结构特征粒径及数量，通过应力-剪切速率曲线表现出剪切稀化特征时膏体微观结构变化，结合微观结构是否变化来判断膏体发生剪切稀化的原因；

S7、根据步骤S1～S3，当测试膏体宾汉体特征时：通过控制主机(1)调整流变仪剪切速率在120-400s^-1之间，控制主机(1)实时导出应力-剪切速率曲线，通过分析应力-剪切速率曲线及微观结构的变化趋势，进而实现对膏体宾汉体特征分析；

S8、根据步骤S1～S3，当测试膏体胀流体特征时：通过控制主机(1)调整流变仪剪切速率在400s^-1以上，控制主机(1)实时导出应力-剪切速率曲线以及膏体微观结构特征粒径及数量，分析应力-剪切速率曲线及微观结构变化趋势为高速活化搅拌合理搅拌速率提供依据。