鉆井液與完井液2.ppt

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1、第三章、鉆井液的流變性Chapter3TheRheologyofDrillingFluids本章要求重點掌握：1.幾種流型的概念和數(shù)學模型。2.流變參數(shù)的膠體化學性質。3.流變性測量原理和流變參數(shù)直讀公式。4.鉆井液流變性與鉆井工程的關系。5.鉆井液流變性能的調節(jié)與維護。1第一節(jié)、鉆井液的流動狀態(tài)和基本概念1.流體的流動類型穩(wěn)定流：流場中任何點的流動參量不隨時間改變，但不同點的流動參量可以不同的流動。特點：穩(wěn)定流動是連續(xù)性的。不穩(wěn)定流：流場中任何點的流動參量不但隨位置不同而變，而且隨時間不同也在改變的流動。特點：舊的流動條件剛改變到新的流動穩(wěn)定條件建立之間的流動。

2、如：流體剛開始流動時；管道橫斷面變寬、變窄處。2穩(wěn)定流動類型的變化塞流PlugFlow---流體象塞子一樣流動，流速為常數(shù).穩(wěn)定流層流LaminarFlow---流體分層運動。任意流層與相鄰流層方向相同，流速不同。紊流TurbulentFlow---流體內形成無數(shù)小旋渦。任一定點的流速，其大小、方向都在進行著不規(guī)則的、連續(xù)的變化。塞流層流紊流32.基本概念（預備知識）剪切速率ShearRate同義名稱：速梯、剪率、切變率，流速梯度。常用符號：γ、D、dv/dr定義：γ=dv/dr=垂直于流動方向上單位距離內的流速增量。意義：dv/dr增大，液流各層間的速度變化大；

3、反之則小。單位：γ=速度/距離=cm/s/cm=1/s=s-1鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中各部位剪切速率范圍為:沉砂罐處：10~20s-1環(huán)形空間：50~250s-1鉆桿內部：100~1000s-1鉆頭水眼：1000~7000s-14剪切應力ShearStress同義名稱：剪應力、切應力。常用符號：τ定義：τ=F/A=液層單位面積上的剪切力。意義：τ越大，液流各層所受的作用力越大；反之，越小。剪切應力內摩擦力單位：τ=F/A=dyn/cm2；Pa。1Pa=1N/m2=10dyn/cm25流變曲線ConsistencyCurve定義：速梯與切應力關系曲線。表示方法：三種表示法。

4、000ττγγQ；V；n?P；P；?6粘度Viscosity同義名稱：有效粘度、視粘度。常用符號：η定義：η=τ/γ(單位剪切速率的剪切應力)。單位：η=τ/γ=dyn/cm2/s-1=dyn.s/cm2=泊1泊=100cp=100mPa.s=1dyn.s/cm2=0.1Pa.s7幾何意義A.流變曲線上某點與原點相連直線斜率的倒數(shù)ηA=1/tg?=τA/γA?越大，η越小圖中：ηA<ηBB.流變曲線上某點與原點相連直線的斜率ηA=tg?=τA/γA?越大，η越大圖中：ηA>ηB0τγAB?2?1τγ0AB?2?18漏斗粘度FunnelViscosity定義：定體積

5、泄流時間。單位：秒；s類型：?馬氏漏斗粘度MarshFunnelViscosity定義：1500ml流出946ml的時間。標準：清水測量值：26±0.5s?中國漏斗粘度定義：700ml流出500ml的時間。標準：清水測量值：15±0.5s9漏斗粘度反映流變性的優(yōu)缺點優(yōu)點：簡單易行缺點：測定過程中流速梯度在變化沒有考慮流體密度的影響10剪切稀釋性——鉆井液的有效粘度隨剪切速率增加而降低的現(xiàn)象。特點：剪切速率是變量；粘度是變量?？捎肶P/PV,n,Im等來表征。11第二節(jié)、基本流型及其分析一、流體分類根據(jù)“應力—應變（流動）（τ~γ）”關系，將流體分為：12二、流體分

6、析對流體研究對象的基本假設：?連續(xù)介質?均質性?不可壓縮性?層流131、牛頓內摩擦定律與牛頓流體?牛頓內摩擦定律τ=F/A=η(dv/dr)η—表征流體粘性的比例系數(shù)，簡稱牛頓粘度。F—內摩擦力。?牛頓流體流變性符合牛頓內摩擦定律的流體。類型舉例：水、甘油、單相液體等。流變曲線：通過原點的直線。特點：η=τ/γ=C（常數(shù)）Frdvdrrτ0稠液體稀液體142.非牛頓流體剪切應力與剪切速率不呈線形關系的流體。（1）流變特性與時間無關的非牛頓流體特點：τ與γ呈單值對應關系。塑性流體PlasticFluids數(shù)學模型：τ=τ0+ηsγ流變曲線：有截距的直線。流變參數(shù)：動

7、切應力YieldStress同意名稱：屈服值、屈服點。定義：流體開始呈現(xiàn)層流流動時所需要的剪切應力。常用符號：τ0；YP單位：dyn/cm2、Pa幾何意義：直線截距的切應力值。γττ0τs0塑性體15塑性粘度PlasticViscosity定義：塑性流體與其結構強弱無關的粘度。常用符號：ηs、PV單位：公制：dyn.s/cm2、泊、厘泊。國際：Pa.s、mPa.s模式討論τ-τ0=ηsγ或者η=ηs+τ0/γ優(yōu)點：γ?0，τ?τ0能夠反映多數(shù)鉆井液具有內部結構情況。γ??，η??能夠反映多數(shù)鉆井液的剪切稀釋性。γ??，η?ηs能夠反映出鉆井液的極限粘度。缺點：低剪

8、切速率下：