Autonomous and Portable Measuring System for Rheological Properties of Newtonian and Non-Newtonian Fluids

في عملية استخراج النفط الخام، يأتي الحفر كخطوة اساسية ومهمة صعبة التنفيذ في نفس الوقت. يعتبر سائل الحفر، يطلق عليه طين الحفر أيضا، هو العامل الرئيسي الذي تعتمد عليه عملة الحفر. يستخدم سائل الحفر لعمليات مختلفة من ضمنها التأكد من تبريد رأس الحفر ولاستخراج بقايا الحفر من البئر وكذلك حبس الغازات والسوائل من التسرب الى خارج الحفرة. ومع ذلك من المهم جداً معرفة خواص اللزوجة لسوائل الحفر لتطبيق عمليات حفر سهلة وفعالة. فلذلك في صناعة النفط والغاز، من المهم قياس خصائص السوائل الريولوجية المختلفة لمراقبة جودتها باستخدام تقنيات بسيطة. يستخدم جهاز القمع مارشال (Marsh Funnel) على نطاق واسع لقياس لزوجة سوائل الحفر ((Drilling Fluid المعروفة باسم طين الحفر ( (Drilling Mud) وقت التفريغ للسائل المعبأ في القمع هو القياس الوحيد الذي تحدد فيها جودة السائل، أي اللزوجة الدينامية، بالتعبير μ = ρ (t-25) حيث ρ هي كثافة السائل و t هو وقت التفريغ. في الآونة الأخيرة، طور أحمد صدقات (2017) طريقة جديدة لتحديد ثلاثة معايير ريولوجية بما في ذلك اللزوجة الظاهرية ((Apparent Viscosity، اللزوجة البلاستيكية ( (Plastic Viscosityو((Yield Point لسوائل الحفر باستخدام جهاز القمع مارشال فقط من خلال قياس وقت التفريغ الكامل. الهدف من هذا المشروع هو تجهيز جهاز القمع مارشال بالمعالجات الدقيقة والالكترونيات لتمكين الجهاز بقياس الخصائص برمتها بشكل ذاتي من خلال التحكم في التفريغ من خلال جهاز القمع مارشال وقياس الوقت لحساب وقياس المعايير الريولوجية الثلاثة المذكورة سابقا. بسبب النقص الحالي في مثل هذا الجهاز، يعتقد بقوة أن المنتج النهائي لديه القدرة على أن يكون منتج تجاري يستهدف صناعة النفط والغاز. وعلاوة على ذلك، يمكن أن يمتد تطبيق الجهاز المقترح إلى مجالات أخرى مثل الطب والغذاء والطين الأسمنت.

In the process of extracting oil or other resources, drilling is a fundamental step and a difficult task to do. For the drilling to continue efficiently there is a drilling fluid (also known as drilling mud) which is used to ensure that the drilling machine is not damaged and to perform effectively. However, it is very important to know the viscosity of the drilling fluid for a smooth and efficient drilling. In oil and gas industry, therefore it is required to measure rheological properties of various liquids for quality control reasons by simple yet robust techniques. Manual marsh funnel is recognized as a widely used and reliable device utilized to measure viscosity of drilling liquids known as drilling muds. The discharge time for one quart of liquid from the funnel is the only measured parameter during field operation from which the only output parameter, i.e. the dynamic viscosity is determined by the expression μ=ρ(t-25), where ρ is the density of the fluid and t is the discharge time. Sedaghat (2017) developed a new method to determine three rheological parameters including apparent viscosity, plastic viscosity, and yield point of drilling fluids in the Marsh funnel by only measuring the full discharge time. The objective of the present project is to equip the Marsh funnel with a microprocessor and electronics to automate the entire process by controlling the discharge from the Marsh funnel, time measurement, and process calculations to measure and report three outputs of apparent viscosity, plastic viscosity, and yield point. Due to the current lack of such apparatus, it is strongly believed that the end product has the potential to be commercialized targeting oil and gas industry. Moreover, application of the proposed apparatus may be extended to other fields such as medicine, food, and cement slurry.