钻井液流变学基础简介ppt课件.ppt

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1、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.环空水力学计算朱开顺一.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

2、、ρ……)3).根据钻井液流变性的变化判断井下流体污染的状况;4).指导钻井液工艺的处理和调整。二.有关预备知识1.数学方面直线方程Y=Ax=tgаxYxα截距直线方程Y=c+tgαx=c+Axαc幂律方程y=kxnn<1n>1对数计算lg(kx)=lgk+lgxlg(xn)=nlgx2.力学方面关于剪切变形F2F1施加剪切力发生变形剪切力——相距无限近、大小相等、方向相反的一对作用力。单位：牛顿（N）。剪切应力——单位面积上的剪切力，俗称切力。单位：帕，Pa（N/m2）。关于剪切速率概念液体在层流流动时，

3、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距离速度dxdv管内或泥浆槽内流体速度分布图三.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=μγμ—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。τγθ2.流体流型分类简表纯粘性流体与剪切时间无关牛顿流体非牛顿流体塑性流体假塑性流体膨胀性流体带屈服值的假塑

4、性流体有关触变形流体震凝性流体粘弹性流体（一般指高聚物流体）3.基本流体的流变曲线假塑性流体n<1膨胀性流体n>1牛顿流体ττoτgγ塑性流体4.基本流型分析塑性流体流变模式τ=τ0+ηs·γ流动变形特点流动前(表现静切力)流动后(表现动切力)假塑性流体流变模式τ=kγn流动变形特点1.粒子沿流动方向的转向流动前流动后2.高分子的变形流动前流动后3.乳化液滴的变形静止低速流动高速流动4.溶剂化层的变形静止低速流动高速流动四.钻井液流变性分析1.钻井液的流动特点τsτoτc紊流区层流区不完全层流区塞流区不流区A

5、BCDEτγ钻具地层2.钻井液流变模式原则:尽量与钻井液实验曲线相吻合.并方便水利学计算常用流变模式:1.宾汉模式2.幂率模式3.带截距的.幂率模式4.双曲线模式5.卡森模式6.……….宾汉模式幂率模式.带截距的幂率模式钻井液实测曲线τγ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__卡森动切力卡森流变曲线αη1/2γ-1/2tgα=τc1/2η∞3.钻井液流变性能测量原理测量弹簧刻度盘外转筒钻井液内测锤旋转粘度

6、计机构示意图它的基本原理:外筒旋转时,由于钻井液的内摩檫力的作用,将扭矩传递给内测锤,刻度盘的读数便反映了这个扭矩,它与测量切力的关系是:剪切速率与旋转速度也有对应关系,但它与流体类型有关,例如牛顿流体,它的对应关系式是:Fan-35旋转粘度计的仪器常数1.)τ__切力(Pa)φ__读数c__仪器常数(0.511)2.)γ=c1×Nγ__剪切速率(S-1)N__转数c1__系数(1.70341)N(转/分)60030020010063γ(S-1)102251134117010.25.1宾汉模式流变参数的测量η

7、s=tgα===φ600-φ300(mPa·S)τoααγ1γ2τ2τ1τγ=(2φ300－φ600)×0.511=(φ300－ηs)×0.511(Pa)幂率模式流变参数的测量关键是建立对数座标lgKααlgγ1lgγ2lgτ1lgτ2lgτlgγτ=Kγn(两边取对数)lgτ=lgk+nlgγ(无因次)(Pa·Sn)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:ABτγαAαBη300=φ300η600=1/2φ600η3=100φ3(mPa·S)静切力的测量τ静=0.511φ

8、3(Pa)应在最低剪切速率进行测量.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，