钻井液与完井液2.ppt

第三章、钻井液的流变性Chapter3TheRheologyofDrillingFluids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---流体象塞子一样流动，流速为常数.
稳定流层流LaminarFlow---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TurbulentFlow---流体内形成无数小旋涡。任一定点的流速，其大小、方向都在进行着不规则的、连续的变化。

2.基本概念（预备知识）
剪切速率ShearRate
同义名称：速梯、剪率、切变率，流速梯度。
常用符号：γ、D、dv/dr
定义：γ=dv/dr=垂直于流动方向上单位距离内的流速增量。
意义：dv/dr增大，液流各层间的速度变化大；反之则小。
单位：γ=速度/距离=cm/s/cm=1/s=s-1
钻井液循环系统中各部位剪切速率范围为:
沉砂罐处：10~20s-1
环形空间：50~250s-1
钻杆内部：100~1000s-1
钻头水眼：1000~7000s-1
剪切应力ShearStress
同义名称：剪应力、切应力。
常用符号：τ
定义：τ=F/A=液层单位面积上的剪切力。
意义：τ越大，液流各层所受的作用力越大；反之，越小。剪切应力内摩擦力
单位：τ=F/A=dyn/cm2；Pa。
1Pa=1N/m2=10dyn/cm2流变曲线ConsistencyCurve
定义：速梯与切应力关系曲线。
表示方法：三种表示法。粘度Viscosity
同义名称：有效粘度、视粘度。
常用符号：η
定义：η=τ/γ(单位剪切速率的剪切应力)。
单位：η=τ/γ=dyn/cm2/s-1=dyn.s/cm2=泊
1泊=100cp=100mPa.s=1dyn.s/cm2=0.1Pa.s
几何意义漏斗粘度FunnelViscosity
定义：定体积泄流时间。
单位：秒；s
类型：
马氏漏斗粘度MarshFunnelViscosity
定义：1500ml流出946ml的时间。
标准：清水测量值：26±0.5s
中国漏斗粘度
定义：700ml流出500ml的时间。
标准：清水测量值：15±0.5s
漏斗粘度反映流变性的优缺点剪切稀释性第二节、基本流型及其分析二、流体分析1、牛顿内摩擦定律与牛顿流体
牛顿内摩擦定律
τ=F/A=η(dv/dr)
η—表征流体粘性的比例系数，简称牛顿粘度。
F—内摩擦力。
牛顿流体
流变性符合牛顿内摩擦定律的流体。
类型举例：水、甘油、单相液体等。
流变曲线：通过原点的直线。
特点：η=τ/γ=C（常数）
2.非牛顿流体
剪切应力与剪切速率不呈线形关系的流体。
（1）流变特性与时间无关的非牛顿流体
特点：τ与γ呈单值对应关系。
塑性流体PlasticFluids
数学模型：τ=τ0+ηsγ
流变曲线：有截距的直线。
流变参数：
动切应力YieldStress
同意名称：屈服值、屈服点。
定义：流体开始呈现层流流动时所需要的剪切应力。
常用符号：τ0；YP
单位：dyn/cm2、Pa
几何意义：直线截距的切应力值。塑性粘度PlasticViscosity
定义：塑性流体与其结构强弱无关的粘度。
常用符号：ηs、PV
单位：公制：dyn.s/cm2、泊、厘泊。
国际：Pa.s、mPa.s
模式讨论τ-τ0=ηsγ或者η=ηs+τ0/γ
优点：
γ0，ττ0能够反映多数钻井液具有内部结构情况。
γ，η能够反映多数钻井液的剪切稀释性。
γ，ηηs能够反映出钻井液的极限粘度。
缺点：
低剪切速率下：τ实>τ宾表明模型拟合实际曲线有较大偏差.真实泥浆与不同流型的比较假塑性流体PseudoplasticFluids
流变模式：τ=Kγn
流变曲线：过原点凸向切应力轴的曲线。

流变参数：
稠度系数K
意义：反映流体的粘滞性。K越大，流体越难流动。
单位：dyn.sn/cm2
流型指数n
意义：偏离牛顿流体的程度。
模式讨论τ=Kγn或者η=Kγn-1
γ0，τ0不符合大多数钻井液具有屈服应力的特点。
γ，η能够反映钻井液的剪切稀释性。
γ，η0无极限粘度，不符合钻井液情况。卡森流体cassonfluid
流变模型：τ1/2=τc1/2+η1/2γ1/2
流变曲线：
γ1/2~τ1/2作图，为一条直线。
γ~τ作图，为直线与曲线之和。

模式讨论τ1/2=τc1/2+η1/2γ1/2
γ0，ττc能够反映多数钻井液具有内
部结构情况。
γ，η能够反映多数钻井液的剪切
稀释性。
γ，ηη能够反映出钻井液的极限粘度。赫－巴流型(2)流变特性与时间有关的非牛顿流体
特点：τ=f(γ，t）
触变性流体Thixotropy
实验现象：流体摇动并静止后形成凝胶，