钻井液流变性能.pptVIP

1．漏斗粘度 在钻井过程中，钻井液的漏斗粘度(Funnel Viscosity)是需要经常测定的重要参数。 漏斗粘度与其它流变参数的测定方法不同。其它流变参数一般使用按APl标准设计的旋转粘度计，在某一固定的剪切速率下进行测定，而漏斗粘度使用一种特制的漏斗粘度计来测量。 漏斗粘度只能用来判别在钻井作业期间各个阶段粘度变化的趋向。 为了使钻井液的τ0/ μP，达到0.36～0.48Pa／(mPa·s)的要求，常采取以下措施和方法： (1)选用XC生物聚合物、HEC、PHP和FA367等高分子聚合物作为主处理剂，并保持其足够的浓度。它们在体系中所形成的结构使τ0值增幅往往要大得多，故有利于动塑比的提高。 (2)通过有效地使用固控设备，除去钻井液中的无用固相，降低固体颗粒浓度，以达到降低μP、提高τ0/ μP的目的。 (3)在保证钻井液性能稳定的情况下，通过适量地加入石灰、石膏、氯化钙和食盐等电解质，以增强体系中固体颗粒形成网架结构的能力，因为凡是有利于空间网架结构增强的物质都能使动切力τ0值增大。 二、钻井液流变性与井壁稳定的关系 该式是根据非牛顿流体雷诺数＝2000时推导的。 式中，υc—临界返速，cm／s； μP—塑性粘度，Pa·s； τ0 —动切力，Pa； ρ—钻井液密度，g／cm3； D—井径，cm； d —钻杆或钻铤外径，cm。 式中 ，d—岩屑或加重剂颗粒的直径，m； ρr—岩屑或加重剂的密度，kg／m3； ρ —钻井液的密度，kg／m3； τs—钻井液的静切力，Pa； g—重力加速度，取g＝10m／s2。 所以，需要的静切力为: τs ＝[d(ρr－ρ)g]/6 三、钻井液流变性与悬浮岩屑、加重剂的关系 四、钻井液流变性与井内液柱压力激动的关系 所谓井内液柱压力激动是指在起下钻和钻进过程中，由于钻柱上下运动、泥浆泵开动等原因，使得井内液柱压力发生突然变化(升高或降低)，给井内增加一个附加压力(正值或负值)的现象。 1．起下钻时的压力激动 由于钻柱具有一定的体积，当钻柱入井时，井内钻井液要向上流动；起出钻柱时，井内钻井液便向下流动以填补钻柱在井内所占的空间。钻井液向上或向下流动，都要给予一定的压力以克服其沿程的阻力损失。这个压力是由于起下钻所引起的，它作用于井内钻井液，使它能够流动；与此同时也通过井内液柱作用于井壁和井底，这种突然给予井内的附加压力就是起下钻引起的压力激动。下钻时压力激动为正值，起钻时则为负值。起下钻压力激动值的大小主要取决于起下钻速度、井深、井眼尺寸、钻头喷嘴尺寸和钻井液的流变参数(主要是粘度、切力和触变性)。压力激动值在 1500m时可能达到2～3MPa，在5000m时可能达到7～8MPa，因而对此是不能忽略的。 2．开泵时的压力激动 由于钻井液具有触变性，停止循环后，井内钻井液处于静止状态，其中粘土颗粒所形成的空间网架结构强度增大，切力升高，开泵泵压将超过正常循环时所需要的压力，造成压力激动。例如，某井某次开泵泵压为5MPa，钻井液流动一段时间后，泵压降为4.4MPa，最后降到泥浆泵正常工作时的2.8 MPa。 开泵时压力激动的值与井眼和钻具尺寸、井深、钻井液切力和触变性、开泵时的操作等因素有关。有时因井底沉砂也会使压力激动加剧。 五、钻井液流变性与提高钻速的关系 钻井液的流变性是影响机械钻速的一个重要因素。研究表明，这种影响主要表现为钻头喷嘴处的紊流流动阻力(水眼粘度)对钻速的影响。由于钻井液具有剪切稀释作用，在钻头喷嘴处的流速极高，一般在150m／s以上，剪切速率达到10000s-1以上。下图表示表观粘度相同而动塑比不同的5种钻井液，其剪切稀释性所存在的差别。 内容要点： 流变参数：漏斗粘度，塑性粘度、静切力、动切力、表观粘度（有效粘度），流性指数和稠度系数，剪切稀释特性，触变性；如何调控这些流变参数？ 流变参数与钻井作业的关系？什么是平板形层流？动塑比和流性指数对平板形层流形成的影响？ 利用六速粘度计测试流变参数的原理及宾汉流体的塑性粘度、动切力的计算？ 作业 使用Fann 35A型旋转粘度计，测得某种钻井液的Φ600＝38， Φ300＝28，求该钻井液的表观粘度、塑性粘度、动切力、流性指数和稠度系数？求300rpm时的剪切应力，剪切速率和该剪切速率下的表观粘度？ 设钻井液的密度为1.20g/cm3，重晶石的密