钻井液的流变性分析共41页文档

中国石油大学钻井液工艺原理实验报告实验日期：2011/4/26 成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：实验一钻井液流变性测定一 .实验目的1. 掌握六速旋转粘度计的应用方法。

2. 掌握如何判断钻井液的流型及对应流变参数的计算方法。

3. 比较各流变模式与实际流变曲线的吻合程度，弄清各种模式的特点。

4. 掌握钻井液增粘剂及降粘剂对钻井液流变性的影响。

二.实验原理1. 旋转粘度计工作原理电动机带动外筒旋转时，通过被测液体作用于内筒上的一个转矩，使与扭簧相连的内筒偏转一个角度。

根据牛顿内摩擦定律，一定剪功速率下偏转的角度与液体的粘度成正比。

于是，对液体粘度的测量就转换为内筒的角度测量。

2. 流变曲线类型、意义。

流变曲线是指流速梯度和剪切应力的关系曲线。

根据曲线的形式，它可以分为牛顿型、塑性流型、假塑性流型和膨胀性流型。

为了计算任何剪切速率下的剪切应力，常用的方法是使不同流变模式表示的理想曲线逼近实测流变曲线，这样，只需要确定两个流变参数，就可以绘出泥浆的流变曲线。

牛顿模式反映的牛顿液体，其数学表达式为：τ =η·D宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为：τ =τ 0 +ηp·D指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为：τ =K·D n 或 Lgτ =lgK + n·lgD卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为：τ1/2 =τ1/2 c +η1/2∞ .D1/2实际流变曲线与那一种流变模式更吻合，就把实际液体看成那种流型的流体。

三. 实验仪器及药品实验仪器：ZNN-D6 型旋转粘度计；高速搅拌器。

实验仪器使用要点：1.检查好仪器，要求；①刻度盘对零。

若不对零，可松开固定螺钉调零后在拧紧。

②检查同心度。

高速旋转时，外筒不得有偏摆。

③内筒底与杯距不低于1.3cm。

2.校正旋转粘度计①倒350m1 水于泥浆杯中，置于托盘上，上升托盘，使液面与外筒刻度线对齐，拧紧托盘手轮。

第六章钻井液的流变性钻井液的流变性是钻井液的一项最基本性能，它是指在外力作用下，钻井液发生流动变形的特性。

该特性通常用钻井液的流变曲线、表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力等流变参数来进行描述的。

它在解决1、岩屑携带，保证井底和井眼清洁；2、悬浮岩屑和加重材料；3、保持井眼规则和保障井下安全；4、提高机械钻速等钻井问题时起着十分重要的作用。

另外，钻井液的某些流变参数还直接用于钻井环空水力学的有关计算。

对钻井液流变性的深入研究有利于对油气井钻井液流变参数的优化设计和合理调控。

一、流体流变性的概念1、流体流动的特点流体流动实际上是流体随时间连续变形的过程。

液体的流动变形是因为液体受到剪切作用引起的剪切变形。

既液体在大小相等、方向相反、而作用线相距很近的两个力作用下，液体内部指点发生相对错动。

以河水流动的速度分布为例，可以看到，越靠近河岸，流速越小，河中心处流速最大。

水在管道中流速分布与河水相似，管道中心流速最大，靠近管壁处速度为零。

可以想象，如果把管道内流动的水沿着管道半径的方向由内向外分成若干层，每一层流速是不同的。

如图6—1所示。

液流中各层的流速不同这个现象，通常用剪切速率（或称速度梯度）这个物理量来描述。

图6-1在圆形管道中水的流速分布a —流速分布示意图b —流速分布曲线2、剪切速率和剪切应力如前所述，液体在管内流动时，在垂直于流速方向上，由内向外流速逐渐减小。

若液体液层之间的距离为dx，各液层的速度差为dv，则垂直于流速方向不同液层流速的变化可以表示为dv/dx，那么dv/dx叫速度梯度即剪切速率。

其物理意义是在垂直于流速方向上，单位距离流速的增量。

物理单位为S-1钻井液在循环系统的不同位置剪切速率值如下：沉砂池： 10 —20 S-1环形空间： 50 —250 S -1钻杆内： 100—1000 S-1钻头喷嘴处： 104 —105 S-1液体流动时表现出的速度梯度，是液体内存在内摩擦作用的结果。

石油钻井中钻井液流变性
钻井液流变性是指钻井液流动和变形的性质，这些性质主要通过剪切应力和剪切速率表征。

钻井液流变性与钻井液对井底的冲洗能力、对岩屑的携带和悬浮能力，对功率的传递能力和井壁稳定等直接相关。

1.流态
流体的流态可分为层流、紊流和塞流三种类型。

层流是指流体质点呈层状流动，流动的每一层的流速不等，但都与流动方向平行。

紊流是指流体质点完全呈不规则流动。

在整个流体体积内充满小漩涡，质点的宏观速度基本相同。

塞流是指流体的流动像塞状物一样移动，各质点流速相等。

2.剪切应力
当流体的流态处在层流时，相邻流动层的流速是不等的，因此它们之间存在内摩擦力即剪切力，若将剪切力除以相邻流动层的接触面积。

3.剪切速率
当流体的流态处在层流时，相邻流动层之间的速度差除以它们之间的垂直距离称为剪切速率。

4.牛顿粘度与表现粘度
钻井液的表现粘度随剪切速率变化，所以在评价钻井液性能时，
表观粘度通常指剪切速率为1020s-1时的表观粘度。

5.触变性
一些非牛顿流体在机械作用下变稀或者变稠的性质称为触变性。

深水作业中钻井液在低温高压条件下的流变性近年来，深水油气勘探和开发已经成为石油工业中的一个重要领域。

深水作业中，钻井液广泛应用于井眼稳定、泥浆冷却、清洁井眼、支撑井壁等方面。

因此，钻井液的性能对于深水作业的成功至关重要。

在低温高压条件下，钻井液的流变性变得尤为关键。

低温高压条件下的流变性是指钻井液在高压力和低温环境下的流动和变形特性。

在这种条件下进行钻井，向下打穿巨大厚度的盐层和砂层，超高压和低温会对钻井液的性能带来极大的挑战，导致钻井过程中的泥浆损失和钻头失效等难题。

因此，了解和优化钻井液在这样的条件下的流变性是极其必要的。

首先，深水环境下的钻井液的黏度会显著增加。

这是因为，在高压下，分子之间的相互作用增强，导致黏度增加。

此外，在较低温度下，基础油和附加剂中的化学成分的流动性会降低，这也会导致钻井液的黏度增加。

高黏度的钻井液会使钻头的转速降低，并可能导致井壁不稳定，进而导致钻柱的顶卡和流体质量损失。

其次，需要在低温高压条件下选择对钻井液流变性能影响小的物质。

纳米材料因其独特的表面效应和尺寸效应，可以极大地改变钻井液体系的性质。

在深水条件下，纳米材料可以减少黏度，提高流动性和润滑性，从而减少流体抗力。

由于其高表面积、反应活性和分子尺寸尺寸范围，纳米颗粒在液体中的分散性至关重要。

该颗粒需要被均匀地分散到钻井液中，否则，纳米颗粒聚集和沉降将引起钻井液的不稳定性和性能变异。

再次，深水环境下的钻井液应该具有优异的流变性能，以确保其适应不同的井壁条件。

钻井液的流变性不仅取决于物质的特性，也取决于环境因素。

低温和高压实质上会导致钻井液表现出不同的流变性。

在固定温度下，钻井液的流变特性取决于其化学成分，因此，根据井的特殊需求，可以通过调整化学配方的方法来改变钻井液的流变性。

综上所述，深水环境下的钻井液的流变性是一个多重因素的复杂问题。

在低温高压条件下，需要优化钻井液的流变性能，并选择对流变性能影响小的物质和方法，以保证深水勘探和开发的成功实施。