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钻井液流变性概述 摘要： 钻井液在石油钻井中起着十分重要的作用，深入研究钻井液的性能，对油气井钻井液流变参数的优化设计和有效调控是钻井液工艺技术有十分重要的指导意义。根据API推荐的钻井液性能测试标准，钻井液的常规性能包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、HTHP滤失量、PH值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量和滤液中的各种离子的质量浓度等。本文主要对钻井液的流变性进行综述，包括钻井液的流型及流变参数、钻井液流变性与携岩原理及井壁稳定性的关系。 关键词：钻井液 流变性 流型 携岩原理 一．钻井液在石油钻井中的作用 （1）从井底清除岩屑（2）冷却和润滑钻头及钻柱（3）造壁功能（4）控制地层压力（5）循环停止时悬浮岩屑和加重材料，防止下沉（6）从所钻地层获得资料（7）传递水力功率 二．钻井液的类型 分散钻井液 钙处理钻井液 盐水钻井液 饱和盐水钻井液 聚合物钻井液 甲基聚合物钻井液 合成基钻井液 气体型钻井液 保护油气层的钻井液 三．钻井液的流变性 钻井液的流变性是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性。 流体分为牛顿型流体和非牛顿型流体，非牛顿型流体又分为塑性流体、假塑性流体、膨胀性流体。现场使用钻井液多为塑性、假塑性流体。 1．牛顿流体 通常将剪切应力与剪切速率的关系遵守牛顿内摩擦定律的流体，称为牛顿流体。 流变方程： 流变曲线： 其流动特点：加很小的剪切力就能流动，而且流速梯度与切应力成正比。在层流区域内，粘度不随切力流速梯度变化，为常量。 2．非牛顿流体 （1）塑性流体 剪切力τ≠0，而是，即施加的切应力必须超过某一特定值才能开始流动。切应力继续增大，并超过时，塑性流体不能均匀剪切，粘度随切应力的增加而增加，即图中曲线段；继续增加切应力，粘度不随切应力的增加而增加，图中直线段； 1），静切力，是钻井液静止时单位面积上形成的连续空间网架结构强度的量度。 2），动切力，反映钻井液处于层流状态时钻井液中网状结构强度的量度。 3），塑性粘度，即塑性流体流变曲线段斜率的倒数，不虽剪切力而变化。 4），表观粘度，又称有效粘度，是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值。 5），动塑比，反映钻井液中结构强度和塑性粘度的比例关系。一般要求在0.34—0.48的范围内。 两种粘度对钻井液工艺具有很重要的意义： 1、了解两种粘度所占的比例组成，有助于认识钻井液的实质和问题所在，有助于判断环空流态和钻井液稀释特性。 2、指导钻井液流变性质的调整。钻井液粘度过高粘度是由结构粘度还是塑性粘度引起的，便于调整。 影响塑性粘度的因素主要有： 1）钻井液中的固相含量。这是影响塑性粘度的主要因索。一般情况下，随着钻井液固体颗粒逐渐增多，颗粒的总表面积不断增大，所以颗粒间的内摩擦力也会随之面增加。 爱因斯坦粘度公式 2）钻井液中粘土的分散程度。当粘土含量相同时，其分散度愈高，塑性粘度愈大。 3）高分子聚合物处理剂。钻井液中加入高分子聚合物处理剂会提高液相粘度，从而使塑性粘度增大。显然，其浓度愈高，塑性粘度愈高；相对分子质量愈大，塑性粘度愈高。 影响动切力的因素主要有： 1）粘土矿物的类型和浓度：蒙脱石、伊利石、高岭石。 2）电解质：在钻井过程中无机电解质的侵入均会引起钻井液絮凝程度增加，从而动切力也增加。 3）降粘剂：大多数降粘剂都是吸附在粘土端面，使其带有一定的负电荷，拆散网架结构，从而降低动切力。 宾汉流变模式参数调整： 1）降低塑性粘度：通过合理使用固控设备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减少固相含量。 2）提高塑性粘度：应用低造浆粘土配浆，加入加重剂、混油、提高PH值、加入高分子聚合物等 3）降低动切力：最有效的方法加入降粘剂，若由钙镁离子侵入，可加入沉淀剂，除去钙镁离子。 4）提高动切力： 可加入预水化膨润土浆，或增大高分聚合物的加量。对于钙处理钻井液或盐水钻井液，可通过适当增加钙钠离子浓度。 （2）假塑性流体和膨胀性流体 n:表现出流体非牛顿性程度。一般小于1，为无因次量。钻井液设计中经常要确定较合理的范围，一般希望由较低的n值，在0.7—0.4之间，使其具有较好的稀释性能。 K(稠度系数)：反映钻井液的可泵性以及携岩性。 对于钻井液，若K值过大，将造成重新开泵困 难。若K值过小，又将对携岩不利。因此，钻 井液的值应保持在一个合适的范围内。 假塑性流体：n1，虽剪切速率的增加而变稀； 膨胀性流体：n1，虽剪切速率的增加而变稠。 n：流性指数，表示假塑性流体在一定流速范 围内的非牛顿性程度。 k：稠度系数，k值越大，粘度越大。 影响K值的主要因素：受体系中固含和 液相粘度的影响，同时也受结构强度的影响。当固体含量或聚合物处理剂的浓度增大时，K值相应增大；降低K值类