钻井液流变性讲稿.ppt

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1、关于钻井液流变性11第一页，讲稿共五十九页哦12第一节第一节 钻井液的流动类型和基本概念钻井液的流动类型和基本概念1.1.流动类型流动类型塞流塞流 Plug Flow层流层流 Laminar Flow紊流紊流 Turbulent Flow第二页，讲稿共五十九页哦13塞塞 流流层层 流流紊紊 流流稳定流动类型的变化稳定流动类型的变化塞流：流体象塞子一样流动，流速为常数。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。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、方向都在紊流：流体内形

2、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。进行着不规则的、连续的变化。第三页，讲稿共五十九页哦142.2.基本概念基本概念 剪切速率剪切速率 Shear Rate统一名称统一名称：速梯、剪率、切变率速梯、剪率、切变率。常用符号常用符号：、D、dv/dx、dv/dr定义定义：=dv/dr=垂直于流动方向上单位距离内的流速增量。垂直于流动方向上单位距离内的流速增量。意义意义：dv/dr 增大，液流各层间的速度变化大；反之则小。增大，液流各层间的速度变化大；反之则小。单单 位位：=速度速度/距离距离=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钻

3、井液循环系统中各部位剪切速率范围为:沉砂罐处：沉砂罐处：1020s-1 环形空间：环形空间：50250s-1 钻杆内部：钻杆内部：1001000s-1 钻头水眼：钻头水眼：10007000s-1第四页，讲稿共五十九页哦15 剪切应力剪切应力 Shear Stress统一名称统一名称：剪应力、切应力剪应力、切应力。常用符号常用符号：定定 义义：=F/A=液层单位面积上的剪切力。液层单位面积上的剪切力。意意 义义：越大，液流各层所受的作用力越大；越大，液流各层所受的作用力越大；反之，越小。反之，越小。单单 位位：=F/A=dyn/cm2；Pa。1Pa=10dyn/cm2第五页，讲稿共五十九页哦16

4、 流变曲线流变曲线 Consistency CurveConsistency Curve定定 义义：速梯与切应力关系曲线。：速梯与切应力关系曲线。表示方法表示方法：三种表示法。：三种表示法。000；Q；V；n；P；P；流变曲线表示法流变曲线表示法第六页，讲稿共五十九页哦17 粘度粘度 Viscosity统一名称统一名称：有效粘度、视粘度有效粘度、视粘度。常用符号常用符号：定定 义义：=/=单位剪切速率的剪切应力。单位剪切速率的剪切应力。单单 位位：=/=dyn/cm2/s-1=dyn.s/cm2=泊泊 1泊泊=100mPa.s=100cp=1dyn.s/cm2第七页，讲稿共五十九页哦18 漏斗

5、粘度漏斗粘度 Funnel ViscosityFunnel Viscosity定定 义义：定体积泄流时间定体积泄流时间。单单 位位：秒；秒；s s。类类 型型：马氏漏斗粘度马氏漏斗粘度 Marsh Funnel ViscosityMarsh Funnel Viscosity定义定义：1500ml 1500ml 流出流出946ml 946ml 的时间的时间。标准标准：清水测量值：清水测量值：260.5s260.5s 中国漏斗粘度中国漏斗粘度定义定义：700ml700ml流出流出500ml500ml的时间的时间。标准标准：清水测量值：清水测量值：150.5s150.5s漏斗粘度计示意图漏斗粘度计示

6、意图第八页，讲稿共五十九页哦19第二节第二节 基本流型及其分析基本流型及其分析一、流体分类一、流体分类 根据根据“-”-”关系，将流体分为：关系，将流体分为：钻井液大多属塑性或假塑性流型钻井液大多属塑性或假塑性流型第九页，讲稿共五十九页哦110二、流体分析二、流体分析基本假设基本假设：连续介质连续介质 均质性均质性 不可压缩性不可压缩性 层流层流第十页，讲稿共五十九页哦1111 1、牛顿内摩擦定律与牛顿流体、牛顿内摩擦定律与牛顿流体 牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律=F/A=(dv/dr)=F/A=(dv/dr)表征流体粘性的比例系数，简称牛顿粘度。表征流体粘性的比例系数，简称牛顿粘度。F F 内

7、摩擦力。内摩擦力。牛顿流体牛顿流体 流变性符合牛顿内摩擦定律的流体。流变性符合牛顿内摩擦定律的流体。类型举例类型举例：水、甘油、单相液体等。：水、甘油、单相液体等。流变曲线流变曲线：通过原点的直线。：通过原点的直线。特点特点：=/=C=/=C（常数）（常数）第十一页，讲稿共五十九页哦1122.2.非牛顿流体非牛顿流体 塑性流体塑性流体 Plastic FluidsPlastic Fluids数学模型数学模型：-0 0=p p 流变曲线流变曲线：有截距的直线。：有截距的直线。流变参数流变参数：0 0 动切应力动切应力 Yield StressYield Stress统一名称统一名称：屈服值、屈服

8、点。：屈服值、屈服点。定义定义：流体开始呈现层流流动时所需要：流体开始呈现层流流动时所需要 的剪切应力。的剪切应力。常用符号常用符号：0 0；YPYP单单 位位：dyn/cmdyn/cm2 2、PaPa几何意义几何意义：直线截距的切应力值。：直线截距的切应力值。0s0真实泥浆真实泥浆塑性体塑性体流型图流型图第十二页，讲稿共五十九页哦113p p 塑性粘度塑性粘度 Plastic ViscosityPlastic Viscosity定定 义义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力。：产生单位剪切速率所需要的剪切应力。常用的其它符号常用的其它符号：s s、PVPV单单 位位：公制：公制：dyn.s/c

9、mdyn.s/cm2 2、泊、厘泊。、泊、厘泊。国际：国际：Pa.sPa.s、mPa.smPa.s模式讨论模式讨论 -0 0=p p 或者或者=p p+0 0/0 0，0 0 能够反映多数钻井液具有内部结构情况。能够反映多数钻井液具有内部结构情况。，能够反映多数钻井液的剪切稀释性。能够反映多数钻井液的剪切稀释性。，p p 能够反映出钻井液的极限粘度。能够反映出钻井液的极限粘度。低剪切速率下：低剪切速率下：实实 宾宾 表明模型拟合实际曲线有较大偏差表明模型拟合实际曲线有较大偏差.第十三页，讲稿共五十九页哦114真实泥浆与不同流型的比较真实泥浆与不同流型的比较 r0真实泥浆与不同流型的比较真实泥浆

10、与不同流型的比较第十四页，讲稿共五十九页哦115 假塑性流体假塑性流体 Pseudoplastic FluidsPseudoplastic Fluids流变模式流变模式：=K=Kn n流变曲线流变曲线：过原点凸向切应力轴的曲线。：过原点凸向切应力轴的曲线。为什么过原点为什么过原点？曲线无直线段曲线无直线段？原因：随原因：随增大，体系中形状不规则的粒子沿流动方向转向和增大，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。变形，流动阻力减小。第十五页，讲稿共五十九页哦116流变参数流变参数：KK稠度系数稠度系数意义意义：反映流体的粘滞性。越大，流体越难流动。：反映流体的粘滞性。越大，流体

11、越难流动。单位单位：dyn.sdyn.sn n/cm/cm2 2 n n流型指数流型指数 意义意义：偏离牛顿流体的程度。：偏离牛顿流体的程度。模式讨论模式讨论 =K=Kn n 或者或者 =K=Kn-1n-1 0 0，0 0 不符合大多数钻井液具有屈不符合大多数钻井液具有屈 服应力的特点。服应力的特点。，能够反映钻井液的剪切稀释性。能够反映钻井液的剪切稀释性。，0 0 无极限粘度，不符合钻井液无极限粘度，不符合钻井液情况。情况。0r第十六页，讲稿共五十九页哦117 卡森流体卡森流体流变模型流变模型：1/21/2=c c1/21/2+1/21/2 1/21/2流变曲线流变曲线：1/21/2-1/2

12、1/2 作图，为一条直线。作图，为一条直线。-作图，为直线与曲线之和。作图，为直线与曲线之和。模式讨论模式讨论 1/21/2=c c1/21/2+1/21/2 1/21/2 0 0，c c 能够反映多数钻井液具能够反映多数钻井液具有内部结构情况。有内部结构情况。，能够反映多数钻井液的能够反映多数钻井液的剪切稀释性。剪切稀释性。，能够反映出钻井液的极能够反映出钻井液的极限粘度。限粘度。卡森流体流变曲线卡森流体流变曲线c00 1/2 c1/2r1/2r第十七页，讲稿共五十九页哦118宾汉模式的局限性：宾汉模式的局限性：适合在中剪切速率适合在中剪切速率 范围描述钻井液的流变性。范围描述钻井液的流变性

13、。幂律模式的局限性：幂律模式的局限性：适合在低、中剪切速率适合在低、中剪切速率 范围描述钻井液的流变性范围描述钻井液的流变性.卡森模式：卡森模式：卡森卡森(Casson)模式是模式是1959年由卡森首先提出的，最初主要用于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。油漆、颜料和塑料等工业中。1979年，美国人劳增年，美国人劳增(Lauzon)和和里德里德(Reid)首次将卡森模式用于钻井液流变性的研究中。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

14、剪切速率下的流变特以利用低、中剪切区的测定结果预测高剪切速率下的流变特性。性。第十八页，讲稿共五十九页哦119三、剪切稀释性三、剪切稀释性定义定义钻井液的有效粘度随剪切速率增加而降低的现象。钻井液的有效粘度随剪切速率增加而降低的现象。实质：高剪切作用破坏了体系内部结构，使总的粘滞性降低。实质：高剪切作用破坏了体系内部结构，使总的粘滞性降低。实质：高剪切作用破坏了体系内部结构，使总的粘滞性降低。实质：高剪切作用破坏了体系内部结构，使总的粘滞性降低。表示法表示法：动塑比：动塑比 o o/p p 意义意义：越大，钻井液的剪切稀释性越强。：越大，钻井液的剪切稀释性越强。因为比值大，表明结构多（因为比值

15、大，表明结构多（o o大），固含低（大），固含低（p p小），体系小），体系受剪切稀释明显。受剪切稀释明显。显然：只要能形成结构的钻井液，均有剪切稀释性。显然：只要能形成结构的钻井液，均有剪切稀释性。显然：只要能形成结构的钻井液，均有剪切稀释性。显然：只要能形成结构的钻井液，均有剪切稀释性。第十九页，讲稿共五十九页哦120l作用：作用：(1)(1)判断携屑能力：强者判断携屑能力：强者好，有利低速带砂。好，有利低速带砂。(2)(2)估估计计钻钻头头水水眼眼处处的的粘粘度度大大小小：强强者者小小，有有利利水力喷射钻井。水力喷射钻井。即即 环形空间：环形空间：低，低，a a大，有利于携带钻屑大，有利

16、于携带钻屑 钻头水眼：钻头水眼：大，大，a a小，有利于水力破岩小，有利于水力破岩一般要求钻井液的剪切稀释能力强。一般要求钻井液的剪切稀释能力强。0.360.360.48 Pa/mPas0.48 Pa/mPas太小，携岩能力差；太强，引起泵压显著提高太小，携岩能力差；太强，引起泵压显著提高第二十页，讲稿共五十九页哦塑性流体：塑性流体：假塑性流体：假塑性流体：卡森流体：卡森流体：一般钻井要求：一般钻井要求：第二十一页，讲稿共五十九页哦122四、四、触变性触变性定义定义：表示方法表示方法：触变性：触变性 =初切力初切力 -终切力终切力 或者或者 =初切力初切力/终切力终切力低密度钻井液低密度钻井液

17、：触变性：触变性=1=1分钟静切力分钟静切力/10/10分钟静切力分钟静切力 11/1010高密度钻井液高密度钻井液：触变性：触变性=10=10秒钟静切力秒钟静切力-10-10分钟静切力分钟静切力 1010/1010网架结构的强弱网架结构的强弱-凝胶强度的大小凝胶强度的大小-触变性触变性第二十二页，讲稿共五十九页哦低密度钻井液终切和初切的测量低密度钻井液终切和初切的测量：高速搅拌高速搅拌10min;初切测量：在初切测量：在600rpm下转下转1min，静止，静止1min1min 或10s，测，测3rpm的切力。的切力。终切测量：在终切测量：在600rpm下转下转1min，静止，静止10min，

18、测测3rpm的切力的切力第二十三页，讲稿共五十九页哦124影响因素：影响因素：粒子浓度粒子浓度，结构恢复快、强，触变性强。，结构恢复快、强，触变性强。电位电位，结构恢复慢、弱，触变性弱。，结构恢复慢、弱，触变性弱。若是高聚物吸附土粒形成桥联结构，恢复快，但最若是高聚物吸附土粒形成桥联结构，恢复快，但最终结构强度弱。终结构强度弱。钻井液对触变性的要求：钻井液对触变性的要求：结构恢复要快（有利钻屑悬浮，防止沉砂）结构恢复要快（有利钻屑悬浮，防止沉砂）最终切力要适当（防止开泵阻力大，压力激动）最终切力要适当（防止开泵阻力大，压力激动）第二十四页，讲稿共五十九页哦125第二十五页，讲稿共五十九页哦12

19、6第三节第三节 钻井液流变参数钻井液流变参数及实际调整及实际调整1.1.静切力静切力ss定义：定义：钻井液静止后形成的凝胶结构强度。钻井液静止后形成的凝胶结构强度。钻井液从静止到开始塞流流动所需要的最小剪切应力。钻井液从静止到开始塞流流动所需要的最小剪切应力。第二十六页，讲稿共五十九页哦127影响因素：影响因素：单个链环的强度单个链环的强度 颗粒间引力颗粒间引力 电位、水化膜厚度电位、水化膜厚度h h 低，低，水化膜薄，水化膜薄，吸力占优势，吸力占优势，ss大。大。结构链环数目结构链环数目/单位体积（结构密度）单位体积（结构密度）颗粒浓度颗粒浓度c c、分散度、分散度 含含量大，分散度高，量大

20、，分散度高，ss大。大。处理剂的种类和加量处理剂的种类和加量调整方法：调整方法：升升s s 提高提高 c c、分散度，降低、分散度，降低 、水化膜厚度、水化膜厚度h h。降降s s 与上相反。与上相反。第二十七页，讲稿共五十九页哦128静切力的实际应用静切力的实际应用（1 1）悬浮岩屑和加重材料）悬浮岩屑和加重材料 悬浮岩屑（球形）所需静切力为：悬浮岩屑（球形）所需静切力为：s s（dyn/cmdyn/cm2 2)=d()=d(岩岩-浆浆）/6/6 s s(mg/cm2)=1000 d()=1000 d(岩岩-浆浆）/6/6经验数据：经验数据：初切力初切力=2=26 Pa6 Pa时，可达到良好

21、的悬浮能力。时，可达到良好的悬浮能力。终切力终切力=2 2初切力，属于良好型触变体。初切力，属于良好型触变体。终切力终切力 5 5初切力，属于递增型触变体。此时，会造成泵压过高，易压漏地层。初切力，属于递增型触变体。此时，会造成泵压过高，易压漏地层。（2 2）影响井内液柱压力激动）影响井内液柱压力激动s第二十八页，讲稿共五十九页哦129设钻井液密度为设钻井液密度为1.2,1.2,重晶石密度为重晶石密度为4.2,4.2,重晶石粉的颗重晶石粉的颗粒直径为粒直径为0.01mm0.01mm0.10mm,0.10mm,问悬浮重晶石粉颗粒该问悬浮重晶石粉颗粒该钻井液钻井液至少应具有多大的切力值？至少应具有

22、多大的切力值？例题：例题：s=1000 d(岩岩-浆）浆）/6 =1000 d(岩岩-浆）浆）/6=10000.01(4.2-1.2)/6=5(mg/cm2)第二十九页，讲稿共五十九页哦1302.2.动切应力动切应力0 0（YPYP）定义定义：钻井液开始作层流流动时，必须要的最小剪切应力。：钻井液开始作层流流动时，必须要的最小剪切应力。实质实质：层流流动时，流体内部结构一部分被拆散，另一部分重：层流流动时，流体内部结构一部分被拆散，另一部分重新恢复。当拆散与恢复速度相等时，保留的那部分内部新恢复。当拆散与恢复速度相等时，保留的那部分内部结构所产生的剪切阻力。结构所产生的剪切阻力。0 0与与s

23、s的区别：的区别：0 0为为塑性流体特有的性质，反映钻井液作层流流动时，粘塑性流体特有的性质，反映钻井液作层流流动时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力 o o是常量，是常量，不随速度梯度变化，体系定它则定不随速度梯度变化，体系定它则定 s s为静止条件下固体颗粒之间吸引力的量度为静止条件下固体颗粒之间吸引力的量度影响因素（类似于静切力）影响因素（类似于静切力）第三十页，讲稿共五十九页哦131作用：作用：oooo的大小反映了钻井液携屑能力的大小。的大小反映了钻井液携屑能力的大小。oooo大，说明大，说明大，说明大，说明层流时结构强度大，流核面积大，携

24、屑能力强，反之弱。层流时结构强度大，流核面积大，携屑能力强，反之弱。层流时结构强度大，流核面积大，携屑能力强，反之弱。层流时结构强度大，流核面积大，携屑能力强，反之弱。测量方法：测量方法：用旋转粘度仪测用旋转粘度仪测用旋转粘度仪测用旋转粘度仪测600600转和转和转和转和300300转的数据，代入宾汉公式转的数据，代入宾汉公式转的数据，代入宾汉公式转的数据，代入宾汉公式或相应的直读公式计算而得。或相应的直读公式计算而得。或相应的直读公式计算而得。或相应的直读公式计算而得。o o=5.11=5.11（300-PV300-PV300-PV300-PV）第三十一页，讲稿共五十九页哦1323 3、粘度

25、、粘度定义定义：=/=/意义意义：钻井液作层流流动时，表观粘度等于以下钻井液作层流流动时，表观粘度等于以下 四部分内摩擦力的微观统计结果：四部分内摩擦力的微观统计结果：固固 固颗粒间内摩擦阻力；固颗粒间内摩擦阻力；固固 液相分子间内摩擦阻力；液相分子间内摩擦阻力；液液液分子间内摩擦阻力；液分子间内摩擦阻力；固相结构固相结构液相分子间内摩擦阻力。液相分子间内摩擦阻力。是钻井液在流动过程中实际表现出来的总的粘滞性是钻井液在流动过程中实际表现出来的总的粘滞性第三十二页，讲稿共五十九页哦133几种流体（模式）表示的表观粘度：几种流体（模式）表示的表观粘度：宾宾 汉汉 体：体：=p p+0 0/假塑性体

26、：假塑性体：=K()=K()n-1n-1 卡森体卡森体=(=()1/21/2+(+(0 0/）1/21/2 2 2作用：衡量钻井液的宏观流动性。作用：衡量钻井液的宏观流动性。测量方法：用旋转粘度仪。测量方法：用旋转粘度仪。现场习惯用现场习惯用600600转数据的转数据的1/21/2值表示，值表示，AV=AV=600600/2/2。第三十三页，讲稿共五十九页哦134宾汉体的塑性粘度宾汉体的塑性粘度p p定义定义：层流流动时，流体内部网状结构的破坏与：层流流动时，流体内部网状结构的破坏与恢复处于动态平衡时，恢复处于动态平衡时，以下三部分内摩擦力以下三部分内摩擦力的微观统计结果：的微观统计结果：固固

27、 -固颗粒间内摩擦阻力；固颗粒间内摩擦阻力；固固 -液相分子间内摩擦阻力；液相分子间内摩擦阻力；液液 -液分子间内摩擦阻力；液分子间内摩擦阻力；特点特点：p p不随不随dv/drdv/dr变化而变化。变化而变化。第三十四页，讲稿共五十九页哦135影响因素：影响因素：固相含量：固含固相含量：固含 pp ；分散度：分散度分散度：分散度 pp ；液相粘度：液相粘度液相粘度：液相粘度 pp ；它直接反映了钻井液中固相含量的高低及分散程度。它直接反映了钻井液中固相含量的高低及分散程度。调整调整pp 的方法：的方法：根据影响因素升、降根据影响因素升、降pp 。第三十五页，讲稿共五十九页哦136作用：作用：

28、衡量判断钻井液中固相含量的高低及分散程度。衡量判断钻井液中固相含量的高低及分散程度。高则有害，低则有利。高则有害，低则有利。PVPV与与YPYP是塑性型钻井液的两个是塑性型钻井液的两个重要流变参数重要流变参数，它们直，它们直接影响流阻、压降、水力功率的大小及井眼净化的程接影响流阻、压降、水力功率的大小及井眼净化的程度。度。测量方法测量方法：用旋转粘度仪测：用旋转粘度仪测600600、300300读值。读值。PV=600-300 mPasPV=600-300 mPas第三十六页，讲稿共五十九页哦1374.4.假塑性体的假塑性体的 n n、k k n=f(n=f(内部结构强弱）内部结构强弱）作用：

29、作用：判别携屑能力：判别携屑能力：n n小，流核大，带砂好。小，流核大，带砂好。n=0.4n=0.40.70.7好。好。判断剪切稀释性：判断剪切稀释性：n n越小，剪切稀释能力越强。（结构多）越小，剪切稀释能力越强。（结构多）调整调整n n值方法值方法：降降 n n 加入活性膨润土、无机盐、高分子聚合物等；加入活性膨润土、无机盐、高分子聚合物等；提提 n n 加入清水、稀释剂等。加入清水、稀释剂等。第三十七页，讲稿共五十九页哦138稠度系数稠度系数 k k：表示假塑性钻井液的稀稠程度。表示假塑性钻井液的稀稠程度。表示假塑性钻井液的稀稠程度。表示假塑性钻井液的稀稠程度。K K K K与粘度有关与

30、粘度有关与粘度有关与粘度有关实质：假塑性流体在一定速梯下非结构性内摩擦的反映实质：假塑性流体在一定速梯下非结构性内摩擦的反映作用：衡量钻井液流动阻力的高低及固相含量的多少作用：衡量钻井液流动阻力的高低及固相含量的多少作用：衡量钻井液流动阻力的高低及固相含量的多少作用：衡量钻井液流动阻力的高低及固相含量的多少 第三十八页，讲稿共五十九页哦139调整调整k k值方法：值方法：固相含量：固含固相含量：固含 k ；分散度：分散度分散度：分散度 k ；液相粘度：液相粘度液相粘度：液相粘度 k 第三十九页，讲稿共五十九页哦140第四节第四节 钻井液流变性能与钻井工程的关系钻井液流变性能与钻井工程的关系 钻

31、井液流变性能与钻井工程的关系主要体现钻井液流变性能与钻井工程的关系主要体现：影响钻井速度影响钻井速度 影响环空携带岩屑能力影响环空携带岩屑能力 影响井壁稳定影响井壁稳定 影响岩屑和加重物质的悬浮影响岩屑和加重物质的悬浮 影响井内压力激动影响井内压力激动 第四十页，讲稿共五十九页哦141 在其它因素不变时，钻速与钻头处雷诺数的在其它因素不变时，钻速与钻头处雷诺数的0.50.5次方成正比：次方成正比：Vm=f(Re)1/2 设有两种钻井液，钻速的表达式为：设有两种钻井液，钻速的表达式为：Vm2=Vm1(Re2/Re1)1/2 其它因素不变时，雷诺数与钻井液粘度成反比：其它因素不变时，雷诺数与钻井液

32、粘度成反比：Re 1/所以：所以：Vm2=Vm1(s1/s2)1/2 1.1.影响钻井速度影响钻井速度第四十一页，讲稿共五十九页哦142举例举例 某钻井液的塑性粘度某钻井液的塑性粘度 p p为为32mPa.s32mPa.s，平均钻速为，平均钻速为6 6米米/小时，在不改变其它因素时，降低小时，在不改变其它因素时，降低 p p到到8mPa.s8mPa.s，则，则钻速变化为：钻速变化为：VmVm2 2=6(32/8)=6(32/8)1/21/2=12 =12 米米/小时小时 钻速提高钻速提高2 2倍。如果钻进倍。如果钻进10001000米井段，用米井段，用32mPa.s32mPa.s的的钻井液要用

33、钻井液要用100100小时，则用小时，则用8mPa.s8mPa.s的钻井液只需要的钻井液只需要5050小小时。时。第四十二页，讲稿共五十九页哦 序号序号 /mPa.s 钻速钻速/m.h-111.07.6224.45.85312.94.96（2）易渗入微裂缝易渗入微裂缝 降低压持效应降低压持效应 钻速钻速原因原因:（1）喷嘴处紊流阻力喷嘴处紊流阻力 冲击力强冲击力强如：如：第四十三页，讲稿共五十九页哦144 对岩屑输送比的影响对岩屑输送比的影响 岩屑输送比岩屑输送比(携带比携带比)：Rt=(V-Vs)/V 井眼净化良好的条件井眼净化良好的条件：Rt 0.5 即：即：V 2Vs 式中式中，Rt 岩

34、屑输送比岩屑输送比；V 钻井液平均上返速度钻井液平均上返速度；Vs 岩屑颗粒沉降速度；岩屑颗粒沉降速度；VsVs雷诺数雷诺数ReRe相关。相关。当当Re 3时，时，Vs=326800ds2(s-f)/当当 3 Re 300，Vs=7.13ds(s-f)0.667/(f )0.333可见，井眼净化与粘度可见，井眼净化与粘度 紧密相关。紧密相关。2.2.影响环空岩屑携带影响环空岩屑携带第四十四页，讲稿共五十九页哦145 层流携带岩屑的特点：岩屑翻转上升。层流携带岩屑的特点：岩屑翻转上升。层流携带岩屑缺陷的实质：力矩效应。层流携带岩屑缺陷的实质：力矩效应。紊流携岩优缺点紊流携岩优缺点 改进方法：将尖

35、峰形改为平板形层流。改进方法：将尖峰形改为平板形层流。流核直径：流核直径：由上式可见，由上式可见，0 0/p p ，d d0 0 钻井液流速钻井液流速剖面变平坦剖面变平坦 翻转力矩效应减小。翻转力矩效应减小。流动状态流动状态F2F1Ld0dD第四十五页，讲稿共五十九页哦146对于宾汉流体对于宾汉流体：0/p=0.36 0.48 Pa/mPa.s 0=1.5 3 Pa对于假塑性体对于假塑性体：n=0.4 0.7对于卡森流体对于卡森流体：c=1.0 2.5 Pa =2 6 mPa.s 注意：提高注意：提高0 0/p p 的关键是降低的关键是降低塑性粘度塑性粘度 p p有效地携带岩屑的流变参数取值范

36、围：有效地携带岩屑的流变参数取值范围：第四十六页，讲稿共五十九页哦1473.3.影响井壁稳定影响井壁稳定 指对井壁的冲蚀指对井壁的冲蚀 考虑层流考虑层流,避免出现紊流避免出现紊流 准确计算环空临界返速准确计算环空临界返速:第四十七页，讲稿共五十九页哦148密度、流变参数对临界返速的影响密度、流变参数对临界返速的影响D/cmd/cm/g.cm-3p/mpa.s0/paVc/m.s-121.5912.71.223603.7621.5912.71.099.4262.5621.5912.71.066202.25第四十八页，讲稿共五十九页哦149 在牛顿流体中的颗粒只要其密度大于流体密度，在牛顿流体中的

37、颗粒只要其密度大于流体密度，就必然会以一定速度下沉。就必然会以一定速度下沉。钻井液为非牛顿流体。岩屑颗粒在钻井液中由于钻井液为非牛顿流体。岩屑颗粒在钻井液中由于静切力和动切力的存在，即使颗粒密度大于钻井液静切力和动切力的存在，即使颗粒密度大于钻井液密度，颗粒也不会发生沉降。密度，颗粒也不会发生沉降。悬浮岩屑（球形）所需静切力为：悬浮岩屑（球形）所需静切力为：s（g/cm2)=d(岩岩-浆浆）/6 4.4.影响岩屑和加重物质的悬浮影响岩屑和加重物质的悬浮第四十九页，讲稿共五十九页哦150运动状态下的动切应力的悬浮作用运动状态下的动切应力的悬浮作用岩屑颗粒在钻井液中的沉降速度为：岩屑颗粒在钻井液中

38、的沉降速度为：Vs=d s 0.0702g d s(s-f)-0 若颗粒处于临界状态，有若颗粒处于临界状态，有0.0702g d s(s-f)-0=0即颗粒悬浮的临界条件为：即颗粒悬浮的临界条件为：s/f=14.25 0/(g d s f)+1颗粒悬浮的判别准则为：颗粒悬浮的判别准则为：s/f 14.25 0/(g d s f)+1 在钻井工程中，尤其是在水平井的施工中，在钻井工程中，尤其是在水平井的施工中，动切动切应力的悬浮作用对于避免岩屑沉积是非常有益的应力的悬浮作用对于避免岩屑沉积是非常有益的。第五十页，讲稿共五十九页哦1515 5.与井内液柱压力激动有关与井内液柱压力激动有关在起下钻时

39、，由于钻柱上下运动、泥浆泵开动等原因，使得在起下钻时，由于钻柱上下运动、泥浆泵开动等原因，使得井内井内液柱压力发生突然变化，给井内增加一个附加压力的现液柱压力发生突然变化，给井内增加一个附加压力的现象象第五十一页，讲稿共五十九页哦流变参数计算流变参数计算作图法作图法计算法计算法做做 流变曲线流变曲线判断流型判断流型确定参数确定参数判断流型判断流型计算公式推导计算公式推导计算计算第五十二页，讲稿共五十九页哦PaS-3mPaS1、塑性流体流变参数计算、塑性流体流变参数计算第五十三页，讲稿共五十九页哦Pa第五十四页，讲稿共五十九页哦K2、假塑性流体流变参数计算、假塑性流体流变参数计算第五十五页，讲稿共五十九页哦3、卡森流体流变参数计算、卡森流体流变参数计算 1/2=c1/2+1/21/21/21/23、卡森流体流变参数计算、卡森流体流变参数计算 1/2=c1/2+1/21/21/21/2第五十六页，讲稿共五十九页哦 1/21/23、卡森流体流变参数计算、卡森流体流变参数计算 1/2=c1/2+1/21/2第五十七页，讲稿共五十九页哦4 4、表观粘度、表观粘度 a a 定义：剪切应力定义：剪切应力与对应剪切速率与对应剪切速率之比之比 a =/无特殊说明，无特殊说明，a是指是指=1022 s-1时的时的 a 第五十八页，讲稿共五十九页哦感感谢谢大大家家观观看看第五十九页，讲稿共五十九页哦