Chapter-3-钻井液流变参数与钻井作业的关系课件.ppt

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1、Test4DensitySolidcontentMethylenebluetestFormationporepressureMudhydrostaticpressureRheologyofDrillingFluidslaminarflowregimeshearrateshearstressFlowmodelsAPIAnswers密度固相含量亚甲基蓝测试地层孔隙压力钻井液静液柱压力Viscosity（粘度）钻井液流变学层流剪切速率剪切应力AmericanPetroleumInstitute美国石油学会钻井液流变特性TheRheologyofDrillingFluids一、基本

2、概念流变学（Rheology）:流变公式，流变曲线例，牛顿流体：剪切速率γ(Shearrate,s-1)或速度梯度,(velocitygradient)和剪切应力τ(shearstress,Pa)粘度μ（Viscosity,Pa.s），是牛顿流体的流变参数。由于Pa·s单位太大，在实际应用中一般用mPa·s表示液体的粘度。例如，在20℃时，水的粘度μ＝1.0087mPa·s。在工程应用中，μ的常用单位为厘泊(cP)，1cP=1mPa·s。二、流动类型与流变参数FlowTypesandFlowparameters纯粘性体与时间无关的牛顿流体宾汉塑性流体非牛顿流体幂律流体假塑

3、性流体膨胀性流体带屈服值幂律流体带屈服值假塑性流体带屈服值膨胀性流体与时间有关的触变性流体振凝性流体粘弹性体多种类型塑性流型、假塑性性流型和膨胀流型。以上四种基本流型的流变曲线见图。符合这四种流型的分别叫牛顿流体、塑性流体、假塑性流体和膨胀性流体。1.四种基本流型式中：—静切力（凝胶强度Gelstrength），Pa；—塑性粘度(plasticviscosity)，Pa·s。。可见，塑性流体有两个流体参数，即塑性粘度和静切力。2.宾汉塑性流体BinghamPlasticFluids（2）粘塑性流体当剪切应力超过τs时，在初始阶段剪切应力和剪切速率的关系不是一条直线；继续增

4、加剪切应力，当其数值大到一定程度之后，粘度不再随剪切速率增大而发生变化，此时流变曲线变成直线。此直线段的斜率称为塑性粘度(表示为或PV)。延长直线段与剪切应力轴相交于一点τ0，(亦可表示为YP)称为动切应力(常简称为动切力或屈服值yieldpoint)，是将粘塑流体看成塑性流体，使粘度变为常数(即塑性粘度)所需的最小切应力。τ0表示此流体运动时结构的存在及其数值的大小。塑性粘度和动切力是钻井液的两个重要流变参数。幂律流体的流变曲线为通过原点O的曲线，可用幂函数或叫幂律模式来表示：式中：K—稠度系数，或称为幂律系数，Pa·sn；n—流性指数，或称为幂律指数，无单位。K值是粘度

5、的度量，但不等于粘度值，而粘度越高，K值也越高。在剪切速率一定范围内，n值可当作常数处理。n值是非牛顿性的度量，n值越低或越高曲线也越弯曲，非牛顿性也越强，泥浆n值一般在0.5以下为好。上式中，当n<1时为假塑性流体；当n=1时为牛顿流体；当n>1时为膨胀流体。因此，幂律流体又区分为假塑流体与膨胀流体两种。3.PseudoplasticFluids（假塑性流体）幂律流体（Powerlaw）幂律流体流变曲线某些钻井液、高分子化合物的水溶液以及乳状液等均属于假塑性流体。1.MarshFunnel（马氏漏斗粘度计）:仪器使用前，应用清水进行校正。该仪器测量清水的粘度为15±0.5

6、秒。若误差在±1秒以内，可用下式计算泥浆的实际粘度。三、钻井液流变性的测量2.Direct-IndicatingViscometers3.Calculationofrheologicalparameters（1）Principle:Where,=thedialreadingunderN(rpm);rpm=rotationperminute.（2）塑性流体和粘塑性流体:表观粘度:（mPa•s）塑性粘度：（mPa•s）动切力:（Pa）静切力（初切）（10s）：（Pa）终切（10min）：（Pa）（3）幂律流体流性指数:（无因次）稠度指数:（Pa.Sn）钻井液流变性要点：流变学（

7、Rheology)；剪切速率(shearrate)，剪切应力(shearstress)；流变模式（方程）flowmodel(equation)、流变曲线(curve)；牛顿流体的特点；宾汉流体－塑性流体：静切力(Gelstrength)、塑性粘度(plasticviscosity)；宾汉流体－粘塑性流体：静切力、塑性粘度、动切力(yieldpoint)；幂律流体及其参数：稠度系数K，流性指数n；钻井液流变特性的测量（阅读P38－39旋转粘度计测量原理）。钻井液常用的流变参数及其调控方法1．漏斗粘度在钻井过程中，钻井