钻井液-第3章(钻井液流变性)

《钻井液-第3章(钻井液流变性)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章钻井液流变性DrillingFluidRheologicalProperty——在外力（泵送、搅拌）作用下,液体流动和变形的特性。钻井液流变性指网架结构变形与流动特性。包括粘度、切力、剪切稀释性、触变性等。钻井液流变性对钻井的影响:携带岩屑，保证井底清洁。悬浮岩屑与重晶石机械钻速井眼规则和井下安全。§3-1液体流动的特点及其分析Characteristicsandanalysisoffluidsflow一、基本概念:1.剪切速率(γShearrate)与剪切应力(τshearstress)沉砂池：10~20S-1环空：50~250S-1钻具内：100~1000S-1钻头喷嘴：1万

2、~10万S-12.粘滞性(viscosity)——流体流动时具有抵抗剪切变形的物理性质。3.牛顿内摩擦定律:—在一定的条件下，剪切应力与速梯正比。τ∝γτ=ηγη=τ／γ切力与速梯成正比η—粘滞系数简称粘度4.流变曲线与流变图τ-γ，η′-γ，函数关系曲线与图。5.液体类型:(1)根据牛顿内摩擦定律：牛顿液体和非牛顿液体(2)根据流变曲线特征：1—塑性液2—假塑性液3—牛顿液4—膨胀液01—塑性液2—假塑性液3—牛顿液4—膨胀液06．液体流动类型:（Non-Newtonionfluid）StaticplugtransitionlaminarturbulentflowP-L）

3、zoneflow(L-T)flow静止塞流层流紊流流体流速增加二．钻井液流动特点及分析1.牛顿流体(Newtonionfluid)无结构、均匀质点，如油类、清水。流变曲线为一条过原点直线,符合τ=ηγ。τ>0、γ>0施加很小的切应力就发生流动。η为常数,不随γ变化γ=τ/γ=tgαabτaγγaγbτbα静止塞流层流紊流s2.塑性液(Plasticfluid):(大多数泥浆)存在不流动区τ<τs、γ=0、τ≠0τs—静切力：反映静态结构强度。过渡区(塞--层):结构拆散,不能被均匀剪切.层流区(直线段)V拆=V恢ηa>ηb紊流区:abηa=τa/γa=tgαa>ηb=τb/γb=

4、tgαbabτaγγaγbτbτs剪切稀释性(shearthinning)—钻井液表观(视）粘度（AV–Apparentviscosity）随速梯（流速）增大而降低的性质。ηa、ηb---某速梯下的粘度---表观（视）粘度。abτaγγaγbτbτs剪切稀释性(shearthinning)—原因：在速梯增大时，网架结构被拆散，结构粘度降低所致。意义：具有剪切稀释性的钻井液，在速梯较低时有较大的表观粘度，有利于悬浮和携带岩屑。而在速梯较大时又有较小的表观粘度，这有利于降低流动阻力，减少功率损耗。3.假塑性液(Pseudo-plasticfluid)（聚合物钻井液、油包水乳化钻井液为典型的

5、假塑性液）流变曲线为过原点的指数曲线；施加很小切应力发生流动，无τs或很小;具有剪切稀释性。abτaγγaγbτb4.膨胀性液体(dilatantfluid)淀粉液体为典型的膨胀性液体；流变曲线为指数曲线与假塑性液体相似，但凹凸方向相反；粘度随速梯增加而增加——剪切增稠。γγaabτaγbτb§3-2钻井液流变模式及评价Drillingfluidrheologicalmodelsevaluation一、宾汉模式(Bingham1919)τ=τ0+ηsγγτsτ0τ一、宾汉模式(Bingham1919)τ=τ0+ηsγ1.ηs-塑性粘度PV(plasticviscosity)Pa.sor

6、mPa.s意义:ηs=(τ-τ0)/γ反映了液相与液相之间、固相与液相之间、固相与固相之间的摩擦力。影响:固相性质及含量，液相性质。控制:通常通过清除钻屑来降低。一、宾汉模式(Bingham1919)τ=τ0+ηsγ2.τ0-动切应力，YP(YieldPoint)，Pa.意义:用以表示钻井液流动时钻井液中粘土网架结构的强度反映了钻井液携带和悬浮钻屑的能力。影响:形成网架结构的因素，如粘土含量及性质、聚合物、电解质等。控制:提高动切力：加上述物质；降低动切力：加拆散结构的物质如：降粘剂、反絮凝剂等。一、宾汉模式(Bingham1919)τ=τ0+ηsγ3.视粘度表达式:η′=τ0/γ+η

7、s=ηg+ηs结构粘度定义为ηg=τ0/γ由此表明采用宾汉模式的视粘度由结构粘度和塑性粘度构成，其所占的比例不同对钻井液的流变性影响很大。讨论：两种钻井液在某相同的速梯下视粘度相同，其悬浮携带钻屑的性能是否相同？例：(1)η′=25+10=35mPa.s(2)η′=10+25=35mPa.s二、幂律模式(Bingham1928)(Powerlawmodel)表达式：τ=Kγn（指数方程）1.n―流性指数(无因次n<1)意义：当n<1时为假塑流体