钻井液流变性

模式讨论
τ- τ 0 = ηp γ
或者 η= ηp + τ0/ γ
γ 0， τ τ0
能够反映多数钻井液具有内部结构情况。
γ ，η
γ， η ηp
能够反映多数钻井液的剪切稀释性。
能够反映出钻井液的极限粘度。
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.
1 13
真实泥浆与不同流型的比较
统一名称：屈服值、屈服点。 定义：流体开始呈现层流流动时所需要
0
τs τ0
τ
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。
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流型图
ηp —— 塑性粘度 Plastic Viscosity 定 单 义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力。 位：公制：dyn.s/cm2、泊、厘泊。 国际：Pa.s、mPa.s 常用的其它符号： ηs、PV
1
2
塞流：流体象塞子一样流动，流速为常数。 层流：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：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。
塞 流
层
流
紊 流
稳定流动类型的变化
1 3
2. 基本概念
剪切速率 Shear Rate
统一名称：速梯、剪率、切变率。 常用符号：γ、D、dv/dx、dv/dr
1 4
剪切应力 Shear Stress
统一名称：剪应力、切应力。 常用符号：τ 定 意 单 义： τ= F/A = 液层单位面积上的剪切力。 义：τ越大，液流各层所受的作用力越大； 反之，越小。 位： τ= F/A = dyn/cm2；Pa。
1Pa = 10dyn/cm2
1 5
流变曲线 Consistency Curve 定 义：速梯与切应力关系曲线。 表示方法：三种表示法。
1
0
τc
τ
卡森流体流变曲线
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宾汉模式的局限性：
适合在中剪切速率 范围描述钻井液的流变性。
幂律模式的局限性： 适合在低、中剪切速率 范围描述钻井液的流变性.
卡森模式：
卡森(Casson)模式是1959年由卡森首先提出的，最初主要 用于油漆、颜料和塑料等工业中。1979年，美国人劳增 (Lauzon)和里德(Reid)首次将卡森模式用于钻井液流变性 的研究中。 卡森模式不但在低剪切区和中剪切区有较好的精确度， 还可以利用低、中剪切区的测定结果预测高剪切速率下的 流变特性。
r
0

真实泥浆与不同流型的比较
1 14
假塑性流体 Pseudoplastic Fluids
流变模式： τ = Kγn 流变曲线：过原点凸向切应力轴的曲线。 为什么过原点？ 曲线无直线段？
原因：随γ增大，体系中形状不规则的粒子沿流动方向转向和
变形，流动阻力减小。
1
15ห้องสมุดไป่ตู้
流变参数： K——稠度系数 意义：反映流体的粘滞性。越大，流体越难流动。 单位：dyn.sn/cm2 n——流型指数
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）
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2. 非牛顿流体
塑性流体 Plastic Fluids
数学模型： τ- τ0 = ηp γ
流变曲线：有截距的直线。 流变参数：
γ
塑性体 真实泥浆
τ0 —— 动切应力 Yield Stress
漏斗粘度计示意图
1
8
第二节
一、流体分类
基本流型及其分析
根据“τ-γ”关系，将流体分为：
钻井液大多属塑性或假塑性流型
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二、流体分析
基本假设：

连续介质


均质性
不可压缩性 层流
1
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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
第三章
Chapter 3
重点：
钻井液的流变性
The Rheology of Drilling Fluids
1. 流变性概念、钻井液流变模型、流变性计算
2. 流变参数及实际调整
3. 流变性与钻井关系
1
1
第一节
钻井液的流动类型和基本概念
1. 流动类型
塞流 层流 紊流
Plug Flow Laminar Flow Turbulent Flow
1
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漏斗粘度 Funnel Viscosity
定 单 类 义：定体积泄流时间。 位：秒；s。 型：
马氏漏斗粘度 Marsh Funnel Viscosity
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
r
意义：偏离牛顿流体的程度。
模式讨论 τ = Kγn 或者 η= Kγn-1
0 τ
γ 0， τ 0 服应力的特点。 γ ，η 性。
不符合大多数钻井液具有屈 能够反映钻井液的剪切稀释
γ， η 0 情况。
无极限粘度，不符合钻井液
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卡森流体
流变模型：τ1/2 = τc1/2 + η1/2 γ1/2
γ
τ
τ ；P；P；
0
τ
0
γ
0
γ ；Q；V；n
流变曲线表示法
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粘度 Viscosity
统一名称：有效粘度、视粘度。
常用符号：η
定
单
义： η= τ/ γ= 单位剪切速率的剪切应力。
位： η= τ/ γ= dyn/cm2/s-1 = dyn.s/cm2 = 泊
1泊 = 100mPa.s =100cp = 1dyn.s/cm2
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
流变曲线： γ1/2-τ1/2 作图，为一条直线。
r1/2
γ -τ作图，为直线与曲线之和。
模式讨论 τ1/2 = τc1/2 + η1/2 γ1/2
0 r τ c1/2 τ 1/2
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 极限粘度。 能够反映出钻井液的