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钻井液流变学基础简介 一. 概述 二. 有关预备知识 三. 基本流型介绍 四. 钻井液流变性分析 五.钻井液流变学的应用 六.环空水力学计算 一.概述 1.什么叫流变学? 研究物体流动和变形的科学 2.钻井液流变性与钻井的关系 1).评价和分析钻井液携岩、净化井眼和悬浮 能力； 2).通过环空水力学计算,研究井眼水力冲刷、压力激动、压力损耗、井底循环当量密度等水力参数,为钻井施工提供优化设计; 3.老式的钻井液流变性评定方法已不适应目前钻井液工艺的需要。 漏斗粘度计是一个多变量的传统测量仪器，无法进行钻井液内在因素分析。T=（η、τ、ρ……) 二. 有关预备知识 1.数学方面 直线方程 Y=Ax=tgаx 2.力学方面 关于剪切变形 关于剪切速率 概念 液体在层流流动时， 层与层之间的速度是 不一样的。 定义：单位距离上的 速度增量，也叫速度梯度。 它的单位是：m/s/m=1/s 即 s-1 三. 基本流型介绍 1.牛顿内摩擦定律 　液体流动时，由于层间 流速不同，液层之间发生 内摩擦，从而产生摩擦阻 力，它与剪切面积、剪切 速率、及液体粘滞性成正比。 F∝（A、μ、γ） τ = μγ μ—粘滞系数或粘度，泊、厘泊、Pa·S、mPa·S 凡遵循该模式的流体叫牛顿流体。 2.流体流型分类简表 3.基本流体的流变曲线 4.基本流型分析 塑性流体 流变模式 τ=τ0+ηs ·γ 流动变形特点 假塑性流体 流变模式 τ=kγn 3.乳化液滴的变形 四. 钻井液流变性分析1.钻井液的流动特点 卡森流变模式简介 流变模式 τ1/2=τc1/2+η∞1/2γ1/2 也可写为: η1/2=η∞1/2+τc1/2γ-1/2 其中: η∞ __极限粘度 Τc __卡森动切力 Fan-35旋转粘度计的仪器常数 1.) 宾汉模式流变参数的测量 ηs=tgα= 幂率模式流变参数的测量 关键是建立对数座标 其他流变参数的测量 表观粘度的测量 表观粘度按严格定义是 特定剪切速率的粘度.即: 4.钻井液流变性能分析 1).塑性粘度 流体中“固体-固体、固体-液体、液体-液体”内摩擦力的总和，它与固相颗粒的含量、形状、分散度、化学性质等有关，而与剪切速率无关。 2).动切力 它反映了钻井液在层流流动时形成空间网架结构之力，与粘土含量、分散度、粘土颗粒ξ电位、以及高分子聚合物的使用等因素有关，同时它又是剪切速率的函数。 3).静切力 钻井液静止时形成空间网架结构之力，它的影响因素与动切力基本类似,但它是时间的函数. 4).触变性 指钻井液搅拌后变稀（切力降低）、静止后变稠（切力升高）的特性。现场测的初切和终切就是触变形的描述。凝胶强度的大小是触变形的主要特征，它的主要类型有： 五.流变学在钻井中的应用 1.复杂情况预报 钻井中钻遇各类流体、具有侵污性的岩层，钻井液流 变参数反映最为敏感。 例如：油气侵、盐水侵、盐膏侵、钙侵等钻井液的动 切力都要急剧升高，塑性粘度相对下降。 粘土侵时钻井液的动切力和塑性粘度同时升高。 淡水侵时钻井液的动切力和塑性粘度同时降低。 因此，为安全钻井必须适时监控钻井液的流变参数的变化。 2.稳定井壁的流态设计 钻井过程中井眼清洁困难,或因水力作用造成井壁坍塌、井漏的现象屡见不鲜，这主要取决于钻井液的流态设计。 常见的流态有： 紊流与尖峰形层流携带岩屑的比较 紊流携带岩屑虽比较好，但是也有缺点，如： (1)紊流要求钻井液的排量大，上返速度高。因此，实现紊流常常受到泥浆泵的功率、井深、环形空问尺寸、钻井液性能和地层条件等的限制，不是随便可以采用的。 (2)高压喷射钻井需要的泵压高。而在泵功率一定的条件下，要求泵压高，则排量应减小。另外，排量大时，循环系统的阻力损失也大，因而泵压分给钻头水眼的部分就小，不利于高压喷射钻井。 (3)紊流对井壁的冲刷作用大。对于易坍塌的地层来说，则影响更大，轻则使井壁岩石掉块，重则引起地量的坍塌。 如果能够避免尖峰形层流的缺点，对于宾汉液体采用平板形结构流，或对于拟塑性液体采用流性指数n值较小的平缓形层流，则所需要的排量比较小，能有利于钻深井和高压喷射钻井,同时克服了紊流对井壁的冲刷作用。 3.压力激动问题 所谓井内液柱压力激动(简称“压力激动”)系指在起下钻和钻进过程中由于钻柱上下移动、泥浆泵的开动等原因，使得井内液柱压力产生突然变化(升高或降低)现象。 压力激动对钻井是有害的，它破坏了液柱压力与地层压力之间