石油工程 提高采收率 第五章+滲流力學(xué)基礎(chǔ)

1、第五章 滲流力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 滲流基本概念滲流基本概念一、滲流基本概念一、滲流基本概念1 1滲流滲流 在注水驅(qū)油工程中，當(dāng)排驅(qū)液進(jìn)入井底后，便通過(guò)射在注水驅(qū)油工程中，當(dāng)排驅(qū)液進(jìn)入井底后，便通過(guò)射孔眼開(kāi)始了在地層孔隙中的流動(dòng)過(guò)程。孔眼開(kāi)始了在地層孔隙中的流動(dòng)過(guò)程。流體（氣體、液體流體（氣體、液體及其混合物）在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)及其混合物）在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)稱(chēng)為稱(chēng)為滲流，流體在地層，流體在地層中的流動(dòng)稱(chēng)為地下滲流。流體在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，其密中的流動(dòng)稱(chēng)為地下滲流。流體在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，其密度和流速等物理量只與空間位置有關(guān)，而不隨時(shí)間變化的度和流速等物理量只與空間位置有關(guān)，而不隨時(shí)間變化的滲流稱(chēng)

2、為穩(wěn)定滲流；其密度和流速等物理量不僅與空間位滲流稱(chēng)為穩(wěn)定滲流；其密度和流速等物理量不僅與空間位置有關(guān)，而且隨時(shí)間變化的滲流稱(chēng)不穩(wěn)定滲流置有關(guān)，而且隨時(shí)間變化的滲流稱(chēng)不穩(wěn)定滲流。2線(xiàn)性滲流與非線(xiàn)性滲流線(xiàn)性滲流與非線(xiàn)性滲流 當(dāng)流體在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，流體的滲流速度與施加的壓流體的滲流速度與施加的壓力差成線(xiàn)性關(guān)系的滲流力差成線(xiàn)性關(guān)系的滲流稱(chēng)為線(xiàn)性滲流，又稱(chēng)達(dá)西滲流。當(dāng)滲流稱(chēng)為線(xiàn)性滲流，又稱(chēng)達(dá)西滲流。當(dāng)滲流速度增大到一定程度后，速度增大到一定程度后，滲流速度與施加的壓力差不再成線(xiàn)性滲流速度與施加的壓力差不再成線(xiàn)性關(guān)系的滲流關(guān)系的滲流稱(chēng)為非線(xiàn)性滲流，又稱(chēng)非達(dá)西滲流。常規(guī)中、高滲稱(chēng)為非線(xiàn)性滲流，又稱(chēng)非達(dá)西

3、滲流。常規(guī)中、高滲透性?xún)?chǔ)層孔隙半徑一般在數(shù)微米、數(shù)十微米、甚至上百微米，透性?xún)?chǔ)層孔隙半徑一般在數(shù)微米、數(shù)十微米、甚至上百微米，流體在孔隙中的吸附滯留層厚度與孔徑比較微不足道，吸附滯流體在孔隙中的吸附滯留層厚度與孔徑比較微不足道，吸附滯留層對(duì)滲流的影響很小，滲流阻力主要為流體粘滯力，因而呈留層對(duì)滲流的影響很小，滲流阻力主要為流體粘滯力，因而呈現(xiàn)線(xiàn)性滲流特征?，F(xiàn)線(xiàn)性滲流特征。而低滲透性?xún)?chǔ)層孔隙半徑異常細(xì)小，吸附滯而低滲透性?xún)?chǔ)層孔隙半徑異常細(xì)小，吸附滯留層厚度與孔徑處于同一數(shù)量級(jí)，滲流阻力除了流體粘滯力外，留層厚度與孔徑處于同一數(shù)量級(jí)，滲流阻力除了流體粘滯力外，還有流體與巖石界面之間的分子作用力。這

4、時(shí)，必須有足夠的還有流體與巖石界面之間的分子作用力。這時(shí)，必須有足夠的壓力梯度才能啟動(dòng)細(xì)小孔隙中的流體流動(dòng)，因而呈現(xiàn)非線(xiàn)性滲壓力梯度才能啟動(dòng)細(xì)小孔隙中的流體流動(dòng)，因而呈現(xiàn)非線(xiàn)性滲流特征。流特征。3 3徑向流與單向流徑向流與單向流水井注水時(shí)，進(jìn)入井底的流體通過(guò)射孔眼后，就以井眼為中水井注水時(shí)，進(jìn)入井底的流體通過(guò)射孔眼后，就以井眼為中心呈輻射狀向四周發(fā)散，這種流動(dòng)方式稱(chēng)為徑向流。油井采油心呈輻射狀向四周發(fā)散，這種流動(dòng)方式稱(chēng)為徑向流。油井采油時(shí)，來(lái)自地層各個(gè)方向的流體（原油和地層水）也是以徑向流時(shí)，來(lái)自地層各個(gè)方向的流體（原油和地層水）也是以徑向流的方式向井底匯集的。的方式向井底匯集的。 與徑向流不

5、同，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，流體是從與徑向流不同，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，流體是從一維巖心的一端進(jìn)入，從另一端流出，流線(xiàn)為彼此平行的直線(xiàn)一維巖心的一端進(jìn)入，從另一端流出，流線(xiàn)為彼此平行的直線(xiàn),這種流動(dòng)方式稱(chēng)為直線(xiàn)流或單向流（圖這種流動(dòng)方式稱(chēng)為直線(xiàn)流或單向流（圖5-1）。）。圖圖5-1 5-1 徑向流和直線(xiàn)流示意圖徑向流和直線(xiàn)流示意圖 4 4滲流速度滲流速度流體在多孔介質(zhì)中的滲流速度流體在多孔介質(zhì)中的滲流速度V V等于流量等于流量Q Q與介質(zhì)橫截面積與介質(zhì)橫截面積A A之比：之比： 根據(jù)圖5-1，在泵排量一定的前提下，流體在半徑r的圓柱體一維巖心中作單向流動(dòng)時(shí)，垂直于流動(dòng)方向的每一個(gè)截面

6、上各點(diǎn)的流速都是相等的，這時(shí)式5-1中的A等于r2。與單向流不同，流體在以井眼為中心的地層中作徑向流動(dòng)時(shí)，垂直于流動(dòng)方向的流速是一個(gè)變量，距離井眼越遠(yuǎn)（滲流半徑r越大），油層厚度（h）越大，流動(dòng)速度越小，這時(shí)式5-1中的A就等于2rh。AQV5 1 需要說(shuō)明的是，由式5-1定義的滲流速度并不是流體質(zhì)點(diǎn)的真實(shí)速度，因?yàn)榱黧w流動(dòng)時(shí)并非通過(guò)全部橫截面積，而是只通過(guò)橫截面積中的孔隙部分，所以真實(shí)速度應(yīng)等于流量與孔真實(shí)速度應(yīng)等于流量與孔隙總面積（等于介質(zhì)橫截面積隙總面積（等于介質(zhì)橫截面積A與孔隙度與孔隙度的乘積）之比的乘積）之比。又因?yàn)榭紫睹娣e小于介質(zhì)面積，所以真實(shí)速度總是大于滲流速度。5 5徑向流達(dá)西

7、公式徑向流達(dá)西公式 流體在圓柱體一維巖心中作單向流動(dòng)時(shí)，其流動(dòng)行為符合流體在圓柱體一維巖心中作單向流動(dòng)時(shí)，其流動(dòng)行為符合達(dá)西公式。而通過(guò)井眼向油層注入流體時(shí)，流體以徑向流方達(dá)西公式。而通過(guò)井眼向油層注入流體時(shí)，流體以徑向流方式流動(dòng)，其流動(dòng)行為符合徑向流達(dá)西公式：式流動(dòng)，其流動(dòng)行為符合徑向流達(dá)西公式：式中 kw水相滲透率；re、rw分別為流體滲流半徑和井眼半徑；Pe、Pw分別為距井眼re處的油層壓力和井底壓力。)P-h(P2)rr (lnkewweQw5 2第二節(jié)第二節(jié) 流體的基本性質(zhì)流體的基本性質(zhì)一、牛頓流體與非牛頓流體一、牛頓流體與非牛頓流體 在用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定液體粘度時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于某些在

8、用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定液體粘度時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于某些液體，無(wú)論我們?cè)鯓痈淖兗羟兴俾剩?jì)算出的剪切應(yīng)力與液體，無(wú)論我們?cè)鯓痈淖兗羟兴俾?，?jì)算出的剪切應(yīng)力與剪切速率的比值始終為一常數(shù)，即剪切應(yīng)力與剪切速率成剪切速率的比值始終為一常數(shù)，即剪切應(yīng)力與剪切速率成正比關(guān)系：正比關(guān)系： （2-212-21） 式式2-212-21中的比例系數(shù)中的比例系數(shù)稱(chēng)為液體的粘度，這正是牛頓流動(dòng)稱(chēng)為液體的粘度，這正是牛頓流動(dòng)定律（式定律（式2-72-7）的另一種表達(dá)方式。這種剪切應(yīng)力與剪切速）的另一種表達(dá)方式。這種剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系始終服從牛頓流動(dòng)定律的流體，或者說(shuō)粘度不隨率的關(guān)系始終服從牛頓流動(dòng)定律的流體，或者說(shuō)粘度不隨

9、剪切速率而改變的流體稱(chēng)為牛頓流體。大多數(shù)低分子液體剪切速率而改變的流體稱(chēng)為牛頓流體。大多數(shù)低分子液體如純水、油、無(wú)機(jī)溶劑等都屬于牛頓流體。圖如純水、油、無(wú)機(jī)溶劑等都屬于牛頓流體。圖2-7是牛頓流是牛頓流體的流變特征曲線(xiàn)，它是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(xiàn)。體的流變特征曲線(xiàn)，它是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(xiàn)。 而對(duì)于另外一些液體，當(dāng)改變剪切速率時(shí)，其剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系與牛頓流動(dòng)定律有很大偏離，也就是說(shuō)它們的粘度是隨剪切速率而改變的。這種剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系不服從牛頓流動(dòng)定律的流體，或者說(shuō)粘度隨剪切速率而改粘度隨剪切速率而改變的流體稱(chēng)為非牛頓流體變的流體稱(chēng)為非牛頓流體。 為了與牛頓流體粘度相區(qū)別，

10、將這種為了與牛頓流體粘度相區(qū)別，將這種隨剪切速率而改變的隨剪切速率而改變的粘度粘度稱(chēng)為稱(chēng)為表觀粘度。高分子溶液、合成纖維溶液、紙漿、熔融。高分子溶液、合成纖維溶液、紙漿、熔融塑料、橡膠、涂料、乳化原油、液體石蠟、若干固體粒子的懸塑料、橡膠、涂料、乳化原油、液體石蠟、若干固體粒子的懸浮液、乳狀液以及奶油、蕃茄醬等都屬于非牛頓流體。浮液、乳狀液以及奶油、蕃茄醬等都屬于非牛頓流體。 圖圖2-7 牛頓流體流變曲線(xiàn)牛頓流體流變曲線(xiàn)01234560246810剪切應(yīng)力剪切速率 石油工業(yè)中所涉及的鉆井液、完井液、壓裂液以及聚石油工業(yè)中所涉及的鉆井液、完井液、壓裂液以及聚合物合物驅(qū)油劑也都屬于非牛頓流體。非牛

11、頓流體又可以分為以下三類(lèi)：（1）剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系同剪切時(shí)間無(wú)關(guān)的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系同剪切時(shí)間無(wú)關(guān)的流體流體。屬于這類(lèi)流體的有賓哈姆塑性體（。屬于這類(lèi)流體的有賓哈姆塑性體（Bingham plastic fluid），假塑性流體（），假塑性流體（Pseudo plastic fluid）和脹塑性流體）和脹塑性流體（Dilatant fluid）。）。（2）剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系同剪切時(shí)間有關(guān)的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系同剪切時(shí)間有關(guān)的流體流體。屬于這類(lèi)流體的有觸融性流體（。屬于這類(lèi)流體的有觸融性流體（Thixotropic fluid）和觸凝性流體（和觸凝性流體（R

12、heopectic fluid）。）。（3）粘彈性流體（粘彈性流體（Viscoelastic fluid）。是指那些既具。是指那些既具有粘性體流變特征，而在某種條件下又具有彈性體流變特有粘性體流變特征，而在某種條件下又具有彈性體流變特征的流體。這種流體具有從流動(dòng)引起的形變中恢復(fù)原有彈征的流體。這種流體具有從流動(dòng)引起的形變中恢復(fù)原有彈性特征的能力，如果形變很劇烈，這種彈性的恢復(fù)也可能性特征的能力，如果形變很劇烈，這種彈性的恢復(fù)也可能只是局部的。只是局部的。二、非牛頓流體的流變特征二、非牛頓流體的流變特征 非牛頓流體在化學(xué)上屬分散體系，分散相一般為顆粒較非牛頓流體在化學(xué)上屬分散體系，分散相一般為顆

13、粒較大的質(zhì)點(diǎn)。根據(jù)質(zhì)點(diǎn)顆粒分散程度的不同，可以將非牛頓流大的質(zhì)點(diǎn)。根據(jù)質(zhì)點(diǎn)顆粒分散程度的不同，可以將非牛頓流體分為懸濁液（顆粒直徑在體分為懸濁液（顆粒直徑在0.20.20.1mm0.1mm），膠體溶液（顆粒），膠體溶液（顆粒直徑在直徑在1010-1-11010-6-6mm）和分子溶液（顆粒極高度分散），分）和分子溶液（顆粒極高度分散），分散程度越高（顆粒越微小），越不容易發(fā)生沉淀。散程度越高（顆粒越微小），越不容易發(fā)生沉淀。 非牛頓流體在靜止時(shí)可以形成三維結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)性。非牛頓流體在靜止時(shí)可以形成三維結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)性。描述結(jié)構(gòu)性強(qiáng)弱的物理量是結(jié)構(gòu)粘度，它不但與顆粒大小有描述結(jié)構(gòu)性強(qiáng)弱的物理量

14、是結(jié)構(gòu)粘度，它不但與顆粒大小有關(guān)，而且與顆粒形狀及排列有關(guān)。顆粒表面的潤(rùn)濕性可直接關(guān)，而且與顆粒形狀及排列有關(guān)。顆粒表面的潤(rùn)濕性可直接影響界面張力，使之形成不同厚度的液膜，增大了顆粒之間影響界面張力，使之形成不同厚度的液膜，增大了顆粒之間的斥力。此外，分散相的性質(zhì)、顆粒電荷的電位、分散相粒的斥力。此外，分散相的性質(zhì)、顆粒電荷的電位、分散相粒子的濃度，甚至溶液配制時(shí)間的長(zhǎng)短、溫度變化的歷程以及子的濃度，甚至溶液配制時(shí)間的長(zhǎng)短、溫度變化的歷程以及攪拌（剪切）的歷史等諸多因素，都能直接或間接地影響到攪拌（剪切）的歷史等諸多因素，都能直接或間接地影響到非牛頓流體的結(jié)構(gòu)性。非牛頓流體的結(jié)構(gòu)性。由于影響非

15、牛頓流體的因素十分復(fù)雜，涉及到很多物理和化學(xué)的微觀機(jī)理，而這些機(jī)理有的尚難以弄清楚，所以通常都采用實(shí)驗(yàn)的方法給出剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系曲線(xiàn)，這種關(guān)系曲線(xiàn)系曲線(xiàn)，這種關(guān)系曲線(xiàn)就稱(chēng)為流變曲線(xiàn)。然后以流變曲線(xiàn)然后以流變曲線(xiàn)為基礎(chǔ)再結(jié)合理論分析建立起不同類(lèi)型非牛頓流體剪切應(yīng)為基礎(chǔ)再結(jié)合理論分析建立起不同類(lèi)型非牛頓流體剪切應(yīng)力與剪切速率之間的函數(shù)關(guān)系式，這種函數(shù)關(guān)系式就稱(chēng)為力與剪切速率之間的函數(shù)關(guān)系式，這種函數(shù)關(guān)系式就稱(chēng)為流體的流變方程。以下將對(duì)幾種非牛頓流體的流變方程作流體的流變方程。以下將對(duì)幾種非牛頓流體的流變方程作以簡(jiǎn)單描述。以簡(jiǎn)單描述。（1）賓哈姆塑性體（塑性流體

16、）賓哈姆塑性體（塑性流體）泥漿、油漆、稀潤(rùn)滑油等流體在靜止時(shí)具有一個(gè)足以與某一剪切應(yīng)力相抗衡的三維結(jié)構(gòu)，它們?cè)谑┝蟛粫?huì)立即變形，必須等到所施加的力增大到足以破壞三維結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生剪切變形才開(kāi)始流動(dòng)。而在流動(dòng)發(fā)生后，隨剪切速率的增大，其剪切應(yīng)力又逐漸減小，最后接近于牛頓流體。這種流體稱(chēng)為賓哈姆塑性體，其流變方程為：0+p （2-22） 式中 0屈服值或極限靜切應(yīng)力；p結(jié)構(gòu)粘度。為便于同牛頓流動(dòng)定律（式2-7）相比較，也可以將式2-22寫(xiě)成式如下形式：p0r（223）式式2-232-23說(shuō)明，賓哈姆塑性體的粘度等于塑性粘度與結(jié)構(gòu)粘說(shuō)明，賓哈姆塑性體的粘度等于塑性粘度與結(jié)構(gòu)粘度之和。賓哈姆塑性體的流變

17、曲線(xiàn)如圖度之和。賓哈姆塑性體的流變曲線(xiàn)如圖2-9所示，其中所示，其中為為液體從靜止到開(kāi)始流動(dòng)需要克服的最低靜切應(yīng)力，它反映液體從靜止到開(kāi)始流動(dòng)需要克服的最低靜切應(yīng)力，它反映了流體在靜態(tài)下結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱；了流體在靜態(tài)下結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱；0 0為能使流體以賓哈姆塑為能使流體以賓哈姆塑性體流動(dòng)的最低切應(yīng)力，又稱(chēng)動(dòng)切應(yīng)力，它反映了流體在性體流動(dòng)的最低切應(yīng)力，又稱(chēng)動(dòng)切應(yīng)力，它反映了流體在流動(dòng)狀態(tài)下結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱。流動(dòng)狀態(tài)下結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱。 圖圖2-9 2-9 賓哈姆塑性體流變曲線(xiàn)賓哈姆塑性體流變曲線(xiàn)（2）冪律流體）冪律流體 高分子溶液、原油乳化液等流體，因其結(jié)構(gòu)性較弱，受高分子溶液、原油乳化液等流體，因其結(jié)構(gòu)性較

18、弱，受力后會(huì)立即流動(dòng)，流動(dòng)后流體粘度隨剪切速率的增大而減小，力后會(huì)立即流動(dòng)，流動(dòng)后流體粘度隨剪切速率的增大而減小，這種流體稱(chēng)為這種流體稱(chēng)為假塑性流體。也有的因其結(jié)構(gòu)性稍強(qiáng)，受力后。也有的因其結(jié)構(gòu)性稍強(qiáng)，受力后不立即流動(dòng)不立即流動(dòng), ,等到所施加的力稍有增大才開(kāi)始流動(dòng)等到所施加的力稍有增大才開(kāi)始流動(dòng), , 流動(dòng)后的流動(dòng)后的流動(dòng)行為與假塑性流體相同，這種流體稱(chēng)為流動(dòng)行為與假塑性流體相同，這種流體稱(chēng)為屈服假塑性流體。假塑性流體和屈服假塑性流體都具有剪切變稀特性，它們的假塑性流體和屈服假塑性流體都具有剪切變稀特性，它們的流變方程屬于冪律模式，因此又被稱(chēng)為冪律流體。假塑性流流變方程屬于冪律模式，因此又被

19、稱(chēng)為冪律流體。假塑性流體的流變方程為：體的流變方程為： Kn Kn （n n1 1） （2-24） 或或 Kn-1Kn-1（n n1 1） （2-25） 屈服假塑性流體的流變方程為：屈服假塑性流體的流變方程為： 0+Kn 0+Kn （n n1 1） （2-26） 式中式中 K K稠度系數(shù)，取決于流體性質(zhì)；稠度系數(shù)，取決于流體性質(zhì)； n n流性指數(shù)，表示偏離牛頓流體的程度。流性指數(shù)，表示偏離牛頓流體的程度。 式式2-262-26是一個(gè)更具有普遍意義的公式：當(dāng)是一個(gè)更具有普遍意義的公式：當(dāng)0 0=0=0時(shí)，就轉(zhuǎn)時(shí)，就轉(zhuǎn)變成假塑性流體的流變方程；當(dāng)變成假塑性流體的流變方程；當(dāng)K K= =p p且且n

20、 n1 1時(shí)，就轉(zhuǎn)變成時(shí)，就轉(zhuǎn)變成賓哈姆塑性體的流變方程；當(dāng)賓哈姆塑性體的流變方程；當(dāng)0 00 0、K K且且n n1 1時(shí)，就時(shí)，就轉(zhuǎn)變成牛頓流體的流變方程。轉(zhuǎn)變成牛頓流體的流變方程。 圖圖2-102-10是冪律流體流變曲線(xiàn)，可見(jiàn)假塑性流體流變曲線(xiàn)是冪律流體流變曲線(xiàn)，可見(jiàn)假塑性流體流變曲線(xiàn)是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線(xiàn)，屈服假塑性流體流變曲線(xiàn)不通是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線(xiàn)，屈服假塑性流體流變曲線(xiàn)不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。 對(duì)冪律流體的流變特征可作如下解釋?zhuān)寒?dāng)剪切速率增大時(shí)，原先呈任意交錯(cuò)纏繞狀態(tài)的高分子鏈或質(zhì)點(diǎn)逐漸趨于有序排列，排列成行的各個(gè)分子幾乎是平行地流動(dòng)，高分子鏈或質(zhì)點(diǎn)間的相互牽制作用逐漸

21、減弱，表觀粘度也逐漸減小。當(dāng)剪切速率極高（大于105s-1）時(shí)，高分子鏈已完全直線(xiàn)化，此時(shí)剪切速率與剪切應(yīng)力同步增大，表觀粘度不再隨剪切速率的增大而變化，于是流體具有了牛頓流體的流變特征，我們將這時(shí)溶液的粘度稱(chēng)為極限剪切速率下的粘度。 反之，當(dāng)剪切速率極低（如小于反之，當(dāng)剪切速率極低（如小于10-2-2s s-1-1）時(shí)，剪切）時(shí)，剪切應(yīng)力尚不足以克服高分子鏈或質(zhì)點(diǎn)之間的交錯(cuò)纏繞，不應(yīng)力尚不足以克服高分子鏈或質(zhì)點(diǎn)之間的交錯(cuò)纏繞，不能使分子鏈發(fā)生有序排列，流體的表觀粘度與剪切速率能使分子鏈發(fā)生有序排列，流體的表觀粘度與剪切速率無(wú)關(guān)，同樣也表現(xiàn)出牛頓流體的流變特征，我們將這時(shí)無(wú)關(guān)，同樣也表現(xiàn)出牛頓

22、流體的流變特征，我們將這時(shí)溶液的粘度稱(chēng)為零剪切速率下的粘度?？梢?jiàn)冪律流體是溶液的粘度稱(chēng)為零剪切速率下的粘度?？梢?jiàn)冪律流體是具有高度剪切依賴(lài)性的流體，隨著剪切速率的增大，流具有高度剪切依賴(lài)性的流體，隨著剪切速率的增大，流體的流變特征可以經(jīng)歷從牛頓流體到塑性流體再到牛頓體的流變特征可以經(jīng)歷從牛頓流體到塑性流體再到牛頓流體的變化歷程。流體的變化歷程。 在冪律流體中還有一種平常較少遇到的流體如淀粉在冪律流體中還有一種平常較少遇到的流體如淀粉糊、石灰漿等，它們也具有剪切依賴(lài)性。由于這種流體糊、石灰漿等，它們也具有剪切依賴(lài)性。由于這種流體中所含顆粒形狀極不規(guī)則，在一定濃度下這些顆粒會(huì)緊中所含顆粒形狀極不規(guī)

23、則，在一定濃度下這些顆粒會(huì)緊密堆積起來(lái)從而形成較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，流體粘度也會(huì)隨剪密堆積起來(lái)從而形成較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，流體粘度也會(huì)隨剪切速率的增大而增大，即具切速率的增大而增大，即具有有剪切變稠特性。停止剪切剪切變稠特性。停止剪切0102030405060708090100051015202530剪切應(yīng)力剪切速率0假塑性流體屈服假塑性流體圖圖2-10 2-10 冪律流體流變曲線(xiàn)冪律流體流變曲線(xiàn) 圖圖2-11 2-11 脹塑性流體流變曲線(xiàn)脹塑性流體流變曲線(xiàn)后它們又會(huì)恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。這種流體稱(chēng)為脹塑性流體。其后它們又會(huì)恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。這種流體稱(chēng)為脹塑性流體。其流變曲線(xiàn)是一條拋物線(xiàn)，如圖流變曲線(xiàn)是一條拋物線(xiàn)，

24、如圖2-112-11所示。脹塑性流體的流變所示。脹塑性流體的流變方程在形式上與冪律流體相同，只是流性指數(shù)方程在形式上與冪律流體相同，只是流性指數(shù)n n大于大于1 1： Kn Kn （n n1 1） （2 22828） Kn-1Kn-1（n n1 1） （2 22929） （3 3）觸變性流體）觸變性流體一些非牛頓流體，在固定不變的剪切速率下，粘度會(huì)隨剪切一些非牛頓流體，在固定不變的剪切速率下，粘度會(huì)隨剪切時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，直到某一時(shí)刻粘度不再變化，達(dá)成了動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，直到某一時(shí)刻粘度不再變化，達(dá)成了動(dòng)態(tài)平衡，這種流體稱(chēng)為觸融性流體。圖態(tài)平衡，這種流體稱(chēng)為觸融性流體。圖2-122-12為觸

25、融性流體流為觸融性流體流變曲線(xiàn)，其中變曲線(xiàn)，其中t t0 0為達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)間，與之對(duì)應(yīng)的剪切應(yīng)為達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)間，與之對(duì)應(yīng)的剪切應(yīng)力為力為0 0。在工程上將在工程上將0 0與與的比值的比值定義為定義為泵輸粘度。預(yù)熱或。預(yù)熱或提高泵輸速度可以降低觸融性流體的泵輸粘度。提高泵輸速度可以降低觸融性流體的泵輸粘度。觸融性流體所含顆粒形狀極不規(guī)則，顆粒表面性質(zhì)差別較大，容易呈凝膠狀結(jié)構(gòu)且不易被破壞。而一旦被切力所破壞，顆粒重新排列需要一定時(shí)間，因而恢復(fù)緩慢，流體粘度呈現(xiàn)進(jìn)行性降低。從這一點(diǎn)來(lái)看，觸融性流體帶有假塑性流體的某些特征。例如將半水石膏加入到水泥漿中可以制得觸變水泥漿，由于半水石膏水化物可與鋁酸三鈣水化物反應(yīng)生成鈣礬石針狀結(jié)晶，它可以沉積在水泥顆粒間形成凝膠結(jié) 構(gòu)，這種凝膠結(jié)構(gòu)一旦為切力所破壞，就可以恢復(fù)水泥漿的 圖圖2-13 2-13 觸凝性流體流變曲線(xiàn)觸凝性流體流變曲線(xiàn) 圖圖2-12 2-12 觸融性流體流變曲觸融性流體流變曲線(xiàn)線(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)。若消除切力，又會(huì)逐漸建立起凝膠結(jié)構(gòu)。因此觸變水泥漿可以用作鉆井中的地層堵漏材料。還有一種觸變性流體，