鉆井液-第3章(鉆井液流變性)

1、重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1 1頁頁L.Z.J第三章第三章 鉆井液流變性鉆井液流變性Drilling Fluid Rheological Property 在外力（泵送、攪拌）作用下在外力（泵送、攪拌）作用下, ,液體液體流動和變形的特性。流動和變形的特性。 鉆井液流變性指網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形與流動特性鉆井液流變性指網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變形與流動特性。包括粘度、切力、剪切稀釋性、觸變性等。包括粘度、切力、剪切稀釋性、觸變性等。 鉆井液流變性對鉆井的影響鉆井液流變性對鉆井的影響: : l攜帶巖屑，保證井底清潔。攜帶巖屑，保證井底清

2、潔。 l懸浮巖屑與重晶石懸浮巖屑與重晶石 l機械鉆速機械鉆速 l井眼規(guī)則和井下安全。井眼規(guī)則和井下安全。 重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2 2頁頁L.Z.J3-1液體流動的特點及其分析液體流動的特點及其分析Characteristics and analysis of fluids flow一、基本概念一、基本概念: 1.1.剪切速率剪切速率( ( Shear rate) )與剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)力( ( shear stress) )1(scmscmddxV沉砂池：沉砂池：1020S-1 環(huán)空：環(huán)空： 50250S

3、-1 鉆具內(nèi)：鉆具內(nèi)： 1001000S-1 鉆頭噴嘴：鉆頭噴嘴： 1萬萬10萬萬S-1 重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第3 3頁頁L.Z.J 2.粘滯性粘滯性(viscosity) 流體流動時具有抵抗剪切變形的物理性質(zhì)。流體流動時具有抵抗剪切變形的物理性質(zhì)。 3.牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律:在一定的條件下，剪切應(yīng)力與速梯正比。在一定的條件下，剪切應(yīng)力與速梯正比。 = = Saapsp.)1(切力與速梯成正比切力與速梯成正比粘滯系數(shù)簡稱粘滯系數(shù)簡稱重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling

4、FluidsDrilling Fluids第第4 4頁頁L.Z.J4.4.流變曲線與流變圖流變曲線與流變圖-，-， 函數(shù)關(guān)系曲線與圖。函數(shù)關(guān)系曲線與圖。重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第5 5頁頁L.Z.J5.液體類型液體類型:(1)(1)根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律：根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律：牛頓液體牛頓液體和和 非牛頓液體非牛頓液體(2)(2)根據(jù)流變曲線特征：根據(jù)流變曲線特征：11塑性液塑性液22假塑性液假塑性液33牛頓液牛頓液44膨脹液膨脹液11塑性液塑性液22假塑性液假塑性液33牛頓液牛頓液44膨脹液膨脹液重慶科技學(xué)院石油

5、工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第6 6頁頁L.Z.J6液體流動類型液體流動類型:（Non-Newtonion fluid） Static plug transition laminar turbulent flow P-L）zone flow(L-T) flow 靜止靜止塞流塞流層流層流紊流紊流流體流速增加流體流速增加重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第7 7頁頁L.Z.J二鉆井液流動特點及分析二鉆井液流動特點及分析1.牛頓流體牛頓流體(Newtonion

6、 fluid)v無結(jié)構(gòu)、均勻質(zhì)點，如油類、無結(jié)構(gòu)、均勻質(zhì)點，如油類、清水。清水。v流變曲線為一條過原點直線流變曲線為一條過原點直線, ,符合符合=。v00、00施加很小的切應(yīng)施加很小的切應(yīng)力就發(fā)生流動。力就發(fā)生流動。為常數(shù)為常數(shù), ,不隨不隨變化變化 =/=tg=/=tgabaabb重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第8 8頁頁L.Z.J靜止靜止塞流塞流層流層流紊流紊流 s 2.塑性液塑性液(Plastic fluid): (大多數(shù)泥漿大多數(shù)泥漿)v存在不流動區(qū)存在不流動區(qū)b bv紊流區(qū)紊流區(qū): :a ab b重慶科技

7、學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第9 9頁頁L.Z.Ja=a/a=tgab=b/b=tgbabaabbs剪切稀釋性剪切稀釋性(shear thinning ) 鉆井液表觀鉆井液表觀(視）粘度視）粘度（AVApparent viscosity）隨速梯（流速）增大而降低隨速梯（流速）增大而降低的性質(zhì)。的性質(zhì)。a a、b b-某速梯下的粘度某速梯下的粘度 -表觀（視）粘度表觀（視）粘度。重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1010頁頁L.Z.Jabaabb

8、s剪切稀釋性剪切稀釋性(shear thinning )原因原因：在速梯增大時，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被拆散，：在速梯增大時，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被拆散，結(jié)構(gòu)粘度降低所致。結(jié)構(gòu)粘度降低所致。意義意義：具有剪切稀釋性的鉆井液，在速：具有剪切稀釋性的鉆井液，在速梯較低時有較大的表觀粘度，有利梯較低時有較大的表觀粘度，有利于懸浮和攜帶巖屑。而在速梯較大于懸浮和攜帶巖屑。而在速梯較大時又有較小的表觀粘度，這有利于時又有較小的表觀粘度，這有利于降低流動阻力，減少功率損耗。降低流動阻力，減少功率損耗。重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1111頁頁L.Z.

9、J3.假塑性液假塑性液(Pseudo-plastic fluid)（聚合物鉆井液、油包水乳化鉆井液為典型的假塑性液聚合物鉆井液、油包水乳化鉆井液為典型的假塑性液）v流變曲線為過原點的流變曲線為過原點的指數(shù)曲線；指數(shù)曲線；v施加很小切應(yīng)力發(fā)生施加很小切應(yīng)力發(fā)生流動，無流動，無s s或很小或很小; ;v具有剪切稀釋性。具有剪切稀釋性。abaabb重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1212頁頁L.Z.J4.膨脹性液體膨脹性液體(dilatant fluid)l 淀粉液體為典型的膨淀粉液體為典型的膨脹性液體；脹性液體；l 流

10、變曲線為指數(shù)曲線流變曲線為指數(shù)曲線與假塑性液體相似，與假塑性液體相似，但凹凸方向相反；但凹凸方向相反；l 粘度隨速梯增加而增粘度隨速梯增加而增加加剪切增稠剪切增稠。aababb重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1313頁頁L.Z.J3-2 鉆井液流變模式及評價鉆井液流變模式及評價Drilling fluid rheological models evaluation一、賓漢模式一、賓漢模式(Bingham 1919 ) =0+ss0重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDril

11、ling Fluids第第1414頁頁L.Z.J一、賓漢模式一、賓漢模式(Bingham 1919 ) =0+ss-塑性粘度塑性粘度PV(plastic viscosity ) 意義意義: s=(-0 )/反映了液相與液相之間、固相與液相之間、固相與反映了液相與液相之間、固相與液相之間、固相與固相之間的摩擦力。固相之間的摩擦力。 影響影響:固相性質(zhì)及含量，液相性質(zhì)。固相性質(zhì)及含量，液相性質(zhì)。 控制控制:通常通過清除鉆屑來降低。通常通過清除鉆屑來降低。重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1515頁頁L.Z.J一、賓漢模式

12、一、賓漢模式(Bingham 1919 ) =0+s0-動切應(yīng)力，動切應(yīng)力，YP (Yield Point) ，Pa. 意義意義:用以表示鉆井液流動時鉆井液中粘土網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強度用以表示鉆井液流動時鉆井液中粘土網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強度 反映了鉆井液攜帶和懸浮鉆屑的能力。反映了鉆井液攜帶和懸浮鉆屑的能力。 影響影響:形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的因素，如形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的因素，如粘土含量粘土含量及及性質(zhì)、聚合物、性質(zhì)、聚合物、電解質(zhì)電解質(zhì)等。等。 控制控制: 提高動切力提高動切力：加上述物質(zhì)；：加上述物質(zhì)； 降低動切力降低動切力：加拆散結(jié)構(gòu)的物質(zhì)如：降粘劑、反：加拆散結(jié)構(gòu)的物質(zhì)如：降粘劑、反絮凝劑等。絮凝劑等。 重慶科技學(xué)院石

13、油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1616頁頁L.Z.J一、賓漢模式一、賓漢模式(Bingham 1919 ) =0+s3.視粘度表達(dá)式視粘度表達(dá)式: =0/+s =g +s 結(jié)構(gòu)粘度定義結(jié)構(gòu)粘度定義為為g =0/由此表明采用由此表明采用賓漢賓漢模式的視粘度由模式的視粘度由結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)粘度粘度和和塑性粘度塑性粘度構(gòu)成，構(gòu)成，其所占的比例不同對其所占的比例不同對鉆井液的流變性影響鉆井液的流變性影響很大。很大。討論：討論：兩種鉆井液在某相同的速梯下視粘度相同，其懸浮兩種鉆井液在某相同的速梯下視粘度相同，其懸浮攜帶鉆屑的性能是否相同？攜帶鉆

14、屑的性能是否相同？例例：(1)(1) (2)(2) 重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1717頁頁L.Z.J二、冪律模式二、冪律模式(Bingham 1928) (Power law model )表達(dá)式：表達(dá)式：=Kn （指數(shù)方程）（指數(shù)方程）1. n流性指數(shù)流性指數(shù)(無因次無因次n1n1) 意義意義：當(dāng)當(dāng)n1時為膨脹流體。時為膨脹流體。對大多數(shù)鉆井液，對大多數(shù)鉆井液，n1n1，反映了流體非牛頓性的強弱，即結(jié)構(gòu)性強弱，反映了流體非牛頓性的強弱，即結(jié)構(gòu)性強弱。影響與控制影響與控制：與動切應(yīng)力類似。與動切應(yīng)力類似。2.

15、 K 稠度系數(shù)稠度系數(shù)n 意義意義:反映流體的稀稠程度，與粘滯性有關(guān)反映流體的稀稠程度，與粘滯性有關(guān)。影響與控制：影響與控制：與粘度相同。與粘度相同。1nnAKK3.視粘度視粘度:重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1818頁頁L.Z.J三、赫巴模式赫巴模式 Herschel-Bulkely(修正冪律模式修正冪律模式) 7777年年.Zamaro-Lord .Zamaro-Lord 首用于鉆井液首用于鉆井液 =y + Kn流變參數(shù)流變參數(shù)：y屈服值；故又稱帶屈服值屈服值；故又稱帶屈服值的冪律模式（三參數(shù)），的冪律模式（

16、三參數(shù)），K K，n n同冪律模式參數(shù)。同冪律模式參數(shù)。=y/+ Kn-1 0y重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第1919頁頁L.Z.J四、卡森模式四、卡森模式Casson model (1959.Casson . 1979Lawron-Reid (1959.Casson . 1979Lawron-Reid 首用首用) )21212121c21212121c表達(dá)式：表達(dá)式：c特點特點: : 流變曲線符合大多數(shù)鉆井液的流變特征流變曲線符合大多數(shù)鉆井液的流變特征, ,適應(yīng)范圍廣適應(yīng)范圍廣, ,低、中、高速梯；參數(shù)意義明確

17、，準(zhǔn)確性高。低、中、高速梯；參數(shù)意義明確，準(zhǔn)確性高。重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2020頁頁L.Z.J流變參數(shù)流變參數(shù): :1.c卡森屈服值（卡森屈服值（Casson yield point -CP)意義意義:反映泥漿的結(jié)構(gòu)強弱及攜帶懸反映泥漿的結(jié)構(gòu)強弱及攜帶懸浮能力浮能力, ,實測接近初始凝膠強度實測接近初始凝膠強度(0. c )2.極限高剪粘度（極限高剪粘度（infinite shear viscosity- IV ）,水眼粘度、紊流水眼粘度、紊流粘度粘度. 意義意義:表示體系的純粹內(nèi)摩擦性質(zhì)表示體系的純粹

18、內(nèi)摩擦性質(zhì)（粘滯性）（粘滯性）, ,數(shù)值上等于剪切速數(shù)值上等于剪切速率為無窮大時的有效（視）粘率為無窮大時的有效（視）粘度。（度。（ ）21212121c21212121c重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2121頁頁L.Z.J3.剪切稀釋性指數(shù)剪切稀釋性指數(shù)Im:最大粘度最大粘度(=1的粘的粘度度)與最小粘度與最小粘度( )之之比值。比值。 低固相聚合物低固相聚合物Im=300-600Im=300-600為宜為宜( (體系可達(dá)幾千體系可達(dá)幾千) )。 221211cmI重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)

19、院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2222頁頁L.Z.J重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2323頁頁L.Z.J3-3 鉆井液流變參數(shù)的測量與計算鉆井液流變參數(shù)的測量與計算Measurement and Computation of DF Rheclogical parameter一一.旋轉(zhuǎn)粘度計旋轉(zhuǎn)粘度計結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)及工作原理動力部分動力部分: :雙速同步電機、電源雙速同步電機、電源 變速部分變速部分: :可變六速（轉(zhuǎn)可變六速（轉(zhuǎn)/ /分）分）3 6 100 200 300 6

20、00 3 6 100 200 300 600 測量部分測量部分: :扭力彈簧、刻度盤與內(nèi)外筒組成測扭力彈簧、刻度盤與內(nèi)外筒組成測量系統(tǒng)。量系統(tǒng)。 重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2424頁頁L.Z.JZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計型旋轉(zhuǎn)粘度計局部放大圖局部放大圖重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2525頁頁L.Z.J旋轉(zhuǎn)粘度計旋轉(zhuǎn)粘度計基本公式基本公式: (ZNN-D6 仿范氏仿范氏)v =0.511n (Pa)v =1.703N (1/s)1. =

21、300 n/N (mPa.s)FannFann旋轉(zhuǎn)粘度計：旋轉(zhuǎn)粘度計：N (RPM): 600 300 200 100 6 3N (RPM): 600 300 200 100 6 3(1/S)(1/S)：重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2626頁頁L.Z.J2212122160021100221100216003003006003000300600600)(54. 2242. 0.428. 1.511511. 0lg32. 3)()(511. 0)()(21cmcnnssIPasmPasPaKnPaSmPaSmPa

22、二常用流變參數(shù)直讀公式二常用流變參數(shù)直讀公式重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2727頁頁L.Z.J三、靜切力及測量三、靜切力及測量 鉆井液的切力是指鉆井液的切力是指靜態(tài)形成泥漿結(jié)靜態(tài)形成泥漿結(jié)構(gòu)強度構(gòu)強度(凝膠強度凝膠強度-GEL STRENGTH)，凝膠強度凝膠強度取取決于單位體積中結(jié)構(gòu)鏈下的數(shù)目和單個鏈環(huán)的強度決于單位體積中結(jié)構(gòu)鏈下的數(shù)目和單個鏈環(huán)的強度其大小反映泥漿靜置時懸浮鉆屑或加重劑的能力。其大小反映泥漿靜置時懸浮鉆屑或加重劑的能力。 測量測量：初切初切3（10 s）終切終切3(10min ) (Pa)重

23、慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2828頁頁L.Z.J四、泥漿的觸變性（四、泥漿的觸變性（thixotropy）靜切應(yīng)力隨攪拌后的靜切應(yīng)力隨攪拌后的靜置時間增大而增大的靜置時間增大而增大的特性。特性。 反映鉆井液恢復(fù)結(jié)構(gòu)反映鉆井液恢復(fù)結(jié)構(gòu)的速度和最終凝膠強度。的速度和最終凝膠強度。主要特征主要特征：恢復(fù)結(jié)構(gòu)所需：恢復(fù)結(jié)構(gòu)所需時間和最終凝膠強度的時間和最終凝膠強度的大小。大小。意義意義： 良好的觸變性有良好的觸變性有利于懸浮鉆屑和開泵。利于懸浮鉆屑和開泵。四種鉆井液典型的變性曲線四種鉆井液典型的變性曲線快的強凝膠快的強

24、凝膠慢的強凝膠慢的強凝膠快的弱凝膠快的弱凝膠慢的弱凝膠慢的弱凝膠重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第2929頁頁L.Z.J五、漏斗粘度五、漏斗粘度（ FUNNEL VISCOSITY ） 一定體積（一定體積（700700ml)ml)鉆井液流經(jīng)特制漏斗鉆井液流經(jīng)特制漏斗漏出漏出500500ml(Marsh ml(Marsh 946ml946ml）所需的時間）所需的時間（SecSec）。）。重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第3030頁頁L.Z.J

25、3-4 鉆井液流變學(xué)的應(yīng)用鉆井液流變學(xué)的應(yīng)用Applictions of D.F Rheclogy鉆井液流變性對鉆井工藝的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：鉆井液流變性對鉆井工藝的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第3131頁頁L.Z.J一、攜帶巖屑原理一、攜帶巖屑原理影響攜巖的主要因素：影響攜巖的主要因素： 鉆井液流變性、鉆屑鉆井液流變性、鉆屑尺寸、形狀、流態(tài)。尺寸、形狀、流態(tài)。重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第323

26、2頁頁L.Z.J1.層流攜帶原理層流攜帶原理 轉(zhuǎn)動力矩效應(yīng)轉(zhuǎn)動力矩效應(yīng)層流呈現(xiàn)層流呈現(xiàn)拋物形過水?dāng)嗝嫣攸c，片狀拋物形過水?dāng)嗝嫣攸c，片狀巖屑上升過程受力不均勻，巖屑上升過程受力不均勻，產(chǎn)生力矩作用，產(chǎn)生巖屑翻產(chǎn)生力矩作用，產(chǎn)生巖屑翻轉(zhuǎn)下滑的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)下滑的現(xiàn)象。 不利影響：不利影響：（1 1）攜帶時間延長（攜帶效率低）攜帶時間延長（攜帶效率低）（2 2）在井壁形成假泥餅；）在井壁形成假泥餅； 優(yōu)點：優(yōu)點：環(huán)空返速小，有利環(huán)空返速小，有利于井壁穩(wěn)定和噴射鉆進(jìn)。于井壁穩(wěn)定和噴射鉆進(jìn)。片狀巖屑在層流片狀巖屑在層流中上升受力分析中上升受力分析重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling

27、 FluidsDrilling Fluids第第3333頁頁L.Z.J2.紊流攜巖原理紊流攜巖原理 紊流平滑的拋物形過水?dāng)辔闪髌交膾佄镄芜^水?dāng)嗝妫魏涡螤畹膸r屑在上升面，任何形狀的巖屑在上升過程中受力均勻，巖屑隨上過程中受力均勻，巖屑隨上升液流而穩(wěn)定上升。升液流而穩(wěn)定上升。優(yōu)點：優(yōu)點：不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩效應(yīng)；不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩效應(yīng)；攜巖效率高，井眼凈化好。攜巖效率高，井眼凈化好。局限：局限：（1 1）要求排量大，泵功率消耗）要求排量大，泵功率消耗大；大；（2 2）返速高對井壁沖刷大；）返速高對井壁沖刷大；（3 3）巖屑相對下滑速度大。）巖屑相對下滑速度大。重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程

28、學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第3434頁頁L.Z.J3.平板層流攜巖原理：平板層流攜巖原理：（Flattening of the velocity profile）由尖峰型由尖峰型平板型平板型 克服轉(zhuǎn)動力矩克服轉(zhuǎn)動力矩增加流核寬度增加流核寬度流核流核d d0 0 速梯為速梯為0 0的區(qū)域的區(qū)域重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第3535頁頁L.Z.J3.平板層流攜巖原理：平板層流攜巖原理：（Flattening of the velocity profile）平板程度平板程度 流核

29、寬度影響因素：流核寬度影響因素：)(324)(0_20pspDDVDDd D.Dp-m V-m/s D.Dp-m V-m/s 0 0-Pa -Pa s s-Pa.s -Pa.s V V d d0 0 , ,但不能小于但不能小于Vs Vs ( (一般一般0.5-0.6 m/s);0.5-0.6 m/s); 0 0 d d0 0 ; ; 動塑比（動塑比（0 0 / /s s ） d d0 0 ， ( (一般一般360-478 360-478 1/s)1/s)重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第3636頁頁L.Z.J平板程度

30、的判準(zhǔn)數(shù)平板程度的判準(zhǔn)數(shù)E值：值： 符合平板層流符合平板層流。 一般認(rèn)為動塑比值一般認(rèn)為動塑比值0s360478（1s）或流型指數(shù)）或流型指數(shù)n值時，可以獲得較好的攜巖效果。值時，可以獲得較好的攜巖效果?？刂品椒刂品椒ǎ?通過加入適量電解質(zhì)、聚合物提高動切應(yīng)力；通過加入適量電解質(zhì)、聚合物提高動切應(yīng)力；通過固控通過固控設(shè)備清除無用固相（鉆屑）來降低塑性粘度提高動設(shè)備清除無用固相（鉆屑）來降低塑性粘度提高動/ /塑比值塑比值是是最佳途徑最佳途徑。spDDVE0_)(12 D.Dp-m V-m/s D.Dp-m V-m/s 0 0-Pa -Pa s s-Pa.s -Pa.s 重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)

31、院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第3737頁頁L.Z.J二、鉆井液攜帶鉆屑能力計算二、鉆井液攜帶鉆屑能力計算1.鉆屑輸送比鉆屑輸送比: 鉆屑上升速度與鉆井液環(huán)空返速之比。鉆屑上升速度與鉆井液環(huán)空返速之比。 Rt = Vt/V Vt= V-Vs Vt鉆屑上升速度；鉆屑上升速度；Vs鉆屑下滑速度鉆屑下滑速度 Rt =1-V/Vs 滿足井眼凈化要求滿足井眼凈化要求2. Vs計算：計算：顆粒沉降流態(tài)顆粒沉降流態(tài): :鉆屑顆粒沉滑時鉆屑顆粒沉滑時, ,邊界液流所呈的狀態(tài)邊界液流所呈的狀態(tài). .顆粒雷諾數(shù)顆粒雷諾數(shù)-Re.p (partical Re

32、ynolds Number ) 16.ReassfdVp重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第3838頁頁L.Z.JVs計算：計算：Re.p2000紊流沉降紊流沉降17)(32. 0afsssdV 18)()(706. 0333. 0667. 0ffsssdV 19)(9 . 2ffsssdV 重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第3939頁頁L.Z.J環(huán)空視粘度計算公式環(huán)空視粘度計算公式 00)(24)(2pspssaDDVDD1312.12np

33、annDDVK22121212136001 . 7pcpcpcaDDDDVDD賓漢賓漢模式模式 冪律冪律模式模式 卡森模式 重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第4040頁頁L.Z.J井眼凈化計算機框圖井眼凈化計算機框圖基本數(shù)據(jù)基本數(shù)據(jù)計算環(huán)空流態(tài)計算環(huán)空流態(tài)式（式（1818）計算）計算VsVsRep2000Rep2000式（式（1919）計算）計算VsVs式（式（1616）計算）計算RepRepRep1Rep1式（式（1717）計算）計算VsVs計算計算VtVt計算計算RtRt流態(tài)流態(tài)層流層流紊流紊流YNYN重慶科技學(xué)

34、院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第4141頁頁L.Z.J三鉆井液密度的計算三鉆井液密度的計算鉆井液密度鉆井液密度( ( Density) )Lpff100靜態(tài)測量靜態(tài)測量重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第4242頁頁L.Z.J當(dāng)量循環(huán)泥漿密度當(dāng)量循環(huán)泥漿密度（ E.C.D Equivalent Circulating Density）由于鉆井液循環(huán)流動所產(chǎn)生附加壓力的相當(dāng)密度。由于鉆井液循環(huán)流動所產(chǎn)生附加壓力的相當(dāng)密度。單位：、單位：、f kg/m3

35、；PPa；LmLPfECD10LPDCEf100.單位：、單位：、f g/cm3；PMPa；Lm重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第4343頁頁L.Z.J四、鉆井液流變性與四、鉆井液流變性與井內(nèi)井內(nèi)壓力激動壓力激動鉆井液的井內(nèi)壓力激動鉆井液的井內(nèi)壓力激動 起下鉆和鉆井過程中，由于鉆柱的上下起下鉆和鉆井過程中，由于鉆柱的上下移動、泥漿泵的開動等原因，使井內(nèi)液柱壓移動、泥漿泵的開動等原因，使井內(nèi)液柱壓力產(chǎn)生突然變化（升高或降低），給井內(nèi)增力產(chǎn)生突然變化（升高或降低），給井內(nèi)增加一個附加壓力（正值或負(fù)值）的現(xiàn)象加一個附加壓力

36、（正值或負(fù)值）的現(xiàn)象。 影響激動壓力的因素：影響激動壓力的因素：鉆柱運動速度鉆柱運動速度鉆頭及鉆柱的泥包程度鉆頭及鉆柱的泥包程度環(huán)形空間的間隙、井深環(huán)形空間的間隙、井深泥漿性能（粘度、切力）泥漿性能（粘度、切力）重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第4444頁頁L.Z.J四、鉆井液流變性與四、鉆井液流變性與井內(nèi)井內(nèi)壓力激動壓力激動下鉆下鉆: 當(dāng)鉆頭在井內(nèi)向下運動時，鉆井液被推當(dāng)鉆頭在井內(nèi)向下運動時，鉆井液被推動著向上流動。這時鉆頭處的壓力等于鉆頭以上動著向上流動。這時鉆頭處的壓力等于鉆頭以上鉆井液的流動阻力與該段鉆井液的

37、靜液柱壓力。鉆井液的流動阻力與該段鉆井液的靜液柱壓力。超出靜液柱壓力的部分被稱為超出靜液柱壓力的部分被稱為“激動激動”。這是。這是造造成井漏的原因之一成井漏的原因之一。起鉆起鉆: 相反，當(dāng)鉆頭在井內(nèi)向上運動時，鉆井相反，當(dāng)鉆頭在井內(nèi)向上運動時，鉆井液向下流動。這時鉆頭處的壓力等于鉆頭以上鉆液向下流動。這時鉆頭處的壓力等于鉆頭以上鉆井液的靜液柱壓力減去該段鉆井液的流動阻力。井液的靜液柱壓力減去該段鉆井液的流動阻力。低于靜液柱壓力的部分被稱為低于靜液柱壓力的部分被稱為“抽吸壓力抽吸壓力”。這。這是是誘發(fā)井噴、井塌的原因之一誘發(fā)井噴、井塌的原因之一。 主要控制措施：主要控制措施：控制起下鉆速度；控制起下鉆速度；降低鉆井液粘切。降低鉆井液粘切。重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院Drilling FluidsDrilling Fluids第第4545頁頁L.Z.J四、鉆井液流變性與四、鉆井液流變性與井內(nèi)井內(nèi)壓力激動壓力激動開泵時的壓力激動開泵時的壓力激動: 由于鉆井液具有觸變性，停止循由于鉆