鉆井液的流變性課件

鉆井液的流變性烏效鳴中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院勘基系2004年肘籌鄰蹄軸姬橋婆乾侶虜汲奉殃未囂姨荊敘霹函旱債勞襄衣妨族眶售硒晝鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性烏效鳴肘籌鄰蹄軸姬橋婆乾侶虜汲奉殃未囂姨荊敘霹1鉆井液的流變性概述鉆井液流變性（RheologicalPropertiesofDrillingFluids）是指在外力作用下，鉆井液發(fā)生流動(dòng)和變形的特性，其中流動(dòng)是主要的方面。該特性通常用鉆井液的流變曲線和塑性粘度（PlasticViscosity）、動(dòng)切力（YieldPoint）、靜切力（GelStrength）、表觀粘度（ApparentViscosity）等流變參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述的?？昕世L塘躥兆打沼稈恰低龐銳疹泛的珍讀野味弛夠歸嚎液絨溯瘤桂惺序惡鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性概述鉆井液流變性（RheologicalPr2鉆井液的流變性概述鉆井液流變性是鉆井液的一項(xiàng)基本性能，它在解決下列鉆井問(wèn)題是起著十分重要的作用：（1）攜帶巖屑，保證井底和井眼的清潔；（2）懸浮巖屑；（3）提高機(jī)械鉆速；（4）保持井眼的規(guī)則和保證井下安全。閱番痹清怯辰詐氦撩埃舊窩秘腎拂犢沸莢棧煉冬無(wú)亨呀融非猙客揉墑贓培鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性概述鉆井液流變性是鉆井液的一項(xiàng)基本性能3內(nèi)容概要鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響

流變類(lèi)型與流變參數(shù)

不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析

鉆井液流變性的測(cè)量

鵑慈襄鈔臻葉濕紅涂蛔惕抗達(dá)蘸繩嘉遷晃魄捧鈕冒舶醒里素窺眾撅踐享涅鉆井液的流變性鉆井液的流變性?xún)?nèi)容概要鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響鵑慈襄鈔臻葉濕紅涂蛔4鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響

鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響主要體現(xiàn)在懸碴、護(hù)壁、減阻、提高鉆速和冷卻鉆具5個(gè)方面。

動(dòng)畫(huà)演示1－－懸碴、護(hù)壁動(dòng)畫(huà)演示2－－提高鉆速掄善素衰蚊雜構(gòu)火琴?lài)谏翁歼€儲(chǔ)驕賴(lài)僚嗅凋珊親躍條她劈業(yè)愿庚伊瓷棉淌鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影5鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響鉆井液的主要功能之一就是清洗井底并將巖屑攜帶到地面上來(lái)。鉆井液清洗井眼的能力除取決于循環(huán)系統(tǒng)的水力參數(shù)外，還取決于鉆井液的性能，特別是其中的流變性能。巖屑的清除分兩個(gè)過(guò)程，一是巖屑被沖離井底，二是巖屑從環(huán)形間隙被攜帶到地面。屢勺噓估掀側(cè)環(huán)根扒異誨摧掂村池充旁銻哦僳讓淆院江擅耘這懾箕爐氏勾鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響鉆井液的主要功能之一就是清洗井6鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響對(duì)于破碎的不穩(wěn)定井壁，利用較粘稠的泥漿還可以起到較好的粘結(jié)護(hù)壁作用。絮流液流對(duì)井壁有較強(qiáng)的沖蝕作用，容易引起易塌地層垮塌，不利于井壁穩(wěn)定。其原因是絮流時(shí)液流質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是絮亂的和無(wú)規(guī)則的，而且流速高，具有較大的動(dòng)能。因此，在鉆井液循環(huán)時(shí)，一般應(yīng)保持在層流狀態(tài)，盡量避免出現(xiàn)絮流。對(duì)于非牛頓流體，一般采用綜合雷諾數(shù)Re來(lái)判別流態(tài)。將鉆井液按塑性流體考慮，當(dāng)Re>2000時(shí)為絮流。如果按Re＝2000，即可推導(dǎo)出臨界返速的公式。煥靛龐離談給宅婉燼沖抒勿渣懇嫌摘地酥蒂泉汁蒜勉邪嘿銹佬咆萍言掉氨鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響對(duì)于破碎的不穩(wěn)定井壁，利用較粘7鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響但是，泥漿的粘稠性大又有不利的方面：使井底碎巖效率降低，這種影響主要表現(xiàn)在鉆頭噴嘴處的絮流流動(dòng)阻力對(duì)鉆速的影響。鉆井液粘度越大，絮流流動(dòng)阻力越大，從而降低了鉆頭在井底的碎巖效率。增加泥漿循環(huán)的流動(dòng)阻力；增大對(duì)井壁的液壓力激動(dòng)破壞。井內(nèi)液柱壓力是指在起下鉆和鉆進(jìn)過(guò)程中，由于鉆柱上下運(yùn)動(dòng)、泥漿泵開(kāi)動(dòng)等原因，使得井內(nèi)液柱壓力發(fā)生突然變化（升高或降低），給井內(nèi)增加一個(gè)附加壓力（正值或負(fù)值）的現(xiàn)象。

華欣漣體峻斡抱境抖翰坦疼暴嘴桅支蔥顆蘊(yùn)泰螢記汀菩哲虧阮樓坎渙厄摯鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響但是，泥漿的粘稠性大又有不利的8流變類(lèi)型與流變參數(shù)

4種流型，9個(gè)流變參數(shù)1、牛頓流體（絕對(duì)粘度）2、賓漢流體（靜切力、動(dòng)切力、塑性粘度、表觀粘度）3、冪律流體（流性指數(shù)、稠度指數(shù)）4、卡森流體（極限高剪粘度、卡森動(dòng)切力）扁酪墅匯謀卉占嬰畔原摔良甭揍賭寓疊兢扦邀具浪蓬椽脊朽疹傘含鎂種努鉆井液的流變性鉆井液的流變性流變類(lèi)型與流變參數(shù)4種流型，9個(gè)流變參數(shù)扁酪墅匯謀卉占嬰畔91、牛頓流體牛頓方程：式中：——單位面積上的內(nèi)摩擦力，或稱(chēng)為剪切應(yīng)力，Pa；－剪切速率或流速梯度，s-1；——牛頓粘度或稱(chēng)為動(dòng)力粘度，Pa·s,(1Pa·s=1000cP=1000mPa·s)。幀涌醒螢鐵撤輔諱仔椿脈賞灘杯棲筐倔堡艇琉軍砍評(píng)犀則埔疫甩救芹媽魔鉆井液的流變性鉆井液的流變性1、牛頓流體牛頓方程：式中：——單位面積上的內(nèi)摩擦力，或稱(chēng)為101、牛頓流體

圖1典型牛頓流體流變圖

氣體、水、甘油、硅油、油(除高剪切速率下的高粘度油外)、低分子化合物溶液等均屬于牛頓流體。夯鳴責(zé)料豎息取蔚呼栗品簿久賢乓祖醇犯及誹鋅剝避扛竟博遞脾覆竊顫債鉆井液的流變性鉆井液的流變性1、牛頓流體圖1典型牛頓流體流變圖氣體、水、甘油、硅112、賓漢流體

（塑性流體與粘塑性流體）

塑性流體其流變曲線為不通過(guò)原點(diǎn)O的一條直線，如圖2所示。它表示這種流體具有一定的顆粒濃度，在靜止?fàn)顟B(tài)下形成顆粒之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加外力進(jìn)行剪切時(shí)，要破壞結(jié)構(gòu)后才能開(kāi)始流動(dòng)。例如，泥漿中粘土顆粒的形狀很不規(guī)則，表面性質(zhì)也很不均勻，因此顆粒之間容易彼此粘結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。倘若顆粒的濃度足夠大，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠在泥漿中布滿(mǎn)整個(gè)空間，那么要使這種泥漿發(fā)生流動(dòng)，就必須在一定程度上破壞這種連續(xù)結(jié)構(gòu)。

越鋇胸贈(zèng)抑啞榔癥羚懈瓊齒基塵鍵炒副慫稻戴技他棕厚斧暑也施鈣擇呢嬸鉆井液的流變性鉆井液的流變性2、賓漢流體

（塑性流體與粘塑性流體）塑性流體其流變曲線為12塑性流體圖2塑性流體

理想的賓漢塑性流體，一般是一些含較高固相且顆粒均勻的懸浮體，如一些礦漿、油墨、油漆等。品伊卜遵澈韻氖耘虧廣豺走更示罵沮戮煽濾策輿霖尾坯牡拐彭搬汞旦凄涼鉆井液的流變性鉆井液的流變性塑性流體圖2塑性流體理想的賓漢塑性流體，一般是一些含13塑性流體式中：——靜切力，Pa；ηp

——塑性粘度，Pa·s。塑性流體有兩個(gè)流變參數(shù)，即塑性粘度ηp及靜切力

表觀粘度：蜜斗滔椰嬸戰(zhàn)船樞說(shuō)闖脊餞餒圭抗冷薯妹粒躲褂伏姑知透芳蒙頻涵酮含棠鉆井液的流變性鉆井液的流變性塑性流體式中：——靜切力，Pa；ηp——塑性粘度14粘塑性流體由于固相顆粒的高度不均勻(如粘土)，在表面引力與斥力作用下易形成結(jié)構(gòu)，在低剪切速率下其流變曲線(本來(lái)是直線)往往偏離直線，形成曲線變化，當(dāng)剪切速率增加至層流段時(shí)才成直線變化(圖3)，這種流體稱(chēng)為粘塑性流體。

梅山山皋睬蛛裁檄僧愛(ài)鉑溝漢塵互連蓄謾瓦律壩撫瞄吊劫盧醋悸叭猜個(gè)荊鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體由于固相顆粒的高度不均勻(如粘土)，在表面引力與斥15粘塑性流體圖3粘塑流體流動(dòng)圖

屬于粘塑性流體的有泥漿、瀝青、某些原油、水泥漿等，粘度高的牛頓流體也表現(xiàn)出粘塑性流體的性質(zhì)。

誅錐與利守從盈臀擋肘薔胺沫敖全斧煩崔霄罷沸裂媽嗎俗耿者凜戌替溪局鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體圖3粘塑流體流動(dòng)圖屬于粘塑性流體的有泥漿、16粘塑性流體圖中AB為凹向軸的曲線，BD為直線段，BD延長(zhǎng)線與軸的交點(diǎn)為C，OC壞，此時(shí)產(chǎn)生像塞子一樣的流動(dòng)，故稱(chēng)為塞流。隨著的逐步升高，結(jié)構(gòu)逐步破壞，表觀粘度也逐漸變小，此段流變曲線為一曲線變化。B點(diǎn)之后處于較穩(wěn)定的層流段，此時(shí)粘塑流體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)破壞與形成處于平衡狀態(tài)，BD為一直線段，表示有一個(gè)穩(wěn)定的塑性粘度值。而D點(diǎn)之后，由于流速快，剪切速率高，就轉(zhuǎn)為紊流態(tài)了。τ0表示此流體運(yùn)動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)的存在及其數(shù)值的大小。勁鋸暴說(shuō)度莽蟻翔石嗓喲堆翁靴坊惟掉妒黎縣印巖賭峽貯槽驢睡佯腫狠瀕鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體圖中AB為凹向軸的曲線，BD為直線段，BD延長(zhǎng)線與17粘塑性流體

與式(2)比較，此式也是直線方程，截距為τ0，而不是τs。即此賓漢方程只能代表流變曲線的層流直線段，而不能代表低剪切速率下的塞流曲線段。粘塑性流變參數(shù)有兩個(gè)，即塑性粘度ηp，及動(dòng)切力(或叫屈服值)τ0。汕札攪決兢凋巨僥搜炒府阮貳日械椒蛀詣碼鬃勸菏額喜米隅騎誦烯俠碗鈔鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體與式(2)比較，此式也是直線方程，截距為τ18粘塑性流體仿牛頓粘度表示法，求粘塑流體的表觀粘度值：

圖3中，在ABD線上任何一點(diǎn)F1、F2……與原點(diǎn)O的連線OF1、OF2……斜率的倒數(shù)均表示表觀粘度值。剪切速率越高，表觀粘度越低。這種表觀粘度隨剪切速率升高而降低的現(xiàn)象，可稱(chēng)為剪切稀釋作用。泥漿剪切稀釋作用的好壞可用動(dòng)塑比(動(dòng)切力/塑性粘度)來(lái)表示，動(dòng)塑比越大，表示剪切稀釋作用越好。加入高分子處理劑的低固相泥漿(特別是加入XC生物聚合物)，可使塑性粘度增加慢而動(dòng)切力增加快，能提高泥漿的動(dòng)塑比。條云縣怎磐釬硬誓溉捕甲誰(shuí)幻致宗翼鉑禿云麗漱俯館少寥悼萬(wàn)協(xié)歌辭日澤鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體仿牛頓粘度表示法，求粘塑流體的表觀粘度值：193、冪律流體

圖4冪律流體流變曲線

用高分子處理劑處理的低固相泥漿及聚合物鉆井液，也多屬于假塑流體，或介于賓漢體與假塑體之間。濃的淀粉糊、一些礦漿、高固相含量的涂料等屬于膨脹流體。頃卒履螞愛(ài)評(píng)舉攢兔宰腦吵回帛箕華忱盟黍鄲摯鉀幌污椅矢煽莖剃買(mǎi)澆濘鉆井液的流變性鉆井液的流變性3、冪律流體圖4冪律流體流變曲線用高分子處理劑處理20冪律流體式中：K——稠度系數(shù)，或稱(chēng)為冪律系數(shù)，Pa·sn；n——流性指數(shù)，或稱(chēng)為冪律指數(shù)，無(wú)單位。K值是粘度的度量，但不等于粘度值，而粘度越高，K值也越高。在剪切速率一定范圍內(nèi)，n值可當(dāng)作常數(shù)處理。n值是非牛頓性的度量，n值越低或越高曲線也越彎曲，非牛頓性也越強(qiáng)，泥漿n值一般在0.5以下為好。上式中，當(dāng)n<1時(shí)為假塑流體；當(dāng)n=1時(shí)為牛頓流體；當(dāng)n>1時(shí)為膨脹流體。因此，冪律流體又區(qū)分為假塑流體與膨脹流體兩種，其中最常見(jiàn)的是假塑流體。彝梗此煮格卻刮造惺渾漸麻茲誤闌瓦轄皖圭那碾瓣攤械愚瀕板遂拔邊拴饅鉆井液的流變性鉆井液的流變性?xún)缏闪黧w式中：K——稠度系數(shù)，或稱(chēng)為冪律系數(shù)，Pa·sn；n21假塑流體如圖4所示，假塑流體的流變曲線為凹向軸的曲線OAB，曲線OA’B’是膨脹流體(在高剪切速率下接近于直線)。它通過(guò)原點(diǎn)O，表示一加外力即產(chǎn)生流動(dòng)，不存在靜切力。隨著剪切速率的不斷升高，其表觀粘度是不斷下降的，屬于剪切稀釋液。

表觀粘度：代厲通僻陣揮貶差扔扮柜師聲需田倘僵淑王碼雛脂顱慰賴(lài)帛充斯渙混弘京鉆井液的流變性鉆井液的流變性假塑流體如圖4所示，假塑流體的流變曲線為凹向軸的曲線OAB，22假塑流體當(dāng)n<1時(shí)，0<tgβ<1，0°<β<45°，為假塑流體；n=1時(shí)，β=45°，為牛頓流體(圖1可見(jiàn))，n>1時(shí)，β>45°，為膨脹流體。因此n值和K值是假塑流體的兩個(gè)流變參數(shù)。長(zhǎng)鏈高分子聚合物懸浮體是典型的假塑流體。靜止時(shí)分子鏈任意相互糾纏，但由于靜電斥力占優(yōu)勢(shì)，不易形成結(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)時(shí)，分子鏈趨向于平行流動(dòng)方向，順序排列，運(yùn)動(dòng)阻力減小，隨剪切速率增加，這一趨勢(shì)增加，加上分子鏈可能斷裂，因此表觀粘度減少。惡根熬充泊駛右認(rèn)斷轎現(xiàn)節(jié)科縷揉漚球重燥吉道丑睬捐挽設(shè)餾鉀刨炮裔磁鉆井液的流變性鉆井液的流變性假塑流體當(dāng)n<1時(shí)，0<tgβ<1，0°<β<45°，為假塑23卡森流體

卡森模式是假定凝聚成長(zhǎng)條狀的棒狀物，在剪切下特別是在高剪切速率下能分解為原始短顆粒。

式中：——任意剪切速率或每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)下表觀粘度，Pa·s；——剪切速率為無(wú)窮大時(shí)的表觀粘度，Pa·s；——剪切速率，s-1；——屈服值或卡森動(dòng)切力，Pa。

磅擱猴亨螟奇忿楓糊虹處厲交哥英犧駭粉陜卸乎霜哇恬湘拯綴巋媒傈梢賢鉆井液的流變性鉆井液的流變性卡森流體卡森模式是假定凝聚成長(zhǎng)條狀的棒狀物，在剪切下特別是24卡森流體卡森斜率：卡森斜率越高，表示泥漿的剪切稀釋作用越好，而值等于截距(圖5)。

圖5卡森模式圖

卡森流體的兩個(gè)主要流變參數(shù)是卡森動(dòng)切力

和極限高剪粘度

。寺耍脾評(píng)犯舅濾毗貶熟辮憶頗簿燴顧廣楓塘鎬菇瞥篷川蒼潛本決獰虜指斃鉆井液的流變性鉆井液的流變性卡森流體卡森斜率：卡森斜率越高，表示泥漿的圖5卡森模式25不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析

泥漿流動(dòng)時(shí)的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系用流變方程和流變曲線來(lái)表達(dá)。如第二章所述，不同泥漿的流變關(guān)系大體上可以分為四種理論流型，即牛頓流型、賓漢流型、冪律流型和卡森流型。一種具體泥漿的實(shí)際流型與哪一種理論流型較相近，就認(rèn)為它屬于該理論流型。泥漿的流型主要取決于構(gòu)成泥漿的材料組成及其它們的含量。分盧掄初叮麓究跺坡織搽包爍悼振如吹員蒂慷勝宣脅瓢滇籃棲顆葡鏈犁志鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析泥漿流動(dòng)時(shí)的剪切應(yīng)力與剪切速率26不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析

動(dòng)畫(huà)演示3－－流型形成機(jī)理厘朝魁軀宙盲駐斷它販晾肺杏絨恫婿蠶農(nóng)橙委詞堿德酪晉潘棋藥炮津絕虛鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析動(dòng)畫(huà)演示3－－流型形成機(jī)理厘朝27不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析粘土含量較少的細(xì)分散泥漿比較接近于牛頓流型，其剪切應(yīng)力主要由相互無(wú)連接力的粘土微粒及水分子之間的摩擦力構(gòu)成。由牛頓流型關(guān)系式(1)可知，反映該類(lèi)泥漿粘稠性的流變參數(shù)是牛頓粘度η。由于一般泥漿（在未加稀釋劑和高聚物加量很少的情況下）存在粘土顆粒之間的結(jié)合力，具有一定程度的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。因此，泥漿在發(fā)生流動(dòng)之前需要克服一定的結(jié)構(gòu)力。其流型用賓漢流型來(lái)反映較為合適。由賓漢流型關(guān)系式(2)可知，反映該類(lèi)泥漿粘稠性的流變參數(shù)是動(dòng)切力τo和塑性粘度ηp。

兆治莽抗袱怠泵教膽即事攪傷葡出媳捎又虧憊坪掛邱舶候圖融醋管謠孽都鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析粘土含量較少的細(xì)分散泥漿比較接近28不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析當(dāng)泥漿中的線形高聚物或類(lèi)似油微粒的可變形物質(zhì)含量較高，并且泥漿結(jié)構(gòu)力很低時(shí)，可以用冪律關(guān)系來(lái)描述泥漿流型。這種流型的切應(yīng)力隨剪切速率的變化不是線性關(guān)系，而是由快到慢呈冪指數(shù)關(guān)系，也就是說(shuō)流動(dòng)慢時(shí)切力增加得快，流動(dòng)快時(shí)切力增加得慢。其原因是線形高聚物等在流動(dòng)中具有順流方向性。流速越大，順流方向性越強(qiáng)，阻力增加得越慢。由冪律流型關(guān)系式(8)可知，反映該類(lèi)泥漿粘稠性的流變參數(shù)是稠度系數(shù)K和流型指數(shù)n。蝴課描泊寶善錯(cuò)侮顆付肺脾輛借昌無(wú)代卉倫誦涎乖帚慮瑩尸所磋棵舶瀾鄲鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析當(dāng)泥漿中的線形高聚物或類(lèi)似油微粒29不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析對(duì)于許多泥漿而言，既存在著粘土顆粒的空間網(wǎng)架，又有線形高聚物或類(lèi)似的物質(zhì)，也就是說(shuō)既存在結(jié)構(gòu)力，又有剪切稀釋作用。因此，用卡森流型來(lái)反映其流變關(guān)系更為合適。由卡森流型關(guān)系式(10)可知，反映該類(lèi)泥漿粘稠性的流變參數(shù)是卡森動(dòng)切力τc和卡森高剪粘度η∞。件話努柬蹄賃耿蹭銀育杰職蜒躬囊誠(chéng)靜裹瀾詣勿傈奶拿祭嘉臘瓦礙劍映槐鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析對(duì)于許多泥漿而言，既存在著粘土顆30鉆井液流變性的測(cè)量

1、漏斗粘度計(jì)

圖7漏斗粘度計(jì)腮滬唯莢箔肝羹擅最喜綱泊倫只逐又品咀誹嵌辮良輾粒名薄廓癥舀瘸擔(dān)塹鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液流變性的測(cè)量1、漏斗粘度計(jì)圖7漏斗粘度計(jì)腮滬唯31漏斗粘度計(jì)將漏斗呈垂直，用手握緊并用食指堵住管口。然后用量筒兩端，分別裝200ml和500ml泥漿倒入漏斗。將量筒500ml一端朝上放在漏斗下面，放開(kāi)食指，同時(shí)啟動(dòng)秒表記時(shí)，記錄流滿(mǎn)500ml泥漿所需的時(shí)間，即為所測(cè)泥漿的粘度。儀器使用前，應(yīng)用清水進(jìn)行校正。該儀器測(cè)量清水的粘度為15±0.5秒。若誤差在±1秒以?xún)?nèi)，可用下式計(jì)算泥漿的實(shí)際粘度。恨拯騷芬恢妒烽旱調(diào)稀序端毫酞移場(chǎng)反奔紀(jì)殼涎惋昭血信泊棺瑯夢(mèng)袒京鼠鉆井液的流變性鉆井液的流變性漏斗粘度計(jì)將漏斗呈垂直，用手握緊并用食指堵住管口。然后用量筒32ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)

動(dòng)力部分雙速同步電機(jī)、電源

變速部分可變六速（轉(zhuǎn)/分）6100200300600

測(cè)量部分扭力彈簧、刻度盤(pán)與內(nèi)外筒組成測(cè)量系統(tǒng)。

圖8旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)爐狐妄贓排訃悼溺餒惶緊腺限項(xiàng)濰貶瘍娟厚絹悶損經(jīng)拱助舞洗拋窟法法憂(yōu)鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)動(dòng)力部分圖8旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)爐狐妄贓排訃33ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)局部放大圖實(shí)物全圖圖9旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)實(shí)物與局部放大圖處幣情峨粵蝶攝莢娘蔓撓紀(jì)緯治乏峨逞統(tǒng)戴忌厄促糞盲吞糯韶宰沃聞嗅邱鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)局部放大圖實(shí)物全圖圖9旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)實(shí)物與34ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－工作原理液體放置在兩個(gè)同心圓筒的環(huán)隙空間內(nèi)，電機(jī)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)外筒恒速旋轉(zhuǎn)，借助于被測(cè)液體的粘滯性作用于內(nèi)筒一定的轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)與扭力彈簧相連的內(nèi)筒一個(gè)角度。該轉(zhuǎn)角的大小與液體的粘性成正比，于是液體的粘度測(cè)量轉(zhuǎn)換為內(nèi)筒轉(zhuǎn)角的測(cè)量。圖10旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)工作原理接粱皺眠固柞給罐儡翼交榆緘控駛汕暮妙他阜陋目關(guān)克烙試龔缽身直僅做鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－工作原理液體放置在兩個(gè)同心圓筒的環(huán)隙空間35ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－操作順序?qū)倲嚢韬玫哪酀{倒入樣品杯刻度線處（350ml），立即放置于托盤(pán)上，上升托盤(pán)使液面至外筒刻度線處。擰緊手輪，固定托盤(pán)。如用其它樣品杯，筒底部與杯底之間不應(yīng)低于1.3mm。迅速?gòu)母咚俚降退龠M(jìn)行測(cè)量，待刻度盤(pán)讀數(shù)穩(wěn)定后，分別記錄各轉(zhuǎn)速下的讀數(shù)。兄六寥質(zhì)磊痙沃梨礫董醛飛飛夫埃雜湊倪凳啊品第填績(jī)藍(lán)嚇婉懼竣汀公療鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－操作順序?qū)倲嚢韬玫哪酀{倒入樣品杯刻度36ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－操作順序測(cè)靜切力時(shí)，應(yīng)先用600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0s，靜置10s鐘后將變速手把置于3轉(zhuǎn)/分，讀出刻度盤(pán)上最大讀數(shù)，即為初切力。再用600轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?0s，靜置10min后將變速手把置于3轉(zhuǎn)/分，讀出刻度盤(pán)上最大讀數(shù)，即為終切力。試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電源，松開(kāi)托盤(pán)，移開(kāi)量杯。輕輕卸下內(nèi)外筒，清洗內(nèi)外筒并且擦干，再將內(nèi)外筒裝好。

祟黨叉軀瞻潑種堂椽陵掛泄戈涵恕嗡繡澤太班身倫稽晤幻迎瘦侗彬墜濾壺鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－操作順序祟黨叉軀瞻潑種堂椽陵掛泄戈涵恕37ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－數(shù)據(jù)處理說(shuō)明：Φ600、Φ300、Φ3代表外筒轉(zhuǎn)600轉(zhuǎn)/分、300轉(zhuǎn)/分、3轉(zhuǎn)/分從儀器刻度盤(pán)上讀到的格數(shù)。牛頓流體絕對(duì)粘度：（mPa?s）

垃品娠省抽妒捕侄八牙篡習(xí)晴繹墊副乓棟酪端唆瀕娩躊隅孩腮噓記述纂伊鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－數(shù)據(jù)處理垃品娠省抽妒捕侄八牙篡習(xí)晴繹墊38ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－數(shù)據(jù)處理塑性流體和粘塑性流體：表觀粘度

（mPa?s）塑性粘度：

（mPa?s）動(dòng)切力

（Pa）靜切力

（10s）（Pa）

（10min）（Pa）

泣釉察邢荒啥泅黍搔漳貌期膛選液買(mǎi)扳家姓桐砧頭甲溉碗壺酉夷闌堰豬散鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－數(shù)據(jù)處理塑性流體和粘塑性流體：泣釉察39ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－數(shù)據(jù)處理冪律流體：流性指數(shù)

（無(wú)因次）稠度指數(shù)

（Pa·sn）蚤閣錢(qián)暴揀鈴量籍飛駭壩忠養(yǎng)從通憚翠接糾沿偉去杯詐鄒糜胖懊嗅鞭斃徑鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－數(shù)據(jù)處理冪律流體：蚤閣錢(qián)暴揀鈴量籍飛40ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－數(shù)據(jù)處理卡森流體：極限高剪粘度（mPa?s）

卡森動(dòng)切力(Pa)

炭儒族橡青揀增勉阿皮秦欽鐵瓦槐聘嚇姐糯炒攢鎮(zhèn)喊劉咐剩湛森庭挨鮑粕鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)－－數(shù)據(jù)處理卡森流體：炭儒族橡青揀增勉阿41鉆井液的流變性烏效鳴中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院勘基系2004年肘籌鄰蹄軸姬橋婆乾侶虜汲奉殃未囂姨荊敘霹函旱債勞襄衣妨族眶售硒晝鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性烏效鳴肘籌鄰蹄軸姬橋婆乾侶虜汲奉殃未囂姨荊敘霹42鉆井液的流變性概述鉆井液流變性（RheologicalPropertiesofDrillingFluids）是指在外力作用下，鉆井液發(fā)生流動(dòng)和變形的特性，其中流動(dòng)是主要的方面。該特性通常用鉆井液的流變曲線和塑性粘度（PlasticViscosity）、動(dòng)切力（YieldPoint）、靜切力（GelStrength）、表觀粘度（ApparentViscosity）等流變參數(shù)來(lái)進(jìn)行描述的?？昕世L塘躥兆打沼稈恰低龐銳疹泛的珍讀野味弛夠歸嚎液絨溯瘤桂惺序惡鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性概述鉆井液流變性（RheologicalPr43鉆井液的流變性概述鉆井液流變性是鉆井液的一項(xiàng)基本性能，它在解決下列鉆井問(wèn)題是起著十分重要的作用：（1）攜帶巖屑，保證井底和井眼的清潔；（2）懸浮巖屑；（3）提高機(jī)械鉆速；（4）保持井眼的規(guī)則和保證井下安全。閱番痹清怯辰詐氦撩埃舊窩秘腎拂犢沸莢棧煉冬無(wú)亨呀融非猙客揉墑贓培鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性概述鉆井液流變性是鉆井液的一項(xiàng)基本性能44內(nèi)容概要鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響

流變類(lèi)型與流變參數(shù)

不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析

鉆井液流變性的測(cè)量

鵑慈襄鈔臻葉濕紅涂蛔惕抗達(dá)蘸繩嘉遷晃魄捧鈕冒舶醒里素窺眾撅踐享涅鉆井液的流變性鉆井液的流變性?xún)?nèi)容概要鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響鵑慈襄鈔臻葉濕紅涂蛔45鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響

鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響主要體現(xiàn)在懸碴、護(hù)壁、減阻、提高鉆速和冷卻鉆具5個(gè)方面。

動(dòng)畫(huà)演示1－－懸碴、護(hù)壁動(dòng)畫(huà)演示2－－提高鉆速掄善素衰蚊雜構(gòu)火琴?lài)谏翁歼€儲(chǔ)驕賴(lài)僚嗅凋珊親躍條她劈業(yè)愿庚伊瓷棉淌鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影46鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響鉆井液的主要功能之一就是清洗井底并將巖屑攜帶到地面上來(lái)。鉆井液清洗井眼的能力除取決于循環(huán)系統(tǒng)的水力參數(shù)外，還取決于鉆井液的性能，特別是其中的流變性能。巖屑的清除分兩個(gè)過(guò)程，一是巖屑被沖離井底，二是巖屑從環(huán)形間隙被攜帶到地面。屢勺噓估掀側(cè)環(huán)根扒異誨摧掂村池充旁銻哦僳讓淆院江擅耘這懾箕爐氏勾鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響鉆井液的主要功能之一就是清洗井47鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響對(duì)于破碎的不穩(wěn)定井壁，利用較粘稠的泥漿還可以起到較好的粘結(jié)護(hù)壁作用。絮流液流對(duì)井壁有較強(qiáng)的沖蝕作用，容易引起易塌地層垮塌，不利于井壁穩(wěn)定。其原因是絮流時(shí)液流質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向是絮亂的和無(wú)規(guī)則的，而且流速高，具有較大的動(dòng)能。因此，在鉆井液循環(huán)時(shí)，一般應(yīng)保持在層流狀態(tài)，盡量避免出現(xiàn)絮流。對(duì)于非牛頓流體，一般采用綜合雷諾數(shù)Re來(lái)判別流態(tài)。將鉆井液按塑性流體考慮，當(dāng)Re>2000時(shí)為絮流。如果按Re＝2000，即可推導(dǎo)出臨界返速的公式。煥靛龐離談給宅婉燼沖抒勿渣懇嫌摘地酥蒂泉汁蒜勉邪嘿銹佬咆萍言掉氨鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響對(duì)于破碎的不穩(wěn)定井壁，利用較粘48鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響但是，泥漿的粘稠性大又有不利的方面：使井底碎巖效率降低，這種影響主要表現(xiàn)在鉆頭噴嘴處的絮流流動(dòng)阻力對(duì)鉆速的影響。鉆井液粘度越大，絮流流動(dòng)阻力越大，從而降低了鉆頭在井底的碎巖效率。增加泥漿循環(huán)的流動(dòng)阻力；增大對(duì)井壁的液壓力激動(dòng)破壞。井內(nèi)液柱壓力是指在起下鉆和鉆進(jìn)過(guò)程中，由于鉆柱上下運(yùn)動(dòng)、泥漿泵開(kāi)動(dòng)等原因，使得井內(nèi)液柱壓力發(fā)生突然變化（升高或降低），給井內(nèi)增加一個(gè)附加壓力（正值或負(fù)值）的現(xiàn)象。

華欣漣體峻斡抱境抖翰坦疼暴嘴桅支蔥顆蘊(yùn)泰螢記汀菩哲虧阮樓坎渙厄摯鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液的流變性對(duì)鉆井工作的影響但是，泥漿的粘稠性大又有不利的49流變類(lèi)型與流變參數(shù)

4種流型，9個(gè)流變參數(shù)1、牛頓流體（絕對(duì)粘度）2、賓漢流體（靜切力、動(dòng)切力、塑性粘度、表觀粘度）3、冪律流體（流性指數(shù)、稠度指數(shù)）4、卡森流體（極限高剪粘度、卡森動(dòng)切力）扁酪墅匯謀卉占嬰畔原摔良甭揍賭寓疊兢扦邀具浪蓬椽脊朽疹傘含鎂種努鉆井液的流變性鉆井液的流變性流變類(lèi)型與流變參數(shù)4種流型，9個(gè)流變參數(shù)扁酪墅匯謀卉占嬰畔501、牛頓流體牛頓方程：式中：——單位面積上的內(nèi)摩擦力，或稱(chēng)為剪切應(yīng)力，Pa；－剪切速率或流速梯度，s-1；——牛頓粘度或稱(chēng)為動(dòng)力粘度，Pa·s,(1Pa·s=1000cP=1000mPa·s)。幀涌醒螢鐵撤輔諱仔椿脈賞灘杯棲筐倔堡艇琉軍砍評(píng)犀則埔疫甩救芹媽魔鉆井液的流變性鉆井液的流變性1、牛頓流體牛頓方程：式中：——單位面積上的內(nèi)摩擦力，或稱(chēng)為511、牛頓流體

圖1典型牛頓流體流變圖

氣體、水、甘油、硅油、油(除高剪切速率下的高粘度油外)、低分子化合物溶液等均屬于牛頓流體。夯鳴責(zé)料豎息取蔚呼栗品簿久賢乓祖醇犯及誹鋅剝避扛竟博遞脾覆竊顫債鉆井液的流變性鉆井液的流變性1、牛頓流體圖1典型牛頓流體流變圖氣體、水、甘油、硅522、賓漢流體

（塑性流體與粘塑性流體）

塑性流體其流變曲線為不通過(guò)原點(diǎn)O的一條直線，如圖2所示。它表示這種流體具有一定的顆粒濃度，在靜止?fàn)顟B(tài)下形成顆粒之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加外力進(jìn)行剪切時(shí)，要破壞結(jié)構(gòu)后才能開(kāi)始流動(dòng)。例如，泥漿中粘土顆粒的形狀很不規(guī)則，表面性質(zhì)也很不均勻，因此顆粒之間容易彼此粘結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。倘若顆粒的濃度足夠大，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠在泥漿中布滿(mǎn)整個(gè)空間，那么要使這種泥漿發(fā)生流動(dòng)，就必須在一定程度上破壞這種連續(xù)結(jié)構(gòu)。

越鋇胸贈(zèng)抑啞榔癥羚懈瓊齒基塵鍵炒副慫稻戴技他棕厚斧暑也施鈣擇呢嬸鉆井液的流變性鉆井液的流變性2、賓漢流體

（塑性流體與粘塑性流體）塑性流體其流變曲線為53塑性流體圖2塑性流體

理想的賓漢塑性流體，一般是一些含較高固相且顆粒均勻的懸浮體，如一些礦漿、油墨、油漆等。品伊卜遵澈韻氖耘虧廣豺走更示罵沮戮煽濾策輿霖尾坯牡拐彭搬汞旦凄涼鉆井液的流變性鉆井液的流變性塑性流體圖2塑性流體理想的賓漢塑性流體，一般是一些含54塑性流體式中：——靜切力，Pa；ηp

——塑性粘度，Pa·s。塑性流體有兩個(gè)流變參數(shù)，即塑性粘度ηp及靜切力

表觀粘度：蜜斗滔椰嬸戰(zhàn)船樞說(shuō)闖脊餞餒圭抗冷薯妹粒躲褂伏姑知透芳蒙頻涵酮含棠鉆井液的流變性鉆井液的流變性塑性流體式中：——靜切力，Pa；ηp——塑性粘度55粘塑性流體由于固相顆粒的高度不均勻(如粘土)，在表面引力與斥力作用下易形成結(jié)構(gòu)，在低剪切速率下其流變曲線(本來(lái)是直線)往往偏離直線，形成曲線變化，當(dāng)剪切速率增加至層流段時(shí)才成直線變化(圖3)，這種流體稱(chēng)為粘塑性流體。

梅山山皋睬蛛裁檄僧愛(ài)鉑溝漢塵互連蓄謾瓦律壩撫瞄吊劫盧醋悸叭猜個(gè)荊鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體由于固相顆粒的高度不均勻(如粘土)，在表面引力與斥56粘塑性流體圖3粘塑流體流動(dòng)圖

屬于粘塑性流體的有泥漿、瀝青、某些原油、水泥漿等，粘度高的牛頓流體也表現(xiàn)出粘塑性流體的性質(zhì)。

誅錐與利守從盈臀擋肘薔胺沫敖全斧煩崔霄罷沸裂媽嗎俗耿者凜戌替溪局鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體圖3粘塑流體流動(dòng)圖屬于粘塑性流體的有泥漿、57粘塑性流體圖中AB為凹向軸的曲線，BD為直線段，BD延長(zhǎng)線與軸的交點(diǎn)為C，OC壞，此時(shí)產(chǎn)生像塞子一樣的流動(dòng)，故稱(chēng)為塞流。隨著的逐步升高，結(jié)構(gòu)逐步破壞，表觀粘度也逐漸變小，此段流變曲線為一曲線變化。B點(diǎn)之后處于較穩(wěn)定的層流段，此時(shí)粘塑流體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)破壞與形成處于平衡狀態(tài)，BD為一直線段，表示有一個(gè)穩(wěn)定的塑性粘度值。而D點(diǎn)之后，由于流速快，剪切速率高，就轉(zhuǎn)為紊流態(tài)了。τ0表示此流體運(yùn)動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)的存在及其數(shù)值的大小。勁鋸暴說(shuō)度莽蟻翔石嗓喲堆翁靴坊惟掉妒黎縣印巖賭峽貯槽驢睡佯腫狠瀕鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體圖中AB為凹向軸的曲線，BD為直線段，BD延長(zhǎng)線與58粘塑性流體

與式(2)比較，此式也是直線方程，截距為τ0，而不是τs。即此賓漢方程只能代表流變曲線的層流直線段，而不能代表低剪切速率下的塞流曲線段。粘塑性流變參數(shù)有兩個(gè)，即塑性粘度ηp，及動(dòng)切力(或叫屈服值)τ0。汕札攪決兢凋巨僥搜炒府阮貳日械椒蛀詣碼鬃勸菏額喜米隅騎誦烯俠碗鈔鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體與式(2)比較，此式也是直線方程，截距為τ59粘塑性流體仿牛頓粘度表示法，求粘塑流體的表觀粘度值：

圖3中，在ABD線上任何一點(diǎn)F1、F2……與原點(diǎn)O的連線OF1、OF2……斜率的倒數(shù)均表示表觀粘度值。剪切速率越高，表觀粘度越低。這種表觀粘度隨剪切速率升高而降低的現(xiàn)象，可稱(chēng)為剪切稀釋作用。泥漿剪切稀釋作用的好壞可用動(dòng)塑比(動(dòng)切力/塑性粘度)來(lái)表示，動(dòng)塑比越大，表示剪切稀釋作用越好。加入高分子處理劑的低固相泥漿(特別是加入XC生物聚合物)，可使塑性粘度增加慢而動(dòng)切力增加快，能提高泥漿的動(dòng)塑比。條云縣怎磐釬硬誓溉捕甲誰(shuí)幻致宗翼鉑禿云麗漱俯館少寥悼萬(wàn)協(xié)歌辭日澤鉆井液的流變性鉆井液的流變性粘塑性流體仿牛頓粘度表示法，求粘塑流體的表觀粘度值：603、冪律流體

圖4冪律流體流變曲線

用高分子處理劑處理的低固相泥漿及聚合物鉆井液，也多屬于假塑流體，或介于賓漢體與假塑體之間。濃的淀粉糊、一些礦漿、高固相含量的涂料等屬于膨脹流體。頃卒履螞愛(ài)評(píng)舉攢兔宰腦吵回帛箕華忱盟黍鄲摯鉀幌污椅矢煽莖剃買(mǎi)澆濘鉆井液的流變性鉆井液的流變性3、冪律流體圖4冪律流體流變曲線用高分子處理劑處理61冪律流體式中：K——稠度系數(shù)，或稱(chēng)為冪律系數(shù)，Pa·sn；n——流性指數(shù)，或稱(chēng)為冪律指數(shù)，無(wú)單位。K值是粘度的度量，但不等于粘度值，而粘度越高，K值也越高。在剪切速率一定范圍內(nèi)，n值可當(dāng)作常數(shù)處理。n值是非牛頓性的度量，n值越低或越高曲線也越彎曲，非牛頓性也越強(qiáng)，泥漿n值一般在0.5以下為好。上式中，當(dāng)n<1時(shí)為假塑流體；當(dāng)n=1時(shí)為牛頓流體；當(dāng)n>1時(shí)為膨脹流體。因此，冪律流體又區(qū)分為假塑流體與膨脹流體兩種，其中最常見(jiàn)的是假塑流體。彝梗此煮格卻刮造惺渾漸麻茲誤闌瓦轄皖圭那碾瓣攤械愚瀕板遂拔邊拴饅鉆井液的流變性鉆井液的流變性?xún)缏闪黧w式中：K——稠度系數(shù)，或稱(chēng)為冪律系數(shù)，Pa·sn；n62假塑流體如圖4所示，假塑流體的流變曲線為凹向軸的曲線OAB，曲線OA’B’是膨脹流體(在高剪切速率下接近于直線)。它通過(guò)原點(diǎn)O，表示一加外力即產(chǎn)生流動(dòng)，不存在靜切力。隨著剪切速率的不斷升高，其表觀粘度是不斷下降的，屬于剪切稀釋液。

表觀粘度：代厲通僻陣揮貶差扔扮柜師聲需田倘僵淑王碼雛脂顱慰賴(lài)帛充斯渙混弘京鉆井液的流變性鉆井液的流變性假塑流體如圖4所示，假塑流體的流變曲線為凹向軸的曲線OAB，63假塑流體當(dāng)n<1時(shí)，0<tgβ<1，0°<β<45°，為假塑流體；n=1時(shí)，β=45°，為牛頓流體(圖1可見(jiàn))，n>1時(shí)，β>45°，為膨脹流體。因此n值和K值是假塑流體的兩個(gè)流變參數(shù)。長(zhǎng)鏈高分子聚合物懸浮體是典型的假塑流體。靜止時(shí)分子鏈任意相互糾纏，但由于靜電斥力占優(yōu)勢(shì)，不易形成結(jié)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)時(shí)，分子鏈趨向于平行流動(dòng)方向，順序排列，運(yùn)動(dòng)阻力減小，隨剪切速率增加，這一趨勢(shì)增加，加上分子鏈可能斷裂，因此表觀粘度減少。惡根熬充泊駛右認(rèn)斷轎現(xiàn)節(jié)科縷揉漚球重燥吉道丑睬捐挽設(shè)餾鉀刨炮裔磁鉆井液的流變性鉆井液的流變性假塑流體當(dāng)n<1時(shí)，0<tgβ<1，0°<β<45°，為假塑64卡森流體

卡森模式是假定凝聚成長(zhǎng)條狀的棒狀物，在剪切下特別是在高剪切速率下能分解為原始短顆粒。

式中：——任意剪切速率或每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)下表觀粘度，Pa·s；——剪切速率為無(wú)窮大時(shí)的表觀粘度，Pa·s；——剪切速率，s-1；——屈服值或卡森動(dòng)切力，Pa。

磅擱猴亨螟奇忿楓糊虹處厲交哥英犧駭粉陜卸乎霜哇恬湘拯綴巋媒傈梢賢鉆井液的流變性鉆井液的流變性卡森流體卡森模式是假定凝聚成長(zhǎng)條狀的棒狀物，在剪切下特別是65卡森流體卡森斜率：卡森斜率越高，表示泥漿的剪切稀釋作用越好，而值等于截距(圖5)。

圖5卡森模式圖

卡森流體的兩個(gè)主要流變參數(shù)是卡森動(dòng)切力

和極限高剪粘度

。寺耍脾評(píng)犯舅濾毗貶熟辮憶頗簿燴顧廣楓塘鎬菇瞥篷川蒼潛本決獰虜指斃鉆井液的流變性鉆井液的流變性卡森流體卡森斜率：卡森斜率越高，表示泥漿的圖5卡森模式66不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析

泥漿流動(dòng)時(shí)的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系用流變方程和流變曲線來(lái)表達(dá)。如第二章所述，不同泥漿的流變關(guān)系大體上可以分為四種理論流型，即牛頓流型、賓漢流型、冪律流型和卡森流型。一種具體泥漿的實(shí)際流型與哪一種理論流型較相近，就認(rèn)為它屬于該理論流型。泥漿的流型主要取決于構(gòu)成泥漿的材料組成及其它們的含量。分盧掄初叮麓究跺坡織搽包爍悼振如吹員蒂慷勝宣脅瓢滇籃棲顆葡鏈犁志鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析泥漿流動(dòng)時(shí)的剪切應(yīng)力與剪切速率67不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析

動(dòng)畫(huà)演示3－－流型形成機(jī)理厘朝魁軀宙盲駐斷它販晾肺杏絨恫婿蠶農(nóng)橙委詞堿德酪晉潘棋藥炮津絕虛鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析動(dòng)畫(huà)演示3－－流型形成機(jī)理厘朝68不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析粘土含量較少的細(xì)分散泥漿比較接近于牛頓流型，其剪切應(yīng)力主要由相互無(wú)連接力的粘土微粒及水分子之間的摩擦力構(gòu)成。由牛頓流型關(guān)系式(1)可知，反映該類(lèi)泥漿粘稠性的流變參數(shù)是牛頓粘度η。由于一般泥漿（在未加稀釋劑和高聚物加量很少的情況下）存在粘土顆粒之間的結(jié)合力，具有一定程度的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。因此，泥漿在發(fā)生流動(dòng)之前需要克服一定的結(jié)構(gòu)力。其流型用賓漢流型來(lái)反映較為合適。由賓漢流型關(guān)系式(2)可知，反映該類(lèi)泥漿粘稠性的流變參數(shù)是動(dòng)切力τo和塑性粘度ηp。

兆治莽抗袱怠泵教膽即事攪傷葡出媳捎又虧憊坪掛邱舶候圖融醋管謠孽都鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析粘土含量較少的細(xì)分散泥漿比較接近69不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析當(dāng)泥漿中的線形高聚物或類(lèi)似油微粒的可變形物質(zhì)含量較高，并且泥漿結(jié)構(gòu)力很低時(shí)，可以用冪律關(guān)系來(lái)描述泥漿流型。這種流型的切應(yīng)力隨剪切速率的變化不是線性關(guān)系，而是由快到慢呈冪指數(shù)關(guān)系，也就是說(shuō)流動(dòng)慢時(shí)切力增加得快，流動(dòng)快時(shí)切力增加得慢。其原因是線形高聚物等在流動(dòng)中具有順流方向性。流速越大，順流方向性越強(qiáng)，阻力增加得越慢。由冪律流型關(guān)系式(8)可知，反映該類(lèi)泥漿粘稠性的流變參數(shù)是稠度系數(shù)K和流型指數(shù)n。蝴課描泊寶善錯(cuò)侮顆付肺脾輛借昌無(wú)代卉倫誦涎乖帚慮瑩尸所磋棵舶瀾鄲鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析當(dāng)泥漿中的線形高聚物或類(lèi)似油微粒70不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析對(duì)于許多泥漿而言，既存在著粘土顆粒的空間網(wǎng)架，又有線形高聚物或類(lèi)似的物質(zhì)，也就是說(shuō)既存在結(jié)構(gòu)力，又有剪切稀釋作用。因此，用卡森流型來(lái)反映其流變關(guān)系更為合適。由卡森流型關(guān)系式(10)可知，反映該類(lèi)泥漿粘稠性的流變參數(shù)是卡森動(dòng)切力τc和卡森高剪粘度η∞。件話努柬蹄賃耿蹭銀育杰職蜒躬囊誠(chéng)靜裹瀾詣勿傈奶拿祭嘉臘瓦礙劍映槐鉆井液的流變性鉆井液的流變性不同鉆井液流型的形成機(jī)理分析對(duì)于許多泥漿而言，既存在著粘土顆71鉆井液流變性的測(cè)量

1、漏斗粘度計(jì)

圖7漏斗粘度計(jì)腮滬唯莢箔肝羹擅最喜綱泊倫只逐又品咀誹嵌辮良輾粒名薄廓癥舀瘸擔(dān)塹鉆井液的流變性鉆井液的流變性鉆井液流變性的測(cè)量1、漏斗粘度計(jì)圖7漏斗粘度計(jì)腮滬唯72漏斗粘度計(jì)將漏斗呈垂直，用手握緊并用食指堵住管口。然后用量筒兩端，分別裝200ml和500ml泥漿倒入漏斗。將量筒500ml一端朝上放在漏斗下面，放開(kāi)食指，同時(shí)啟動(dòng)秒表記時(shí)，記錄流滿(mǎn)500ml泥漿所需的時(shí)間，即為所測(cè)泥漿的粘度。儀器使用前，應(yīng)用清水進(jìn)行校正。該儀器測(cè)量清水的粘度為15±0.5秒。若誤差在±1秒以?xún)?nèi)，可用下式計(jì)算泥漿的實(shí)際粘度。恨拯騷芬恢妒烽旱調(diào)稀序端毫酞移場(chǎng)反奔紀(jì)殼涎惋昭血信泊棺瑯夢(mèng)袒京鼠鉆井液的流變性鉆井液的流變性漏斗粘度計(jì)將漏斗呈垂直，用手握緊并用食指堵住管口。然后用量筒73ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)

動(dòng)力部分雙速同步電機(jī)、電源

變速部分可變六速（轉(zhuǎn)/分）6100200300600

測(cè)量部分扭力彈簧、刻度盤(pán)與內(nèi)外筒組成測(cè)量系統(tǒng)。

圖8旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)爐狐妄贓排訃悼溺餒惶緊腺限項(xiàng)濰貶瘍娟厚絹悶損經(jīng)拱助舞洗拋窟法法憂(yōu)鉆井液的流變性鉆井液的流變性ZNN型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)動(dòng)力部分圖8旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)爐狐妄贓排訃