中国地质大学（武汉）：《岩土钻掘工程学》课程教学课件（PPT讲稿）第一讲 钻井液的流变性

钻井液的流变性 乌效鸣 中国地质大学(武汉)工程学院勘基系 2004年

钻井液的流变性 乌效鸣 中国地质大学（武汉）工程学院勘基系 2004年

钻井液的流变性概述 ●钻井液流变性( Rheological Properties of Drilling Fluids)是指在外力作用下,钻井 液发生流动和变形的特性,其中流动是主要 的方面。该特性通常用钻井液的流变曲线和 塑性粘度( PlasticⅥ iscosity)、动切力 ( Yield point)、静切力( Gel Strength) 表观粘度( Apparent Viscosity)等流变参数 来进行描述的

钻井液的流变性概述 ⚫ 钻井液流变性（Rheological Properties of Drilling Fluids ）是指在外力作用下，钻井 液发生流动和变形的特性，其中流动是主要 的方面。该特性通常用钻井液的流变曲线和 塑性粘度（Plastic Viscosity）、动切力 （Yield Point）、静切力（Gel Strength）、 表观粘度（Apparent Viscosity）等流变参数 来进行描述的

钻井液的流变性概述 钻井液流变性是钻井液的一项基本性能, 它在解决下列钻井问题是起着十分重要的 作用: (1)携带岩屑,保证井底和井眼的清洁; (2)悬浮岩屑; (3)提高机械钻速; ●(4)保持井眼的规则和保证井下安全

钻井液的流变性概述 钻井液流变性是钻井液的一项基本性能， 它在解决下列钻井问题是起着十分重要的 作用： ⚫ （1）携带岩屑，保证井底和井眼的清洁； ⚫ （2）悬浮岩屑； ⚫ （3）提高机械钻速； ⚫ （4）保持井眼的规则和保证井下安全

内容概要 钻井液的流变性对钻井工作的影响 流变类型与流变参数 ●不同钻井液流型的形成机理分析 ●钻井液流变性的测量

内容概要 ⚫ 钻井液的流变性对钻井工作的影响 ⚫ 流变类型与流变参数 ⚫ 不同钻井液流型的形成机理分析 ⚫ 钻井液流变性的测量

钻井液的流变性对钻井工作的影响 ●钻井液的流变性对钻井工作的影响主 要体现在悬碴、护壁、减阻、提高钻 速和冷却钻具5个方面。 动画演示1一一悬碴、护壁 动画演示2—一提高钻速

钻井液的流变性对钻井工作的影响 ⚫钻井液的流变性对钻井工作的影响主 要体现在悬碴、护壁、减阻、提高钻 速和冷却钻具5个方面。 动画演示1－－悬碴、护壁 动画演示2－－提高钻速

钻井液的流变性对钻井工作的影响 ●钻井液的主要功能之一就是清洗井底并将 岩屑携带到地面上来。钻井液清洗井眼的 能力除取决于循环系统的水力参数外,还 取决于钻井液的性能,特别是其中的流变 性能。岩屑的清除分两个过程,一是岩屑 被冲离井底,二是岩屑从环形间隙被携带 到地面

钻井液的流变性对钻井工作的影响 ⚫ 钻井液的主要功能之一就是清洗井底并将 岩屑携带到地面上来。钻井液清洗井眼的 能力除取决于循环系统的水力参数外，还 取决于钻井液的性能，特别是其中的流变 性能。岩屑的清除分两个过程，一是岩屑 被冲离井底，二是岩屑从环形间隙被携带 到地面

钻井液的流变性对钻井工作的影响 对于破碎的不稳定井壁,利用较粘稠的泥浆还 可以起到较好的粘结护壁作用。絮流液流对井 壁有较强的冲蚀作用,容易引起易塌地层垮塌, 不利于井壁稳定。其原因是絮流时液流质点的 运动方向是絮乱的和无规则的,而且流速高, 具有较大的动能。因此,在钻井液循环时 般应保持在层流状态,尽量避免出现絮流。对 于非牛顿流体,一般采用综合雷诺数Re来判别 流态。将钻井液按塑性流体考虑,当Re>2000时 为絮流。如果按Re=2000,即可推导出临界返 速的公式

钻井液的流变性对钻井工作的影响 ⚫ 对于破碎的不稳定井壁，利用较粘稠的泥浆还 可以起到较好的粘结护壁作用。絮流液流对井 壁有较强的冲蚀作用，容易引起易塌地层垮塌， 不利于井壁稳定。其原因是絮流时液流质点的 运动方向是絮乱的和无规则的，而且流速高， 具有较大的动能。因此，在钻井液循环时，一 般应保持在层流状态，尽量避免出现絮流。对 于非牛顿流体，一般采用综合雷诺数Re来判别 流态。将钻井液按塑性流体考虑，当Re>2000时 为絮流。如果按Re＝2000，即可推导出临界返 速的公式

钻井液的流变性对钻井工作的影响 但是,泥浆的粘稠性大又有不利的方面: 使井底碎岩效率降低,这种影响主要表现在钻 头喷嘴处的絮流流动阻力对钻速的影响。钻井 液粘度越大,絮流流动阻力越大,从而降低了 钻头在井底的碎岩效率。 增加泥浆循环的流动阻力; 增大对井壁的液压力激动破坏。井内液柱压力 是指在起下钻和钻进过程中,由于钻柱上下运 动、泥浆泵开动等原因,使得井内液柱压力发 生突然变化(升高或降低),给井内增加一个 附加压力(正值或负值)的现象

钻井液的流变性对钻井工作的影响 但是，泥浆的粘稠性大又有不利的方面： ⚫ 使井底碎岩效率降低，这种影响主要表现在钻 头喷嘴处的絮流流动阻力对钻速的影响。钻井 液粘度越大，絮流流动阻力越大，从而降低了 钻头在井底的碎岩效率。 ⚫ 增加泥浆循环的流动阻力； ⚫ 增大对井壁的液压力激动破坏。井内液柱压力 是指在起下钻和钻进过程中，由于钻柱上下运 动、泥浆泵开动等原因，使得井内液柱压力发 生突然变化（升高或降低），给井内增加一个 附加压力（正值或负值）的现象

流变类型与流变参数 4种流型,9个流变参数 1、牛顿流体(绝对粘度) 2、宾汉流体(静切力、动切力、塑性粘度、 表观粘度) 3、幂律流体(流性指数、稠度指数) 4、卡森流体(极限高剪粘度、卡森动切力)

流变类型与流变参数 4种流型，9个流变参数 1、牛顿流体（绝对粘度） 2、宾汉流体（静切力、动切力、塑性粘度、 表观粘度） 3、幂律流体（流性指数、稠度指数） 4、卡森流体（极限高剪粘度、卡森动切力）

1、牛顿流体 牛顿方程: t=77 式中:—单位面积上的内摩擦力,或称 为剪切应力,Pa;γ一剪切速率或流速梯 度,s+;7牛顿粘度或称为动力粘度, Pa's, (IPaS=1000cP=1000mPa'S)

1、牛顿流体  =    牛顿方程： 式中：——单位面积上的内摩擦力，或称 为剪切应力，Pa； －剪切速率或流速梯 度，s -1； ——牛顿粘度或称为动力粘度， Pa·s,(1Pa·s=1000cP=1000mPa·s)。    