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泡沫钻井 泡沫是一种分散的均匀流体，但它具有自己独特的结构特点。认识这种流体的特性，如：粘度、静悬浮能力、动切力等，对我们了解泡沫在井内的流通规律，然后建立正确合理的泡沫钻井模型是十分必要的。 一、泡沫流体的有关术语 泡沫质量 在一定的温度和压力下，泡沫流体中的气体体积与泡沫体积之比即定义为泡沫质量（又称泡沫干度） 式中：FQ——泡沫质量； Vg——气体体积； Vm——泡沫体积； Vl——液体体积。 泡沫的稳定性 泡沫的稳定性是泡沫组成部分（单个气泡、簿膜）或一定体积泡沫存在的时间，即指生成泡沫的持久性，也即泡沫寿命的长短。 溶液的起泡能力 溶液的起泡能力即起泡数量，系指一定的时间内，遵守一定的条件下，一定量的溶液体积所形成的泡沫体积。 泡沫膨胀系数 泡沫体积与产生泡沫的液体体积的比值。 泡沫的分散度 指泡沫单位体积内气泡的平均大小及不同大小泡沫的分布规律，或用气液界面大小来确定。 泡沫的半衰期 泡沫的半衰期是指泡沫析出一半液体所需要的时间，半衰期是衡量泡沫稳定性的一个重要指标。 二、泡沫流体的特性研究 泡沫的流变性 1.1 泡沫的流变性研究回顾 泡沫的流变性研究是于1934年由西布里（Sibree）开创的。随后由雷查（Raza）和米切尔(Mitchell)以及贝劳尔（Blauer）、温得福（Wendreff），和罗斯（Ross） 等人加以发展和 完善。不同的研究者都提出了不同模式来说明泡沫的流变特性。 1.1.1 雷泽 等人在玻璃管里对结构优良的泡沫流动进行了试验，结论是：当泡沫质量在70~96％范围内，认为泡沫具有假塑性流动性质，他们在半径0.01~0.06英寸的毛细管中进行试验，发现了泡沫的视粘度随着泡沫质量的增加而增加，剪切速率范围从102~105秒-1 ，粘度范围在15~255厘帕(1510-3~22510-3Pa.s)。但他们的试验没有考虑到泡沫流体在管壁上的滑动及泡沫的可压缩性。 1.1.2 戴维(David)等人考虑了泡沫在毛细管内流动的滑动和可压缩性，并推导出了一些方程式。他们得出的结论是：当泡沫质量 参数范围在80~96％时，剪切速率从 10-1~7105秒-1 ，管子直径范围为0.015~0.030英寸。他们从试验中推断出在这一质量范围泡沫的流动具有假塑性流体的性质，而静止的泡沫具有适度的静切力，静切力的大小随着泡沫质量的增加而增加。 3、 米切尔和贝劳尔等人在他们的理论基础上加已发展和完善，提出以下研究成果： 在高速剪切速率下的泡沫粘度只与质量有关。 对于一定的剪切速率来说，泡沫的粘度是随着泡沫质量的增加而增加的。 泡沫质量低于54％时，泡沫具有牛顿流体的特性，此时泡沫的流变性类似于他们的液相，泡沫质量大于96％时，泡沫将转成雾。 对不同的流动管径和不同的泡沫质量而言，在临界剪切速率（临界剪切速率取决于泡沫质量和管径等参数）下，此时剪切应力和剪切速度的关系的斜率等于1，并处于宾汉层流状态，即呈现出宾汉塑性流体的行为特征，突出地表现为在泡沫静止时具有一定的屈服值，差屈服值会阻止泡沫从管线和容器中流出，一旦超出宾汉屈服值，它的层流压降将是流速的一个线形函数。当泡沫质量范围在54~95% 时，其屈服值在0~2磅 /英尺2范围内变化。数值见表。 泡沫的屈服值 序号 泡沫质量(%) 塑性粘度(厘帕)10-3Pa.s 屈服值(磅/英尺2) 1 65 4.0 0.15 2 70 4.6 0.25 3 75 5.4 0.40 4 80 6.45 0.60 5 85 8.1 0.82 6 90 11.4 1.03 7 95 20.7 2.00 在临界剪切速度以上时，剪切力和剪切速率关系的斜率值在1.86~2.01之间，可近似地认为2，此时泡沫处于紊流状态。当高于临界速率时对所有的剪切速率来说，视粘度是恒定的。 温得福等人认为在低剪切速率条件下，即90~420秒-1范围内时，泡沫具有假塑性流体特征，在高剪切速率下具有宾汉流体的特征。 桑格哈尼(Sanghani)和艾科卡(Ikoku)用接近模拟实际井眼条件下的同轴环状粘度计进行泡沫流变性研究。泡沫是靠同时向管内注入空气、发泡剂和水溶液，并使它们通过泡沫发生器而产生的。泡沫产生后从一直径为1.5英寸的内管注入，经4英寸的外管返出。在此条件下，他们得出了泡沫质量参数和剪切速率的变化范围分别为65~98%和100~1000秒-1。计算得到的有效粘度范围为60~500厘帕。 我国华东化工学院流体流变性研究室和北京石油勘探开发研究院也层对泡沫的流变性进行过研究，他们的结论和桑格哈尼和艾科卡的结论相似。 综上所述，目前得到较多人所供认的论点如下： 流体在泡沫质量低于54％时，泡沫流体具有牛顿流体的流体特征。 在剪切速率低于1000秒-1时，流动的泡沫流体没有屈服值