【7A文】钻井液和完井液化学—第三章 钻井液的流变性.ppt

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1、钻井液与完井液化学第三章钻井液的流变性第三章钻井液的流变性钻井液的流变性是指钻井液流动和变形的特性。钻井液流变性是钻井液的一项基本性能，解决：(1)携带、悬浮岩屑与重晶石；(2)提高机械钻速；(3)保持井眼规则和保证井下安全。此外，某些流变参数还直接用于钻井环空水力学的有关计算。因此，深入研究钻井液流变性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的一个重要方面。第一节钻井液的流动状态和基本概念1.流体的流动类型稳定流：流场中任何点的流动参量不随时间改变，但不同点的流动参量是可以不同的流动。特点：稳定流动

2、是连续性的。不稳定流：流场中任何点的流动参量不但随位置不同而变，而且随时间不同也在改变的流动。特点：旧的流动条件刚改变到新的流动稳定条件建立之间的流动。如：流体刚开始流动时；管道横断面变宽、变窄处。第一节钻井液的流动状态和基本概念稳定流动类型的变化塞流PlugFlow稳定流层流LaminarFlow紊流TurbulentFlow塞流层流紊流稳定流动类型的变化第一节钻井液的流动状态和基本概念塞流：流体象塞子一样流动，流速为常数。层流：流体分层运动。任意流层与相邻流层方向相同，流速不同。紊流：流体内形成无数小旋涡。任一定

3、点的流速，其大小、方向都在进行着不规则的、连续的变化。第一节钻井液的流动状态和基本概念2.基本概念剪切速率：沿垂直于流速方向上单位距离上流速的改变量或增加量。表达式如下：单位为：s-1;流体各层之间流速不同，层与层之间必然存在相互作用。由于液体内部内聚力的作用，流速较快的液层会带动流速较慢的相邻液层，而流速较慢的液层又会阻碍流速较快的相邻液层。第一节钻井液的流动状态和基本概念牛顿内摩擦定律：剪切应力：内摩擦力F除以接触面积S即得液体内的剪切应力τ，剪切应力可理解为单位面积上的剪切力，即µ是量度液体粘滞性大小的物理量，即粘

4、度，单位为Pa.s或mPa.s。第一节钻井液的流动状态和基本概念粘度物理意义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力。µ越大，表示产生单位剪切速率所需要的剪切应力越大。粘度是液体的性质，不同液体有不同的µ值。µ还与温度有关，一般随温度的升高而降低。第一节钻井液的流动状态和基本概念流变模式与流变曲线剪切应力和剪切速率是流变学中的两个基本慨念，钻井液流变性的核心问题就是研究各种钻井液的剪切应与剪切速率之间的关系。这种关系用数学关系式表示，称为流变方程，习惯上又称为流变模式，用图纸来表示，就称为流变曲线。第一节钻井液的流动状态和基本

5、概念流变方程流变曲线第一节钻井液的流动状态和基本概念流体的基本流型牛顿流体：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。水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分量化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体。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。第一节钻井液的流动状态和基本概念流体的基本流型在实验过程中，人们发现除牛顿流体外还有一些表现粘度异常的非牛顿流体，即不遵守牛顿内摩擦定律的流体。按照流体流动时剪切速率与剪切应力之间的关系

6、，可以划分为不同的流型。根据流变曲线形状的不同，可将流体的流型归纳为一下四种：四种流型牛顿流体塑性流体假塑性流体膨胀性流体非牛顿流体第一节钻井液的流动状态和基本概念第一节钻井液的流动状态和基本概念塑性流体与牛顿流体不同，当剪切速率为零时：即剪切力τ≠0，而是τs，即施加的切应力必须超过某一特定值才能开始流动。τs为开始流动的最小切应力，的称为静切力，简称切力或凝胶强度。τγτsτ0第一节钻井液的流动状态和基本概念τγτsτ0切应力继续增大，并超过τs时，塑性流体不能均匀剪切，粘度随切应力的增加而降低，即图中曲线段；继续增

7、加切应力，粘度不随切应力的增加而降低，图中直线段；塑性粘度（或PV）：不随切力或流速梯度改变的粘度。动切力（YP）：直线段延长线与切应力的交点（τ0）为动切应力或叫屈服值。第一节钻井液的流动状态和基本概念τγτsτ0此式即是塑性流体的流变模式，该式常称为宾汉模式，并将塑性流体称为宾汉塑性流体。塑性流体流变模式与流变曲线塑性流体机理分析塑性流体表现上述流动特性是与它的内部结构分不开的。例如．水基钻井液粘土颗粒表面的性质(带电性和水化膜)极不均匀，可能出现如图3—5所描述的三种不同连接方式，即面—面、端—面和端—端连接，从而

8、形成空间网架结构。塑性流体机理分析一般情况下，钻井液中的粘土颗粒部在不同程度上处在一定的絮凝状态。因此，要使钻井液开始流动，就必须施加一定的剪切应力，破坏絮凝时形成的这种连续网架结构。这个力即静切应力，由于它反映了所形成结构的强弱，因此又将静切应力称为凝胶强度。在钻井液开始流动以后，由于初期的剪切速率较低，结构的拆散