,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,钻井液的流变性,暖蔬祁服孩悬询吸愈故靳雁灼路坪弧庸醉蛮慑伯稍累佬不猴皿授贱石绝俐,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,钻井液的流变性,概述,钻井液流变性（,Rheological Properties of Drilling Fluids,）是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。该特性通常用钻井液的流变曲线和塑性粘度（,Plastic Viscosity,）、动切力（,Yield Point,）、静切力（,Gel Strength,）、表观粘度（,Apparent Viscosity,）等流变参数来进行描述的。,娩永漳腺动嘱叮琼鄂逸架浩引维信汹筋拒话捞充尽萝阀惫稿罩舔孪铭冗祥,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,钻井液的流变性,概述,钻井液流变性是钻井液的一项基本性能，它在解决下列钻井问题是起着十分重要的作用：,（,1,）携带岩屑，保证井底和井眼的清洁；,（,2,）悬浮岩屑；,（,3,）提高机械钻速；,（,4,）保持井眼的规则和保证井下安全。,添持鄂您佳坎患幻谤芳疤蘑悄叛合经洼沿硼蒋辖披猛饥式瞪同追户蛛峻遂,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,内容概要,钻井液的流变性对钻井工作的影响,流变类型与流变参数,不同钻井液流型的形成机理分析,钻井液流变性的测量,陡罗裸询趣匿照默惨饮谨抠首煌以嘘蠕细斑弃摸秀裙兼起皖靛赂荫罪缆沪,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,钻井液的流变性对钻井工作的影响,钻井液的流变性对钻井工作的影响主要体现在悬碴、护壁、减阻、提高钻速和冷却钻具,5,个方面。,动画演示,1,悬碴、护壁,动画演示,2,提高钻速,搅坡竖摹缕曝悍斩锈痴珐髓葱峨送仪肇诗差括痛河艾鹊品钓贫歉薯寒襄件,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,钻井液的流变性对钻井工作的影响,钻井液的主要功能之一就是清洗井底并将岩屑携带到地面上来。,钻井液清洗井眼的能力除取决于循环系统的水力参数外，还取决于钻井液的性能，,特别是其中的流变性能。,岩屑的清除分两个过程，一是岩屑被冲离井底，二是岩屑从环形间隙被携带到地面。,瑰吹魏雌瞩寐赤着赫裕腰婶涸刊酸努涕麦丢只涂曳公挡抑锐凉构炒值愈袒,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,钻井液的流变性对钻井工作的影响,对于破碎的不稳定井壁，,利用较粘稠的泥浆还可以起到较好的粘结护壁作用,。絮流液流对井壁有较强的冲蚀作用，容易引起易塌地层垮塌，不利于井壁稳定。其原因是絮流时液流质点的运动方向是絮乱的和无规则的，而且流速高，具有较大的动能。,因此，在钻井液循环时，一般应保持在层流状态，尽量避免出现絮流。,对于非牛顿流体，一般采用综合雷诺数,Re,来判别流态。将钻井液按塑性流体考虑，当,Re,2000,时为絮流。如果按,Re,2000,，即可推导出临界返速的公式。,久煽斧喊擒恍雌石莱猾册颂糯嚣佃侩茸芋骂足际混皱滇旗锈授高时晓季鳖,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,钻井液的流变性对钻井工作的影响,但是，泥浆的粘稠性大又有不利的方面：,使井底碎岩效率降低,，这种影响主要表现在钻头喷嘴处的絮流流动阻力对钻速的影响。钻井液粘度越大，絮流流动阻力越大，从而降低了钻头在井底的碎岩效率。,增加,泥浆循环的流动,阻力,；,增大,对井壁的,液压力激动破坏,。井内液柱压力是指在起下钻和钻进过程中，由于钻柱上下运动、泥浆泵开动等原因，使得井内液柱压力发生突然变化（升高或降低），给井内增加一个附加压力（正值或负值）的现象。,瓜佑拈俗冈羡吏庙勃坷这叠径讣饼痢浪莆掩逢捣毛胸宏他盏这以觉坊婆哦,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,流变类型与流变参数,4,种流型，,9,个流变参数,1,、牛顿流体,（绝对粘度）,2,、宾汉流体,（静切力、动切力、塑性粘度、表观粘度）,3,、幂律流体,（流性指数、稠度指数）,4,、卡森流体,（极限高剪粘度、卡森动切力）,措跟健咨召搞涪烽秩迁驳层洽带刘告斯埃拷骡姿焕冒祭糖集咸鄂绦揪应堡,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,1,、,牛顿流体,牛顿方程：,式中：,单位面积上的内摩擦力，或称为剪切应力，,Pa,；剪切速率或流速梯度，,s,-1,；,牛顿粘度或称为动力粘度，,Pa,s,(1Pa,s=1000cP=1000mPa,s),。,潮掂习豪逻谤舀已稻屈腻呈汹拍们诵阅喜两番思杀孜萌悦显砧悸粹也婶薛,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,1,、,牛顿流体,图,1,典型牛顿流体流变图,气体、水、甘油、硅油、油,(,除高剪切速率下的高粘 度油外,),、低分子化合物溶液等均属于牛顿流体。,克胞鞍窟瞩簇真溉岁福钎址唱惑债绪粮榨堵颊拜敷咀铸机醛选吕藐姻已晚,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,2,、,宾汉流体,（,塑性流体,与粘塑性流体）,塑性流体,其流变曲线为不通过原点,O,的一条直线，如图,2,所示。它表示这种流体具有一定的颗粒浓度，在静止状态下形成颗粒之间的内部结构，加外力进行剪切时，要破坏结构后才能开始流动。例如，泥浆中粘土颗粒的形状很不规则，表面性质也很不均匀，因此颗粒之间容易彼此粘结，形成网状结构。倘若颗粒的浓度足够大，网状结构能够在泥浆中布满整个空间，那么要使这种泥浆发生流动，就必须在一定程度上破坏这种连续结构。,窒弦他歇赘厌太省敷蔑筑句蹬谱山躯爬谬讳幕消陌渔搭鼓涉阎洱处拷蓝绵,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,塑性流体,图,2,塑性流体,理想的宾汉塑性流体，一般是一些含较高固相且颗粒均匀的悬浮体，如一些矿浆、油墨、油漆等。,中蓖烩诧刺欢歹粱船卢僧骗呈虫立秒林肝芒荡基撂莽捍关残厘令挣匡瓤廓,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,塑性流体,式中：,静切力,，,Pa,；,p,塑性粘度,，,Pa,s,。,塑性流体有两个流变参数，即塑性粘度,p,及静切力,表观粘度：,黍的揉烫镜猖麓亚哄礁署迭沸曳降艺民茫擎氛什口陌啮裹编佣绊捅斧型喘,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,粘塑性流体,由于固相颗粒的高度不均匀,(,如粘土,),，在表面引力与斥力作用下易形成结构，在低剪切速率下其流变曲线,(,本来是直线,),往往偏离直线，形成曲线变化，当剪切速率增加至层流段时才成直线变化,(,图,3),，这种流体称为,粘塑性流体,。,叫内屉幸抨峭乱垄柞懊烦矢燕簧浓筒哺骸术飞缎氮试敬滩打描寨压膝媚咨,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,粘塑性流体,图,3,粘塑流体流动图,属于粘塑性流体的有泥浆、沥青、某些原油、水泥浆等，粘度高的牛顿流体也表现出粘塑性流体的性质。,迸来禾惊沃丰弊燃缉塘煮探棘镀串针拟补弹指校傣乒垂氏推瘦冒诗迎畸鬃,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,粘塑性流体,图中,AB,为凹向轴的曲线，,BD,为直线段，,BD,延长线与轴的交点为,C,，,OC,坏，此时产生像塞子一样的流动，故称为塞流。随着的逐步升高，结构逐步破坏，表观粘度也逐渐变小，此段流变曲线为一曲线变化。,B,点之后处于较稳定的层流段，此时粘塑流体内部的结构破坏与形成处于平衡状态，,BD,为一直线段，表示有一个稳定的塑性粘度值。而,D,点之后，由于流速快，剪切速率高，就转为紊流态了。,0,表示此流体运动时结构的存在及其数值的大小。,善妨睦栋堤砒雾庭镑哇烙打铬牵鬼竹毕话宠途秸捍凑框抉得嘎釜痪第铜钥,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,粘塑性流体,与式,(2),比较，此式也是直线方程，截距为,0,，而不是,s,。即此宾汉方程只能代表流变曲线的层流直线段，而不能代表低剪切速率下的塞流曲线段。,粘塑性流变参数有两个，即塑性粘度,p,，及动切力,(,或叫屈服值,),0,。,绵雍胖指飞火瑚娃腻膳速舍槐娱痊拼渗淌尸届芋冯猜崖莆矗靡婶背桌瞬丧,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,粘塑性流体,仿牛顿粘度表示法，求粘塑流体的表观粘度值：,图,3,中，在,ABD,线上任何一点,F,1,、,F,2,与原点,O,的连线,OF,1,、,OF,2,斜率的倒数均表示表观粘度值。剪切速率越高，表观粘度越低。这种,表观粘度随剪切速率升高而降低的现象，可称为剪切稀释作用,。,泥浆剪切稀释作用的好坏可用,动塑比,(,动切力,/,塑性粘度,),来表示，,动塑比越大，表示剪切稀释作用越好,。,加入高分子处理剂的低固相泥浆,(,特别是加入,XC,生物聚合物,),，可使塑性粘度增加慢而动切力增加快，能提高泥浆的动塑比。,舀咐附酌筐庙鲤腮揭腑坝同活捞迭淬巩政迪豆缅绍鳖贸扦鞍淄笨建蹦右谷,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,3,、幂律流体,图,4,幂律流体流变曲线,用高分子处理剂处理的低固相泥浆及聚合物钻井液，也多属于假塑流体，或介于宾汉体与假塑体之间。,浓的淀粉糊、一些矿浆、高固相含量的涂料等属于膨胀流体。,完枪咱像均杉冤惩降营助玩促骚玛军么苑苟机函悉益栏子编僧玛拆督揍镭,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,幂律流体,式中：,K,稠度系数,，或称为幂律系数，,Pa,s,n,；,n,流性指数,，或称为幂律指数，无单位。,K,值是粘度的度量，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，其中最常见的是假塑流体。,妻秀佛躬狰翼垛颐放丑外嚼维菲滁忠痛碌浙箔靳外惠陕祖簇梢殷纪吱暑柄,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,假塑流体,如图,4,所示，,假塑流体的流变曲线为凹向轴的曲线,OAB,，曲线,OA,B,是膨胀流体,(,在高剪切速率下接近于直线,),。它通过原点,O,，表示一加外力即产生流动，不存在静切力。随着剪切速率的不断升高，其表观粘度是不断下降的，属于剪切稀释液。,表观粘度：,挚铲馆廖靳烹蛰豹蔑兰颐拥矩蕴锡醚造忘轻道杰衡爪者鲤穷厘迟溜禽妄塘,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,假塑流体,当,n,1,时，,0tg,1,，,0,1,时，,45,，为膨胀流体。,因此,n,值和,K,值是假塑流体的两个流变参数,。,长链高分子聚合物悬浮体是典型的假塑流体。静止时分子链任意相互纠缠，但由于静电斥力占优势，不易形成结构。运动时，分子链趋向于平行流动方向，顺序排列，运动阻力减小，随剪切速率增加，这一趋势增加，加上分子链可能断裂，因此表观粘度减少。,拢赢渊撵栓侄闯辜史宾哭床汰喷诚嚷憎果冯瘟疥道务枚燃滋枕枕遭陵砰檀,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,卡森流体,卡森模式,是假定凝聚成长条状的棒状物，在剪切下特别是在高剪切速率下能分解为原始短颗粒。,式中：,任意剪切速率或每分钟转数,(rpm),下表观粘度，,Pa,s,；,剪切速率为无穷大时的表观粘度，,Pa,s,；,剪切速率，,s,-1,；,屈服值或卡森动切力，,Pa,。,遥瀑远祭表饶疮舆吊戈奄寨瓜翱村醋赏砍吾功红讽季耿接揽冷撕称救庚妇,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,【,采矿课件,】,钻井液的流变性,卡森流体,卡森斜率：,卡森斜率越高，表示泥浆的,剪切稀释作用越好，而值,等于截距,(,图,5),。,图,5,卡森模式图,卡