钻井液的流变性讲述.ppt

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。 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。 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 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 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。 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Re2000时为絮流。如果按Re＝2000，即可推导出临界返速的公式。 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。 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） 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)。 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。 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。 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。 塑性流体 式中： ——静切力， Pa；ηp ——塑性粘度，Pa·s。 塑性流体有两个流变参数，即塑性粘度ηp及静切力 表观粘度： 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。 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。 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