第三章钻井液的流变性课件.ppt

石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 钻井液流变性是钻井液的一项基本性能，钻井液流变性是钻井液的一项基本性能，在解决在解决 (1)(1)携带岩屑，保证井底和井服的清洁；携带岩屑，保证井底和井服的清洁；(2)(2)悬浮岩屑与重晶石；悬浮岩屑与重晶石；(3)(3)提高机械钻速；提高机械钻速；(4)(4)保持井眼规则和保证井下安全起着十分重要保持井眼规则和保证井下安全起着十分重要的作用钻井液的某些流变参数还直接用于钻的作用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井环空水力学的有关计算 9/23/20241石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院第一节第一节 流体的基本流型及其特点流体的基本流型及其特点一、流体流动的基本概念一、流体流动的基本概念 1 1．剪切速率和剪切应力．剪切速率和剪切应力液体与固体区别液体与固体区别: : 加很小的力就能使液体发生变形，而只要力作用的时间相加很小的力就能使液体发生变形，而只要力作用的时间相当长，很小的力能使液体发生很大的变形当长，很小的力能使液体发生很大的变形9/23/20242石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 钻井液在循环过程中，在各个部位的流速不同，剪钻井液在循环过程中，在各个部位的流速不同，剪切速率不相同。

流速越大剪切速率越高一般情况下，切速率不相同流速越大剪切速率越高一般情况下，沉砂池处剪切速率最低，大约在沉砂池处剪切速率最低，大约在1010～～20s20s-1-1；环形空间；环形空间5050～～250s250s-1-1；钻杆内；钻杆内100100～～ 1000s 1000s-1-1；钻头喷嘴处最高，；钻头喷嘴处最高，大约在大约在1000010000～～100000s100000s-1-1 9/23/20243石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 剪切速率剪切速率：：沿垂直于流沿垂直于流速方向上单位距离上流速的速方向上单位距离上流速的改变量或增加量改变量或增加量表达式如下：表达式如下：流速分布特流速分布特点点单位为单位为：：s s-1-1; ; 流体各层之间流速不同，层流体各层之间流速不同，层与层之间存在相互作用与层之间存在相互作用液体内部内聚力的作用，流液体内部内聚力的作用，流速较快的液层带动流速较慢的相邻液层，流速较慢的速较快的液层带动流速较慢的相邻液层，流速较慢的液层阻碍流速较快的相邻液层液层阻碍流速较快的相邻液层9/23/20244石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院牛顿内摩擦定律：牛顿内摩擦定律： 剪切应力剪切应力剪切应力剪切应力：：：：内摩擦力内摩擦力F F除以接触面积除以接触面积S S即得液体内的即得液体内的剪切应力剪切应力τ ，剪切应力理解为单位面积上的剪切力。

剪切应力理解为单位面积上的剪切力 µ µ是是量量度度液液体体粘粘滞滞性性大大小小的的物物理理量量，，粘粘度度单单位位为为PaPa··s s或或mPamPa··s s 9/23/20245石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 µ µ物理意义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力物理意义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力 µ µ越大，表示产生单位剪切速率所需要的剪切应力越大越大，表示产生单位剪切速率所需要的剪切应力越大粘度是液体的性质，不同液体有不同的粘度是液体的性质，不同液体有不同的µ µ值µ µ与温度与温度有关，一般随温度的升高而降低有关，一般随温度的升高而降低9/23/20246石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院2 2、流变模式与流变曲线、流变模式与流变曲线剪切应力和剪切速率是流变学中的两个基本慨念，剪切应力和剪切速率是流变学中的两个基本慨念，钻井液流变性的核心问题钻井液流变性的核心问题是研究各种钻井液的剪切应力是研究各种钻井液的剪切应力与剪切速率之间的关系用数学关系式表示称为流变方与剪切速率之间的关系用数学关系式表示称为流变方程，又称为流变模式，用图纸来表示称为流变曲线。

程，又称为流变模式，用图纸来表示称为流变曲线9/23/20247石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院流变方程流变方程流变曲线流变曲线9/23/20248石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院3 3．流体的基本流型．流体的基本流型 按照流体流动时剪切速率与剪切应力之间的关系，按照流体流动时剪切速率与剪切应力之间的关系，流体可以划分为不同的流型除牛顿流型外，根据所测流体可以划分为不同的流型除牛顿流型外，根据所测出的流变曲线形状的不同，将非牛顿流体的流型归纳为出的流变曲线形状的不同，将非牛顿流体的流型归纳为塑性流型、假塑性流型和膨胀流型塑性流型、假塑性流型和膨胀流型以上四种基本流型以上四种基本流型的流变曲线见图的流变曲线见图3-43-4符合这四种流型的流体分别叫做符合这四种流型的流体分别叫做牛顿流体、塑性流体、假塑性流体和膨胀性流体牛顿流体、塑性流体、假塑性流体和膨胀性流体9/23/20249石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 膨胀流体比较少见流动特点是：稍加外力发生膨胀流体比较少见流动特点是：稍加外力发生流动；粘度随剪切速率流动；粘度随剪切速率( (或剪切应力或剪切应力) )增加而增大，静增加而增大，静置时又恢复原状。

与假塑性流体相反，其流变曲线凹置时又恢复原状与假塑性流体相反，其流变曲线凹向剪切应力轴膨胀流体在静止状态时，所含有的颗向剪切应力轴膨胀流体在静止状态时，所含有的颗粒是分散的剪切应力增大，部分颗粒会纠缠在一起粒是分散的剪切应力增大，部分颗粒会纠缠在一起形成网架结构，增大流动阻力目前广泛使用的多数形成网架结构，增大流动阻力目前广泛使用的多数钻井液为钻井液为塑性流体和假塑性流体塑性流体和假塑性流体 9/23/202410石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院9/23/202411石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院牛顿流体牛顿流体 通常将剪切应力与剪切速率的关系遵守牛顿内摩擦定通常将剪切应力与剪切速率的关系遵守牛顿内摩擦定律的流体，称为律的流体，称为牛顿流体牛顿流体 水水、、酒酒精精等等大大多多数数纯纯液液体体、、轻轻质质油油、、低低分分量量化化合合物物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体流动特点：流动特点：加很小的剪切力能流动，加很小的剪切力能流动，剪切应力与剪切应力与流速流速梯度成正比在层流区域内，粘度不随切力流速梯度变梯度成正比。

在层流区域内，粘度不随切力流速梯度变化，为化，为常量常量9/23/202412石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院牛顿流体的流变模型与流变曲线牛顿流体的流变模型与流变曲线流变方程流变方程流变曲线流变曲线9/23/202413石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 与牛顿流体不同，当剪切速率为零时：即与牛顿流体不同，当剪切速率为零时：即塑性流体塑性流体剪切力剪切力τ≠0τ≠0，而是，而是ττs s，即施加的，即施加的切应力必须超过某一特定值才能切应力必须超过某一特定值才能开始流动开始流动 ττs s为开始流动的最小切应力为开始流动的最小切应力，，称称为静切力，简称切力或凝胶强度为静切力，简称切力或凝胶强度τsτ09/23/202414石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 剪切应力继续增大，并超过剪切应力继续增大，并超过ττs s时，塑性流体不时，塑性流体不能均匀剪切，粘度随能均匀剪切，粘度随剪切速率剪切速率的增加而的增加而降低降低，图中，图中曲线段；继续增加曲线段；继续增加剪切速率剪切速率，粘度不随，粘度不随剪切速率剪切速率的的增加而增加而降低降低，图中直线段；，图中直线段； 塑性粘度（塑性粘度（PVPV）：）：不随切力不随切力或流速梯度改变的粘度。

或流速梯度改变的粘度 动切力（动切力（YPYP）：）：直线段延长直线段延长线与切应力的交点为动切应力或线与切应力的交点为动切应力或叫屈服值叫屈服值τsτ09/23/202415石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院塑性流体流变模式与流变曲线塑性流体流变模式与流变曲线塑性流体流变模式与流变曲线塑性流体流变模式与流变曲线τsτ0宾汉模宾汉模式式塑性流塑性流体流变体流变曲线曲线 此此式式是是塑塑性性流流体体的的流流变变模模式式，，该该式式常常称称为为宾宾汉汉模模式式，并将塑性流体称为，并将塑性流体称为宾汉塑性流体宾汉塑性流体9/23/202416石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 粘土含量高的钻井液、高含蜡原油和油漆等都粘土含量高的钻井液、高含蜡原油和油漆等都属于塑性流体水基钻井液主要由粘土、水和处理剂属于塑性流体水基钻井液主要由粘土、水和处理剂所组成粘土矿物具有片状或棒状结构，形状不规则，所组成粘土矿物具有片状或棒状结构，形状不规则，颗粒之间容易彼此连接在一起形成空间网架结构颗粒之间容易彼此连接在一起形成空间网架结构粘上颗粒可能出现三种不同连接方式，面粘上颗粒可能出现三种不同连接方式，面- -面、端面、端——面和端面和端——端连接。

端连接9/23/202417石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 三种不同的连接方式将产生不同的后果面三种不同的连接方式将产生不同的后果面——面连接会导致形成较厚的片，颗粒分散度降低，通面连接会导致形成较厚的片，颗粒分散度降低，通常称为聚结；端常称为聚结；端——面与端面与端——端连接形成三维的网架端连接形成三维的网架结构、特别是当粘土含量足够高时，形成布满整个结构、特别是当粘土含量足够高时，形成布满整个空间的连续网架结构，称做凝胶结构，称为絮凝空间的连续网架结构，称做凝胶结构，称为絮凝与聚结和絮凝相对应的相反过程分别叫做分散和解与聚结和絮凝相对应的相反过程分别叫做分散和解絮凝絮凝 ，如图，如图3-53-5所示 9/23/202418石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院9/23/202419石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 一般情况下，钻井液中的粘土颗粒在不同程度上处一般情况下，钻井液中的粘土颗粒在不同程度上处在一定的絮凝状态要使钻井液开始流动，必须施加在一定的絮凝状态要使钻井液开始流动，必须施加一定的剪切应力，破坏絮凝时形成的连续网架结构。

一定的剪切应力，破坏絮凝时形成的连续网架结构这个力为静切应力，这个力为静切应力，静切应力静切应力反映所形成结构的强弱，反映所形成结构的强弱，将静切应力称为凝胶强度将静切应力称为凝胶强度 在钻井液开始流动以后，初期的剪切速率较低，结在钻井液开始流动以后，初期的剪切速率较低，结构的拆散速度大于恢复速度，拆散程度随剪切速率增构的拆散速度大于恢复速度，拆散程度随剪切速率增加而增大，粘度随剪切速率增加而降低加而增大，粘度随剪切速率增加而降低塑性流体机理分析塑性流体机理分析9/23/202420石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 随着结构拆散程度增大，拆散速度逐渐减小，结随着结构拆散程度增大，拆散速度逐渐减小，结构恢复速度相应增加当剪切速率增至一定程度，结构恢复速度相应增加当剪切速率增至一定程度，结构破坏的速度和恢复的速度保持相等构破坏的速度和恢复的速度保持相等( (达到动态平衡达到动态平衡) )时，结构拆散的程度不再随剪切速率增加而发生变化，时，结构拆散的程度不再随剪切速率增加而发生变化，粘度也不发生变化该粘度为钻井液的塑性粘度粘度也不发生变化该粘度为钻井液的塑性粘度。

塑塑性粘度性粘度不随剪切应力和剪切速率改变，对钻井液的水不随剪切应力和剪切速率改变，对钻井液的水力计算是很重要的力计算是很重要的9/23/202421石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院假塑性流体假塑性流体 某些钻井液、高分子化合某些钻井液、高分子化合物的水溶液以及乳状液等属于物的水溶液以及乳状液等属于假塑性流体流变曲线是通过假塑性流体流变曲线是通过原点井凸向剪切应力轴的曲线原点井凸向剪切应力轴的曲线 这类流体的流动特点：施这类流体的流动特点：施加极小的剪切应力能产生流动，加极小的剪切应力能产生流动，不存在静切应力，粘度随剪切不存在静切应力，粘度随剪切速率的增大而降低速率的增大而降低9/23/202422石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 假塑性流体和塑性流体的一个重要区别在于：塑假塑性流体和塑性流体的一个重要区别在于：塑性流体当剪切速率增大到一定程度时，剪切应力与剪性流体当剪切速率增大到一定程度时，剪切应力与剪切速率之比为一常数，在这个范围，流变曲线为直线；切速率之比为一常数，在这个范围，流变曲线为直线；而假塑性流体剪切应力与剪切速率之比总是变化的，而假塑性流体剪切应力与剪切速率之比总是变化的，在流变曲线中无直线段。

在流变曲线中无直线段9/23/202423石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院假塑性流体流变模式与流变曲线假塑性流体流变模式与流变曲线 假塑性流体服从下假塑性流体服从下式所示的幂律方程，即式所示的幂律方程，即 该式为假塑性流体的流该式为假塑性流体的流变模式，习惯上称为幂律变模式，习惯上称为幂律模式模式, ,式中的式中的n(n(流性指数流性指数) )和是和是K(K(稠度系数稠度系数) )是假塑性是假塑性流体的两个重要流变参数流体的两个重要流变参数9/23/202424石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 n n: :表现出流体非牛顿性程度表现出流体非牛顿性程度一般小于一般小于1 1，为无因次量钻井，为无因次量钻井液设计中经常要确定较合理的液设计中经常要确定较合理的范围，一般希望较低的范围，一般希望较低的n n值，使值，使钻井液具有较好的剪切稀释性钻井液具有较好的剪切稀释性能 K K( (稠度系数稠度系数) )：反映钻井液：反映钻井液的可泵性以及携岩性的可泵性以及携岩性 0.25 0.25 0.5 0.5 1 1 剪切速率剪切速率剪剪切切应应力力9/23/202425石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院四、膨胀型流体四、膨胀型流体膨胀型流体膨胀型流体特点特点: :粘度随剪粘度随剪切速率增加而增加，静止切速率增加而增加，静止时又恢复原状；也没有静时又恢复原状；也没有静切应力。

与假塑性流体相切应力与假塑性流体相反流变曲线凹向剪切应反流变曲线凹向剪切应力轴9/23/202426石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院膨胀型流体机理分析膨胀型流体机理分析 静止时，粒子是分散的，静止时，粒子是分散的，剪切速率增加时，粒子排列变剪切速率增加时，粒子排列变乱，有些粒子被搅在一起形成乱，有些粒子被搅在一起形成网架结构，架子搭得越多，流网架结构，架子搭得越多，流动阻力越大，粘度随剪切速率动阻力越大，粘度随剪切速率的增加而增大的增加而增大9/23/202427石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院第二节第二节 钻井液流变参数的测量与调控钻井液流变参数的测量与调控 钻井液的流变性能除塑性粘度、动切力、钻井液的流变性能除塑性粘度、动切力、静切力、流性指数和稠度系数外，还包括漏斗静切力、流性指数和稠度系数外，还包括漏斗粘度、表观粘度、剪切稀释性、动塑比和触变粘度、表观粘度、剪切稀释性、动塑比和触变性等9/23/202428石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院一、钻井液常用的流变参数及其调控方法一、钻井液常用的流变参数及其调控方法1.1.漏斗粘度漏斗粘度 在钻井过程中，钻井液漏斗粘度需在钻井过程中，钻井液漏斗粘度需要经常测定。

由于测定方法简便，可直要经常测定由于测定方法简便，可直观反映钻井液粘度的大小漏斗粘度计观反映钻井液粘度的大小漏斗粘度计的外观如图的外观如图3-73-7所示漏斗粘度与其它流漏斗粘度与其它流变参数的测定方法不同其它流变参数变参数的测定方法不同其它流变参数一般使用按一般使用按APIAPI标准设计的旋转粘度计，标准设计的旋转粘度计，在某一固定的剪切速率下进行测定，而在某一固定的剪切速率下进行测定，而漏斗粘度使用一种特制的漏斗粘度计来漏斗粘度使用一种特制的漏斗粘度计来测量 9/23/202429石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 记录的时间为漏斗粘度，单位为记录的时间为漏斗粘度，单位为s s 漏斗粘度只能用来判别在钻井作业期间各个阶段漏斗粘度只能用来判别在钻井作业期间各个阶段粘度变化的趋向，不能说明钻井液粘度变化的原因，粘度变化的趋向，不能说明钻井液粘度变化的原因，也不能作为对钻井液进行处理的依据也不能作为对钻井液进行处理的依据9/23/202430石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院2 2、塑性粘度和动切力、塑性粘度和动切力 塑性粘度是塑性流体的性质，不随剪切速率而变塑性粘度是塑性流体的性质，不随剪切速率而变化。

化塑性粘度反映了在层流情况下，钻井液中网架结塑性粘度反映了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮的固相颗粒之间、构的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱 9/23/202431石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院影响塑性粘度的因素主要有：影响塑性粘度的因素主要有： (1)(1)钻井液中的固相含量钻井液中的固相含量是影响塑性粘度的主要因素一般情是影响塑性粘度的主要因素一般情况下，随着钻井液固体颗粒逐渐增多，颗粒的总表面积不断增大，况下，随着钻井液固体颗粒逐渐增多，颗粒的总表面积不断增大，颗粒间的内摩擦力增加颗粒间的内摩擦力增加 (2)(2)钻钻井井液液中中粘粘土土的的分分散散程程度度当当粘粘土土含含量量相相同同时时，，分分散散度度越越高，塑性粘度越大高，塑性粘度越大3)(3)高高分分子子聚聚合合物物处处理理剂剂钻钻井井液液中中加加入入高高分分子子聚聚合合物物处处理理剂剂提提高高液液相相粘粘度度，，增增大大塑塑性性粘粘度度高高分分子子聚聚合合物物处处理理剂剂浓浓度度越越高高，，塑性粘度越高；相对分子质量越大，塑性粘度越高。

塑性粘度越高；相对分子质量越大，塑性粘度越高9/23/202432石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院动切力动切力 动切力动切力( (屈服值屈服值) )是塑性流体流变曲线中的直线段在是塑性流体流变曲线中的直线段在ττ轴上的截距动切力反映钻井液在层流流动时，粘土轴上的截距动切力反映钻井液在层流流动时，粘土颗粒之间及高分子聚合物分子之间相互作用力的大小，颗粒之间及高分子聚合物分子之间相互作用力的大小，即形成空间网架结构能力的强弱影响钻井液形成结构即形成空间网架结构能力的强弱影响钻井液形成结构的因素，影响动切力值的因素，影响动切力值 τsτ09/23/202433石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院影响动切力的因素主要有影响动切力的因素主要有 （（1 1））粘土矿物的类型和浓度粘土矿物的类型和浓度在常见的粘土矿物中，在常见的粘土矿物中，蒙脱石最容易水化膨胀和分散、并形成网架结构随着蒙脱石最容易水化膨胀和分散、并形成网架结构随着钻井液中蒙脱石浓度增加，塑性粘度上升比较缓慢，动钻井液中蒙脱石浓度增加，塑性粘度上升比较缓慢，动切力上升很快高岭石和伊利石等粘土矿物对动切力的切力上升很快。

高岭石和伊利石等粘土矿物对动切力的影响较小钻井液需要提高动切力时，可选用膨润土影响较小钻井液需要提高动切力时，可选用膨润土 9/23/202434石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院（（2 2））电解质：电解质：在钻井过程中无机电解质的侵入均会引在钻井过程中无机电解质的侵入均会引起钻井液絮凝程度增加，增加动切力起钻井液絮凝程度增加，增加动切力 （（3 3））降粘剂：降粘剂：大多数降粘剂都是吸附在粘土端面，大多数降粘剂都是吸附在粘土端面，使粘土带有一定的负电荷，拆散网架结构，降低动切使粘土带有一定的负电荷，拆散网架结构，降低动切力9/23/202435石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院宾汉流变模式参数调整宾汉流变模式参数调整 （（1 1）降低塑性粘度：）降低塑性粘度：通过合理使用固控设备、加水通过合理使用固控设备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减少固相含量稀释或化学絮凝等方法，尽量减少固相含量 （（2 2）提高）提高塑性粘度塑性粘度：：应用低造浆粘土配浆，加入加应用低造浆粘土配浆，加入加重剂、混油、提高重剂、混油、提高PHPH值、加入高分子聚合物等。

值、加入高分子聚合物等 9/23/202436石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院（（3 3））降低动切力降低动切力：最有效的方法加入：最有效的方法加入降粘剂降粘剂，若，若由钙镁离子侵入，可加入沉淀剂，除去钙镁离子由钙镁离子侵入，可加入沉淀剂，除去钙镁离子4 4））提高动切力提高动切力：： 可加入预水化膨润土浆，或增可加入预水化膨润土浆，或增大高分聚合物的加量对于钙处理钻井液或盐水钻井大高分聚合物的加量对于钙处理钻井液或盐水钻井液，可通过适当增加钙钠离子浓度液，可通过适当增加钙钠离子浓度9/23/202437石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院3.3.流性指数和稠度系数流性指数和稠度系数由幂律方程，假塑性流体的表现粘度表示为：由幂律方程，假塑性流体的表现粘度表示为： 流型指数流型指数n n表示假塑性流体在一定剪切速率范围内表示假塑性流体在一定剪切速率范围内所表现出的非牛顿性的程度钻井液的所表现出的非牛顿性的程度钻井液的n n值一般均小于值一般均小于1 1n n值越小，表示钻井液的值越小，表示钻井液的非牛顿性越强非牛顿性越强流性指数流性指数是一个无因次量。

在钻井液设计中，一般希望有较低是一个无因次量在钻井液设计中，一般希望有较低的的n n值，确保钻井液具有良好的剪切稀释性能值，确保钻井液具有良好的剪切稀释性能9/23/202438石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 K K值与钻井液的粘度、切力值与钻井液的粘度、切力联系在一起联系在一起K K值值与流体在剪切与流体在剪切速率为速率为s s-1-1时的粘度有关时的粘度有关 K K值越大，粘度越高，一般值越大，粘度越高，一般将将K K值称为稠度系数对于钻井值称为稠度系数对于钻井液，液，K K值反映可泵性值反映可泵性K K值过大，值过大，造成重新开泵困难造成重新开泵困难K K值过小，值过小，对携岩不利对携岩不利 K K值的单位为值的单位为PaPa·s sn n 9/23/202439石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 影响影响K K值的主要因素：受体系中固含和液相粘度值的主要因素：受体系中固含和液相粘度的影响，同时也受结构强度的影响当固体含量或的影响，同时也受结构强度的影响当固体含量或聚合物处理剂的浓度增大时，聚合物处理剂的浓度增大时，K K值相应增大；值相应增大； 降低降低K K值类似于降低钻井液的值类似于降低钻井液的粘度，有利于提高粘度，有利于提高钻速；提高钻速；提高K K值类似于增大钻井液的值类似于增大钻井液的粘度，有利于清粘度，有利于清洁井眼和消除井塌引起的井下复杂情况。

洁井眼和消除井塌引起的井下复杂情况9/23/202440石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 影响影响n n值主要因素：主要受形成网架结构因素的影值主要因素：主要受形成网架结构因素的影响一般降低响一般降低n n值有利于携带岩屑、清洁井眼降低值有利于携带岩屑、清洁井眼降低n n值值类似于降低钻井液的粘度，有利于提高钻速类似于降低钻井液的粘度，有利于提高钻速降低降低n n值值常用的方法：常用的方法： 1 1、加入、加入XCXC生物聚合物等流性改进剂；生物聚合物等流性改进剂； 2 2、在盐水钻井液中添加预水化膨润土在盐水钻井液中添加预水化膨润土 3 3、适当增加无机盐的含量；、适当增加无机盐的含量； 方法方法2 2、、3 3往往对钻井液稳定性造成影响并不是最往往对钻井液稳定性造成影响并不是最好的方法，优先考虑选用适合体系的聚合物处理剂降低好的方法，优先考虑选用适合体系的聚合物处理剂降低n n值9/23/202441石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院调节调节K K值常用的方法：值常用的方法： 降低降低K K值最有效的方法是通过加强固相控制或加水值最有效的方法是通过加强固相控制或加水稀释以降低钻井液中的固相含量。

稀释以降低钻井液中的固相含量 适当提高适当提高K K值，可添加适量聚合物处理剂，或将预水值，可添加适量聚合物处理剂，或将预水化膨润土加入盐水钻井液或钙处理钻井液中化膨润土加入盐水钻井液或钙处理钻井液中( (K K值提高，值提高，n n值下降值下降) )；也可加入重晶石粉等惰性固体物质；也可加入重晶石粉等惰性固体物质( (K K值提高，值提高，n n值基本不变值基本不变) )9/23/202442石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院4.4.表观粘度与剪切稀释表观粘度与剪切稀释 表观粘度又称为有效粘度，是在某一剪切速率下，表观粘度又称为有效粘度，是在某一剪切速率下，剪切应力与剪切速率的比值，即剪切应力与剪切速率的比值，即式中，式中，μμa a表示表观粘度当表示表观粘度当ττ和和γγ的单位分别为的单位分别为PaPa和和s s-1-1时，时， μμa a的单位为的单位为mPamPa·s s塑性流体的表观粘度可表示为：塑性流体的表观粘度可表示为：由幂律方程，假塑性流体的表观粘度表示为：由幂律方程，假塑性流体的表观粘度表示为： 9/23/202443石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性称为剪切稀释性，例如在钻头水的增加而降低的特性称为剪切稀释性，例如在钻头水眼处，剪切速率高达眼处，剪切速率高达1000010000～～100000s100000s-1-1，钻井液变得，钻井液变得很稀；在环形空间，当剪切速率为很稀；在环形空间，当剪切速率为5050～～250s250s-1-1，钻井，钻井液变得比较稠。

剪切稀释特性是一种优质钻井液必须液变得比较稠剪切稀释特性是一种优质钻井液必须具备的性能，充分发挥钻头的水马力，有利于提高钻具备的性能，充分发挥钻头的水马力，有利于提高钻速，在环形空间能很好地携带钻屑表观粘度随剪切速，在环形空间能很好地携带钻屑表观粘度随剪切速率增加而降低的幅度越大，剪切稀释性越强速率增加而降低的幅度越大，剪切稀释性越强 9/23/202444石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 塑性流体的表观粘度等于塑性粘度与由动塑性流体的表观粘度等于塑性粘度与由动切力和剪切速率所决定的那部分粘度切力和剪切速率所决定的那部分粘度(τ(τ0 0／／γγ）之和，表观粘度是流体在流动过程中所表）之和，表观粘度是流体在流动过程中所表现出的总粘度对于钻井液来，既包括流体内现出的总粘度对于钻井液来，既包括流体内部内摩擦作用所引起的粘度，又包括粘土部内摩擦作用所引起的粘度，又包括粘土- -颗粒颗粒之间及高分子聚合物分子之间形成空间网架结之间及高分子聚合物分子之间形成空间网架结构所引起的粘度构所引起的粘度9/23/202445石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 在有的文献中，将后一种粘度在有的文献中，将后一种粘度(τ(τ0 0／／γγ）称为结）称为结构粘度。

塑性粘度不随剪切速率而变化；随着剪切速构粘度塑性粘度不随剪切速率而变化；随着剪切速率增加，结构粘度不断减小，当剪切速率达到很高数率增加，结构粘度不断减小，当剪切速率达到很高数值值( (如钻头水眼处）时，结构粘度趋近于零有的文献如钻头水眼处）时，结构粘度趋近于零有的文献指出、塑性粘度是剪切速率极高时的表观粘度指出、塑性粘度是剪切速率极高时的表观粘度 9/23/202446石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 在钻井液工艺中，常用动切力与塑性粘度的比值在钻井液工艺中，常用动切力与塑性粘度的比值( (简简称动塑比称动塑比) )表示剪切稀释性的强弱表示剪切稀释性的强弱ττ0 0／／μμp p越大，剪切越大，剪切稀释性越强为能够在高剪率下破岩和在低剪率下携带稀释性越强为能够在高剪率下破岩和在低剪率下携带岩屑，要求钻井液具有较高的动塑比根据现场经验和岩屑，要求钻井液具有较高的动塑比根据现场经验和平板型层流核直径径的有关计算，一般情况下将动塑比平板型层流核直径径的有关计算，一般情况下将动塑比控制在控制在0.360.36～～0.48(Pa0.48(Pa／／mPa·smPa·s）是比较适宜的。

是比较适宜的 9/23/202447石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 用幂律模式表征钻井液的流变性，用幂律模式表征钻井液的流变性，n n的大小反映的大小反映剪切稀释性的强弱剪切稀释性的强弱n n＝＝1 1，，μμa a=K=K，此时的表观粘度，此时的表观粘度是一个与剪切速率无关的常数，此时的流体为牛顿流是一个与剪切速率无关的常数，此时的流体为牛顿流体从图3-93-9看出，随流性指数看出，随流性指数n n逐渐减小，流体的流逐渐减小，流体的流动性偏离牛顿流体越来越远，动性偏离牛顿流体越来越远，μμa a随剪切速率增加而随剪切速率增加而降低的幅度不断增大，剪切稀释性趋于增强为保证降低的幅度不断增大，剪切稀释性趋于增强为保证钻井液能有效地携带岩屑，钻井液能有效地携带岩屑，n n值保持在值保持在0.40.4～～0.70.7 9/23/202448石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院9/23/202449石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 1 1、一般钻井液中表观粘度中塑性粘度所占的比重比、一般钻井液中表观粘度中塑性粘度所占的比重比结构粘度大。

结构粘度大 2 2、表观粘度相同的钻井液，由于动塑比不相同，当、表观粘度相同的钻井液，由于动塑比不相同，当流速梯度改变时，表观粘度不相同表观粘度相同而具流速梯度改变时，表观粘度不相同表观粘度相同而具有不同动塑比的钻井液，在实际井眼的各个部位粘度是有不同动塑比的钻井液，在实际井眼的各个部位粘度是不相同的不相同的 3 3、动塑比越大，剪切稀释性能越强，有利于高压喷、动塑比越大，剪切稀释性能越强，有利于高压喷射钻井，同时低流速时，有利于携岩射钻井，同时低流速时，有利于携岩9/23/202450石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院5.5.切力和触变性切力和触变性 钻井液的触变性：是指搅拌后钻井液变稀（切力下降），钻井液的触变性：是指搅拌后钻井液变稀（切力下降），静止后钻井液变稠（切力升高）的这种特性静止后钻井液变稠（切力升高）的这种特性一般用终切与初一般用终切与初切之差相对表示钻井液触变性的强弱切之差相对表示钻井液触变性的强弱 切力为静切应力，实质为胶凝强度，即静止时空间网架结切力为静切应力，实质为胶凝强度，即静止时空间网架结构的强度物理意义是，破坏钻井液内部单位面积上的结构所构的强度。

物理意义是，破坏钻井液内部单位面积上的结构所需的剪切力，单位为需的剪切力，单位为PaPaττs s是静切应力的极限值结构强度的是静切应力的极限值结构强度的大小与时间有关，要想测大小与时间有关，要想测ττs s ，花费相当长的时间在生产现场，花费相当长的时间在生产现场测定不现实，规定用初切力和终切力来表示静切力的相对值测定不现实，规定用初切力和终切力来表示静切力的相对值9/23/202451石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院初切力初切力：钻井液在经过充分搅拌后，静止：钻井液在经过充分搅拌后，静止1 1分钟或分钟或1010秒钟后测得的静切力为初切力秒钟后测得的静切力为初切力终切力终切力：钻井液经过充分搅拌后，静止：钻井液经过充分搅拌后，静止1010分钟后测分钟后测得的静切力为终切力得的静切力为终切力触变性的机理：触变性的机理：触变体系一般存在空间网架结构触变体系一般存在空间网架结构在剪切作用下，结构被搅散，结构恢复过程需要一定的在剪切作用下，结构被搅散，结构恢复过程需要一定的时间来完成恢复结构所需的时间和最终的凝胶强度时间来完成恢复结构所需的时间和最终的凝胶强度( (切力切力) )的大小，反映某种流体触变性的强弱。

的大小，反映某种流体触变性的强弱9/23/202452石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院钻井液对触变性的要求：钻井液对触变性的要求：①①结构恢复要快（有利钻屑悬浮，防止沉砂）结构恢复要快（有利钻屑悬浮，防止沉砂）②②最终切力要适当（防止开泵阻力大，压力激动）最终切力要适当（防止开泵阻力大，压力激动）钻井液触变性的衡量标志：钻井液触变性的衡量标志： ① ①恢复结构的速度（即时间）恢复结构的速度（即时间） ② ②最终结构的强度（即最终切力的大小）最终结构的强度（即最终切力的大小）9/23/202453石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 在对几种膨润土钻井液的触变性进行试验以后，在对几种膨润土钻井液的触变性进行试验以后，可归纳出四种典型的情况，如图可归纳出四种典型的情况，如图3-103-10所示图中的曲所示图中的曲线线l l代表恢复结构所需的时间较短，最终切力相当高的代表恢复结构所需的时间较短，最终切力相当高的情况．称做较快的强胶凝；曲线情况．称做较快的强胶凝；曲线2 2代表较慢的强胶凝；代表较慢的强胶凝；曲线曲线3 3代表恢复构时间较短而最终切力也较小的情况、代表恢复构时间较短而最终切力也较小的情况、称做较快的弱胶凝；曲线称做较快的弱胶凝；曲线4 4代表慢的弱胶凝。

代表慢的弱胶凝 9/23/202454石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院较快的强胶较快的强胶凝凝较慢的较慢的强胶强胶凝凝较快的较快的弱胶凝弱胶凝较慢的较慢的弱胶凝弱胶凝9/23/202455石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院影响钻井液静切力的主要因素：影响钻井液静切力的主要因素： 粘土矿物的类型、含量及分散度；所选用的聚合物粘土矿物的类型、含量及分散度；所选用的聚合物处理剂及其浓度；无机电解质及其浓度等静切力调处理剂及其浓度；无机电解质及其浓度等静切力调控方法与动切力的调控方法基本一致控方法与动切力的调控方法基本一致1 1）降低静切力：）降低静切力：最有效的方法加入降粘剂，若由最有效的方法加入降粘剂，若由钙镁离子侵入，可加入沉淀剂，除去钙镁离子钙镁离子侵入，可加入沉淀剂，除去钙镁离子2 2）提高静切力：）提高静切力： 可加入预水化膨润土浆，或增可加入预水化膨润土浆，或增大高分子聚合物的加量对于钙处理钻井液或盐水钻大高分子聚合物的加量对于钙处理钻井液或盐水钻井液，可通过适当增加钙钠离子浓度井液，可通过适当增加钙钠离子浓度9/23/202456石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院二、流变参数的测量与计算二、流变参数的测量与计算1.1.旋转粘度计的构造及工作原理旋转粘度计的构造及工作原理 旋转粘度计由电动机、恒速装置、旋转粘度计由电动机、恒速装置、变速装置、测量装置和支架箱体等五部分变速装置、测量装置和支架箱体等五部分组成。

恒速装制和变速装置合称旋转部分恒速装制和变速装置合称旋转部分在旋转部件上固定一个在旋转部件上固定一个外筒外筒，即外筒旋转即外筒旋转测量装置由测量弹簧部件、刻度盘和内筒测量装置由测量弹簧部件、刻度盘和内筒组成内筒通过扭簧固定在机体上、扭簧组成内筒通过扭簧固定在机体上、扭簧上附有刻度盘，如图上附有刻度盘，如图3-113-11所示通常将所示通常将外外筒筒称为转子，称为转子，内筒内筒称为悬锤称为悬锤9/23/202457石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院旋转粘度计旋转粘度计旋转粘度计旋转粘度计旋转粘度计旋转粘度计常用仪器：常用仪器：常用仪器：常用仪器：常用仪器：常用仪器：Fan-35SAFan-35SAFan-35SAFan-35SAFan-35SAFan-35SA型旋转粘度计型旋转粘度计型旋转粘度计型旋转粘度计型旋转粘度计型旋转粘度计9/23/202458石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 六速粘度计的六种转速和与之相对应的剪切速率如六速粘度计的六种转速和与之相对应的剪切速率如下：下：600 r600 r／／min(1022smin(1022s-1-1) )、、300 r300 r／／min(511smin(511s-1-1) )、、200 200 r r／／min(340.7smin(340.7s-1-1) )、、100 r100 r／／min(170.3smin(170.3s-1-1) )、、6 r6 r／／min(10.22smin(10.22s-1-1) )和和3r3r／／min(5.11smin(5.11s-1-1) )。

对于抗高温深井钻井液，还需测定井下高温高压条对于抗高温深井钻井液，还需测定井下高温高压条件下的流变性能研制生产专门的仪器件下的流变性能研制生产专门的仪器, ,常用的有常用的有Fann Fann 50c50c型和型和RcoChan 7400RcoChan 7400型高温高压流变仪等型高温高压流变仪等 9/23/202459石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院2 2．表观粘度的测量与计算．表观粘度的测量与计算 可将任意剪切速率可将任意剪切速率( (或转子的转速或转子的转速) )下测得的刻度下测得的刻度盘读数换算成表观粘度、常用的六种转速的换算系数盘读数换算成表观粘度、常用的六种转速的换算系数见表见表3-13-19/23/202460石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 例如，在例如，在300 r300 r／／minmin时测得刻度盘读数为时测得刻度盘读数为36,36,则该则该剪切速率下的表观粘度等于剪切速率下的表观粘度等于36x1.036x1.0＝＝36(mPa·s)36(mPa·s)；若；若在在6r6r／／minmin时测仍刻度盘读数为时测仍刻度盘读数为4.54.5，则该剪切速率下，则该剪切速率下的表现粘度等于的表现粘度等于4.5×504.5×50＝＝225(mPa.s)225(mPa.s)。

在评价钻井液的性能时，如果没有特别注某一剪切在评价钻井液的性能时，如果没有特别注某一剪切速率，一般是指测定速率，一般是指测定600 r600 r／／minmin时的表观粘度时的表观粘度，即，即9/23/202461石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院3 3．宾汉塑性流体流变参数的测量与计算．宾汉塑性流体流变参数的测量与计算 由测得的由测得的600 r600 r／／minmin和和300 r300 r／／minmin的刻度盘读数，的刻度盘读数，可分别利用以下两式求得塑性粘度和动切力可分别利用以下两式求得塑性粘度和动切力 η’η’ =ф =ф600600/2 mPa.s/2 mPa.s ηs = ηs =фф600600 -ф -ф300 300 mPa.smPa.s τ τ0 0 = 0.511= 0.511 ( (фф300300- - ηs) Paηs) Pa 塑性粘度的单位为塑性粘度的单位为mPa·s,mPa·s,动切力的单位为动切力的单位为PaPa。

9/23/202462石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院宾汉塑性流体的静切力用以下方法测得：宾汉塑性流体的静切力用以下方法测得： 将经充分搅拌的钻井液静置将经充分搅拌的钻井液静置10s(10s(或或1min)1min)，在，在3r3r／／minmin的剪率下读取刻度盘的最大偏转值；再重新搅拌的剪率下读取刻度盘的最大偏转值；再重新搅拌钻井液，静置钻井液，静置10 min10 min后重复上述步骤并读取最大偏转后重复上述步骤并读取最大偏转值最后进行以下计算值最后进行以下计算: :9/23/202463石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院4 4．假塑性流体流变参数的测量与计算．假塑性流体流变参数的测量与计算 由测得的由测得的600 r600 r／／minmin和和300 r300 r／／minmin的刻度盘读数，的刻度盘读数，可分别利用以下两式求得幂律模式的两个流变参数，即可分别利用以下两式求得幂律模式的两个流变参数，即流性指数流性指数(n)(n)和稠度系数和稠度系数(K)(K)：： n = 3.322 lg(n = 3.322 lg(фф600 600 /ф/ф300300) ) K = 0.511ф K = 0.511ф300300 /511 /511n n PaPa··s sn n9/23/202464石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 例例3-1 3-1 使用使用Fann 35AFann 35A型旋转粘度计，测得某种钻型旋转粘度计，测得某种钻井液的井液的θ600θ600＝＝38,θ30038,θ300＝＝2828，试求该钻井液的表观粘，试求该钻井液的表观粘度、塑性粘度、动切力、流性指数和稠度系数。

度、塑性粘度、动切力、流性指数和稠度系数 解：将测得的刻度盘读数分别代入有关公式，可求得：解：将测得的刻度盘读数分别代入有关公式，可求得：9/23/202465石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 使用使用θ600θ600和和θ300θ300计算的计算的n n、、K K 值，对应的剪切值，对应的剪切速率与钻井液在钻杆内的流动情况大致相当，称为中速率与钻井液在钻杆内的流动情况大致相当，称为中等剪切速率条件下的等剪切速率条件下的n n、、K K值环形空间的值环形空间的n n、、K K值直接值直接影响钻井液悬浮和携带钻屑的能力，是计算环空压降影响钻井液悬浮和携带钻屑的能力，是计算环空压降和判别流型的重要参数在实际应用中，有必要分段和判别流型的重要参数在实际应用中，有必要分段计算这两个参数介绍如何用计算法解决环形空间的计算这两个参数介绍如何用计算法解决环形空间的n n、、K K值值9/23/202466石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 转速分别为转速分别为200200、、100 r100 r／／minmin和和6 6、、3r3r／／minmin，计算，计算式为：式为：9/23/202467石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院例例3-2 3-2 用用Fann 35AFann 35A型旋转粘度计测得某钻井液在型旋转粘度计测得某钻井液在600600、、300300、、200200、、100100、、6 6和和3r3r／／minmin的刻度盘读数分别为的刻度盘读数分别为3838、、2828、、2222、、1717、、5 5．．5 5和和4 4．．5 5，试分成三组计算钻井液的流性指数和稠度系数。

试分成三组计算钻井液的流性指数和稠度系数 解；第一组转速为解；第一组转速为600600、、300r300r／／minmin，在例，在例3-13-1中已求得中已求得n n1 1＝＝0.440.44，，K K1 1＝＝0.92Pa·s0.92Pa·sn n 第二、三组的钻速分别为第二、三组的钻速分别为200200、、100 r100 r／／minmin、和、和6 6、、3r3r／／minmin，求得其，求得其n n、、K K值 9/23/202468石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院三、卡森流变模式三、卡森流变模式1 1．卡森方程及其参数的物理意义．卡森方程及其参数的物理意义 宾汉和幂律模式是广泛应用于钻井液的两个流变模宾汉和幂律模式是广泛应用于钻井液的两个流变模式宾汉和幂律模式在实际应用中存在着一定的局限式宾汉和幂律模式在实际应用中存在着一定的局限性，不能较好地描述钻井液在高剪切速率下的流变性性，不能较好地描述钻井液在高剪切速率下的流变性能，提出了卡森模式。

卡森模式在低剪切区和中剪切能，提出了卡森模式卡森模式在低剪切区和中剪切区有较好的精确度，可以利用低、中剪切区的测定结区有较好的精确度，可以利用低、中剪切区的测定结果预测高剪切速率下的流变特性果预测高剪切速率下的流变特性 9/23/202469石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 该式又称为卡森方程将式中每一项分别除以该式又称为卡森方程将式中每一项分别除以γγ1/21/2，可得卡森模式的另一表达式：，可得卡森模式的另一表达式：9/23/202470石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院9/23/202471石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院卡森方程中两个流变参数的物理意义和影响因素：卡森方程中两个流变参数的物理意义和影响因素： 卡森动切力卡森动切力ττc c表示钻井液内可供拆散的网架结构强度表示钻井液内可供拆散的网架结构强度,τ,τc c是流体开始流动时的极限动切力，是流体开始流动时的极限动切力，ττc c大小反映钻井液携带与悬大小反映钻井液携带与悬浮钻屑的能力浮钻屑的能力 能够影响胶体体系电化学性质的物质能够影响胶体体系电化学性质的物质( (如降粘剂、电解质、如降粘剂、电解质、絮凝剂等絮凝剂等) )、体系中的固相含量以及外界条件、体系中的固相含量以及外界条件( (如温度、压力如温度、压力) )等等都可能影响都可能影响ττc c 。

高固相含量钻井液的高固相含量钻井液的ττc c值一般较高值一般较高, ,加入降粘加入降粘剂和清水可以降低剂和清水可以降低ττc c ，加入适量电解质和絮凝剂可以提高，加入适量电解质和絮凝剂可以提高ττc c值一般低于宾汉动切力值一般低于宾汉动切力ττ0 0 ，与初始静切力较为接近与初始静切力较为接近 9/23/202472石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 极限高剪切粘度极限高剪切粘度ηη 简称为高剪粘度表示钻井简称为高剪粘度表示钻井液体系中内摩擦作用的强度，常用来近似表示钻井液液体系中内摩擦作用的强度，常用来近似表示钻井液在钻头喷嘴处紊流状态下的流动阻力在钻头喷嘴处紊流状态下的流动阻力ηη 在数值上在数值上等于剪切速率为无穷大时的有效粘度等于剪切速率为无穷大时的有效粘度9/23/202473石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 ηη 的大小是流体中固相颗粒之间、固相颗粒与的大小是流体中固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及液相内部的内摩擦作用强度的综合体液相之间以及液相内部的内摩擦作用强度的综合体现固相类型、含量、分散度和液相粘度等对现。

固相类型、含量、分散度和液相粘度等对ηη 产产生影响，生影响，ηη 类似于宾汉模式中的塑性粘度，类似于宾汉模式中的塑性粘度，ηη 比比塑性粘度小降低塑性粘度小降低ηη  有利于降低高剪切速率下的压有利于降低高剪切速率下的压力降，提高钻头水马力，有利于从钻头切削面上及力降，提高钻头水马力，有利于从钻头切削面上及时地排除岩屑，提高机械钻速时地排除岩屑，提高机械钻速9/23/202474石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 卡森模式的另一特性参数是卡森模式的另一特性参数是剪切稀释系数剪切稀释系数I Im m, I, Im m可可用下式求得用下式求得 I Im m为无因次量，用于表示钻井液剪切稀释性的相为无因次量，用于表示钻井液剪切稀释性的相对强弱实际上它是转速为对强弱实际上它是转速为l rl r／／minmin时的有效粘度时的有效粘度ηη1 1与与ηη 的比值I Im m越大，剪切稀释性越强分散钻越大，剪切稀释性越强分散钻井液的井液的I Im m一般小于一般小于200200，不分散聚合物钻井液和适度，不分散聚合物钻井液和适度絮凝的抑制性钻井液的絮凝的抑制性钻井液的I Im m值常在值常在300300～～600600之间。

之间I Im m过过大会使泵压升高，造成开泵困难大会使泵压升高，造成开泵困难 9/23/202475石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院2 2．卡森流变参数的测量与计算．卡森流变参数的测量与计算 ηη 1/21/2 = 1.195 = 1.195  ( (фф6006001/21/2 – ф – ф1001001/21/2) (mPa.s)) (mPa.s)1/21/2 τc τc1/21/2 = 0.493 = 0.493 [(6[(6фф100100) )1/2 1/2 - ф- ф6006001/21/2 ] Pa] Pa1/21/2例例3-3 3-3 密度为密度为1.22g/cm1.22g/cm3 3的某种分散钻井液，用的某种分散钻井液，用Fann 35AFann 35A型旋型旋转粘度计测得其转粘度计测得其θ600=76θ600=76，，θ100θ100＝＝25.525.5，试计算该钻井液的卡，试计算该钻井液的卡森模式参数森模式参数ττc c和和ηη  9/23/202476石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院四、赫谢尔四、赫谢尔——巴尔克莱三参数流变模式巴尔克莱三参数流变模式（自学）（自学）9/23/202477石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院第三节第三节 钻井液流变性能与钻井工程的关系钻井液流变性能与钻井工程的关系 钻井液流变性能与钻井工程的关系钻井液流变性能与钻井工程的关系 主要体现在下列几个方面：主要体现在下列几个方面：  影响钻井速度；影响钻井速度；  影响环空携带岩屑能力；影响环空携带岩屑能力；  影响井壁稳定；影响井壁稳定；  影响岩屑和加重物质的悬浮；影响岩屑和加重物质的悬浮；  影响井内压力激动；影响井内压力激动；  影响钻进泵压和排量；影响钻进泵压和排量；  影响固井质量。

影响固井质量889/23/202478石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院一一 钻井液流变性与井眼净化的关系钻井液流变性与井眼净化的关系 钻井液的主要功用之一清洗井底并将岩屑携带到地钻井液的主要功用之一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，特别是流变性水力参数外，还取决于钻井液的性能，特别是流变性能岩屑的清除分为两个过程，一是岩屑被冲离井底，能岩屑的清除分为两个过程，一是岩屑被冲离井底，二是岩屑从环形空间被携至地面只讨论钻井液携带二是岩屑从环形空间被携至地面只讨论钻井液携带岩屑的问题主要介绍三种流型携带岩屑原理：层流岩屑的问题主要介绍三种流型携带岩屑原理：层流携带岩屑原理、紊流携带岩屑原理以及平板形层流的携带岩屑原理、紊流携带岩屑原理以及平板形层流的实现9/23/202479石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院1.1.层流携带岩屑的原理层流携带岩屑的原理 一方面钻井液携带岩屑颗粒向上运动，另一方面一方面钻井液携带岩屑颗粒向上运动，另一方面岩屑颗粒由于重力作用向下滑落。

在环形空间里，钻岩屑颗粒由于重力作用向下滑落在环形空间里，钻井液携带岩屑颗粒向上运动的速度取决于流体的上返井液携带岩屑颗粒向上运动的速度取决于流体的上返速度与颗粒自身滑落速度二者之差速度与颗粒自身滑落速度二者之差上式两边同除以上式两边同除以v vf f得得9/23/202480石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 通常用通常用V Vp p/V/Vf f表示井筒的净化效率提高净化效率表示井筒的净化效率提高净化效率的途径是：的途径是：1 1、提高钻井液在环空的上返速度；、提高钻井液在环空的上返速度；2 2、降、降低岩屑的滑落速度综合考虑钻井的成本和效益，上低岩屑的滑落速度综合考虑钻井的成本和效益，上返速度不能大幅度提高尽量降低岩屑的返速度不能大幅度提高尽量降低岩屑的滑落滑落速度对速度对携岩至关重要岩屑的滑落速度除与岩屑尺寸、岩屑携岩至关重要岩屑的滑落速度除与岩屑尺寸、岩屑密度、钻井液密度和流态等因素有关，与钻井液的有密度、钻井液密度和流态等因素有关，与钻井液的有效粘度成反比效粘度成反比9/23/202481石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院层流时岩屑受力情况：层流时岩屑受力情况：9/23/202482石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 层流时钻井液的流速剖面为一抛物线，中心线处流速最大，层流时钻井液的流速剖面为一抛物线，中心线处流速最大，两侧流速逐渐降低，靠近井壁或钻杆壁处的速度为零。

片状岩两侧流速逐渐降低，靠近井壁或钻杆壁处的速度为零片状岩屑在上升过程中各点受力是不均匀的、中间处流速高、作用力屑在上升过程中各点受力是不均匀的、中间处流速高、作用力大；靠近两侧流速低、作用力小大；靠近两侧流速低、作用力小F F4 4＞＞F F2 2、、F F3 3＞＞F F1 1，致使有一个，致使有一个力矩作用在岩屑上，使岩屑翻转侧立，向环空两侧运移有的力矩作用在岩屑上，使岩屑翻转侧立，向环空两侧运移有的岩屑贴在井壁上形成厚的岩屑贴在井壁上形成厚的““假泥饼假泥饼””，有的向下滑移由于两，有的向下滑移由于两侧液面的阻力，岩屑下滑至一定距离后又会进入流速较高的中侧液面的阻力，岩屑下滑至一定距离后又会进入流速较高的中心部位而向上运移心部位而向上运移 9/23/202483石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 岩屑的这种转动现象对携岩是不利的延长了钻岩屑的这种转动现象对携岩是不利的延长了钻屑从井底返至地面的时间，容易使一些出岩屑返不出屑从井底返至地面的时间，容易使一些出岩屑返不出地面，造成起钻遇卡、下钻遇阻、下钻下不到井底等地面，造成起钻遇卡、下钻遇阻、下钻下不到井底等复杂情况。

岩屑翻转现象与岩屑的形状有关，当岩屑复杂情况岩屑翻转现象与岩屑的形状有关，当岩屑厚度与其直径之比小于厚度与其直径之比小于0.30.3或大于或大于0.80.8时会出现转动，时会出现转动，此范围之外的岩屑将会比较顺利地携带出来钻柱转此范围之外的岩屑将会比较顺利地携带出来钻柱转动有利于层流携带岩屑，钻柱转动改变层流时液流的动有利于层流携带岩屑，钻柱转动改变层流时液流的速度分布状况，靠近钻柱表面的液流速度加大，岩屑速度分布状况，靠近钻柱表面的液流速度加大，岩屑螺旋形上升螺旋形上升9/23/202484石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院片状岩屑在层流时上片状岩屑在层流时上升的情况升的情况( (钻柱不转动）钻柱不转动）片状岩屑在层流时上片状岩屑在层流时上升的情况升的情况( (钻柱转动）钻柱转动）9/23/202485石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院2.2.紊流携带岩屑的原理紊流携带岩屑的原理 钻井液在作紊流流动时，岩屑不存在钻井液在作紊流流动时，岩屑不存在转动和滑落现象，几乎全部都能携带到地转动和滑落现象，几乎全部都能携带到地面上来，环形空间里的岩屑比较少。

但是面上来，环形空间里的岩屑比较少但是紊流携岩也有一些缺点，主要表现在：紊流携岩也有一些缺点，主要表现在： (1)(1)岩屑在紊流时的滑落速度比在层流时岩屑在紊流时的滑落速度比在层流时大，要求钻井液的上返速度高，泵的排量大，要求钻井液的上返速度高，泵的排量大受到泵压和泵功率的限制，特别是当大受到泵压和泵功率的限制，特别是当井眼尺寸较大、井较深以及钻井液粘度、井眼尺寸较大、井较深以及钻井液粘度、切力较高时，更加难以实现切力较高时，更加难以实现 9/23/202486石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 (2)(2)沿程压降与流速的平方成正比，功率损失与流速沿程压降与流速的平方成正比，功率损失与流速的立方成正比用紊流携岩还会使钻头的水马力降低，的立方成正比用紊流携岩还会使钻头的水马力降低，不利于喷射钻井不利于喷射钻井 (3)(3)紊流时的高流速对井壁冲蚀严重，不能很好地形紊流时的高流速对井壁冲蚀严重，不能很好地形成泥饼，容易引起易塌地层井壁垮塌成泥饼，容易引起易塌地层井壁垮塌 紊流携岩受到各种条件的限制，不是随便可以采紊流携岩受到各种条件的限制，不是随便可以采用的。

用的9/23/202487石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院3.3.平板形层流的实现平板形层流的实现 关键在于如何消除岩屑转动现象造成岩屑转动关键在于如何消除岩屑转动现象造成岩屑转动的原因是层流时过水断面上的尖峰型流速分布，解决的原因是层流时过水断面上的尖峰型流速分布，解决途径是设法改变层流时过水断面尖峰途径是设法改变层流时过水断面尖峰型型流速分布，用流速分布，用平板型层流来代替尖峰型层流平板型层流来代替尖峰型层流液流周围呈层流流动液流周围呈层流流动状态，中央是一个速度面较为平齐的等速核，即流核状态，中央是一个速度面较为平齐的等速核，即流核9/23/202488石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院9/23/202489石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 塑性流体层流时流核直径可由下式计算：塑性流体层流时流核直径可由下式计算：9/23/202490石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 在一定尺寸的环形空间里，流动剖面平板在一定尺寸的环形空间里，流动剖面平板化的程度（流核直径的大小）与动塑比和上返速化的程度（流核直径的大小）与动塑比和上返速度有关。

其中动塑比影响更大，动塑比越高，平度有关其中动塑比影响更大，动塑比越高，平板化程度越大图板化程度越大图3-193-19说明动塑比对钻井液在环说明动塑比对钻井液在环形空间流态的影响形空间流态的影响9/23/202491石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 通过调节钻井液的流变性能，增大动塑比可使钻井通过调节钻井液的流变性能，增大动塑比可使钻井液的流核尺寸增大，从尖峰型层流转变为平板型层流液的流核尺寸增大，从尖峰型层流转变为平板型层流如果钻井液按假塑性流型来考虑，还可得到环形空间流如果钻井液按假塑性流型来考虑，还可得到环形空间流态与钻井液流性指数态与钻井液流性指数n n之间的关系，如图之间的关系，如图3-203-20所示减小小n n值如同提高动塑比可使环空液流逐渐转变为平板型值如同提高动塑比可使环空液流逐渐转变为平板型层流 9/23/202492石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院9/23/202493石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 相对于尖峰型层流和紊流来说，平板型层流具有相对于尖峰型层流和紊流来说，平板型层流具有以下特点：以下特点： (1)(1)可实现用环空返速度较低的钻井液有效地携可实现用环空返速度较低的钻井液有效地携带岩屑。

带岩屑现场经验表明，在多数情况下，环空返速保现场经验表明，在多数情况下，环空返速保持在持在0.50.5～～0.6m/s0.6m/s可满足携岩的要求能使泵压保持在可满足携岩的要求能使泵压保持在合理范围，又能够降低钻井液在钻柱内和环空的压力合理范围，又能够降低钻井液在钻柱内和环空的压力损失，使水力功率得到充分、合理的利用损失，使水力功率得到充分、合理的利用 9/23/202494石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院(2)(2)解决了低粘度钻井液能有效携岩的问题，为普通推解决了低粘度钻井液能有效携岩的问题，为普通推广使用低固相不分散聚合物钻井液提供流变学上的依据广使用低固相不分散聚合物钻井液提供流变学上的依据尽管粘度较低，只要保证动塑比较高，使环空液流处于尽管粘度较低，只要保证动塑比较高，使环空液流处于平板型层流状态、再加上具有一定的环空返速平板型层流状态、再加上具有一定的环空返速, ,在一般在一般情况下能有效地携岩，保持井眼清洁情况下能有效地携岩，保持井眼清洁 9/23/202495石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院(3)(3)避免了钻井液处于紊流状态叫对井壁的冲蚀。

有利避免了钻井液处于紊流状态叫对井壁的冲蚀有利于保持井壁稳定于保持井壁稳定 钻井液的动塑比保持在钻井液的动塑比保持在0.360.36～～0.48Pa0.48Pa／／(mPa·s(mPa·s））或或n n值保持在值保持在0.40.4～～0.70.7时是比较适宜的，动塑比过小会时是比较适宜的，动塑比过小会导致尖峰型层流；动塑比过大，导致尖峰型层流；动塑比过大，ττ0 0值的增大引起泵压值的增大引起泵压显著升高显著升高n n值的适宜范围定为值的适宜范围定为0.40.4～～0.70.7，也是同样的，也是同样的道理为减小岩屑的滑落速度，钻井液的有效粘度不能道理为减小岩屑的滑落速度，钻井液的有效粘度不能太低对于低固相聚合物钻井液，将塑性粘度保持在太低对于低固相聚合物钻井液，将塑性粘度保持在6 6～～12mPa·s12mPa·s是较为适宜的是较为适宜的 9/23/202496石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 为了使动塑比达到为了使动塑比达到0.360.36～～0.48Pa0.48Pa／／( (mPamPa·s s））要求，要求，常采取以下措施和方法：常采取以下措施和方法： (1)(1)选用选用XCXC生物聚合物、生物聚合物、HECHEC、、PHPPHP和和FA367FA367等高分等高分子聚合物作为主处理剂。

子聚合物作为主处理剂并保持足够的浓度体系所形并保持足够的浓度体系所形成的结构使成的结构使ττ0 0值增大，钻井液的液相粘度也会相应有值增大，钻井液的液相粘度也会相应有所增加所增加( (塑性粘度同时有所增大塑性粘度同时有所增大) )，但，但ττ0 0值的增幅往往值的增幅往往要大很多，有利于要大很多，有利于提高提高动塑比 9/23/202497石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院(2)(2)通过有效地使用固控设备通过有效地使用固控设备除去钻井液中的无用固除去钻井液中的无用固相，降低固体颗粒浓度降低塑性粘度、提高动塑比相，降低固体颗粒浓度降低塑性粘度、提高动塑比 (3)(3)在保证钻井液性能稳定的情况下，通过适量地加入在保证钻井液性能稳定的情况下，通过适量地加入石灰、石膏、氯化钙和食盐等电解质，增强体系中固体石灰、石膏、氯化钙和食盐等电解质，增强体系中固体颗粒形成网架结构的能力。

颗粒形成网架结构的能力 9/23/202498石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 提高动塑比主要是为了解决岩屑转动问题，同时可提高动塑比主要是为了解决岩屑转动问题，同时可增强钻井液的剪切稀释性能但如果遇到井下情况比较增强钻井液的剪切稀释性能但如果遇到井下情况比较复杂或出现井塌时，还是需要适当提高钻井液的有效粘复杂或出现井塌时，还是需要适当提高钻井液的有效粘度并加大排量，才能有效地降低岩屑滑落速度，提高钻度并加大排量，才能有效地降低岩屑滑落速度，提高钻井液环空返速，提高岩屑的净上升速度小井液环空返速，提高岩屑的净上升速度小 9/23/202499石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 通过控制动塑比使环空液流处于平板形层流的方通过控制动塑比使环空液流处于平板形层流的方法只适用于层流状态，动切力和塑性粘度是反映钻井法只适用于层流状态，动切力和塑性粘度是反映钻井液在层流流动时的流变参数如果环空液流处于紊流液在层流流动时的流变参数。

如果环空液流处于紊流状态时，应首先考虑通过降低环空返速或同时提高粘状态时，应首先考虑通过降低环空返速或同时提高粘度、切力，使钻井液从紊流状态转变为层流状态，然度、切力，使钻井液从紊流状态转变为层流状态，然后再考虑如何通过控制动塑比转变为平板型层流后再考虑如何通过控制动塑比转变为平板型层流9/23/2024100石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院二、钻井液流变性与井壁稳定的关系二、钻井液流变性与井壁稳定的关系 　　　　紊流时液流质点的运动方向是紊乱的和无规则的，紊流时液流质点的运动方向是紊乱的和无规则的，而且流速高，具有较大的动能而且流速高，具有较大的动能紊流对井壁有较强的紊流对井壁有较强的冲蚀作用，容易引起易冲蚀作用，容易引起易塌塌地层垮塌，不利于井壁稳定地层垮塌，不利于井壁稳定在钻井液循环时在钻井液循环时, ,一般应保持在层流状态，尽量避免出一般应保持在层流状态，尽量避免出现紊流对于非牛顿流体，一般采用综合雷诺数现紊流对于非牛顿流体，一般采用综合雷诺数ReRe来来判别流态将钻井液作为塑性流体考虑，当综合雷诺判别流态将钻井液作为塑性流体考虑，当综合雷诺数数ReRe＞＞20002000时为紊流。

按时为紊流按ReRe＝＝20002000，，即可推导出计算即可推导出计算临界返速的公式临界返速的公式9/23/2024101石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院　　计算出临界返速之后，可对钻井液的流态进行判断　　计算出临界返速之后，可对钻井液的流态进行判断实际环空返速大于临界返速为紊流，反之为层流实际环空返速大于临界返速为紊流，反之为层流9/23/2024102石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院　　　　临界返速很大程度上受钻井液的密度、塑性粘度和动切力临界返速很大程度上受钻井液的密度、塑性粘度和动切力的影响以三种不同密度的钻井液为例，计算结果表明，随着钻的影响以三种不同密度的钻井液为例，计算结果表明，随着钻井液密度、塑性粘度和动切力的减小，临界流速明显降低，更容井液密度、塑性粘度和动切力的减小，临界流速明显降低，更容易形成紊流在调整钻井液流变参数和确定环空易形成紊流在调整钻井液流变参数和确定环空返速返速时，既要考时，既要考虑携岩问题，又要考虑到钻井虑携岩问题，又要考虑到钻井液液的流态，的流态，保持保持井壁稳定井壁稳定9/23/2024103石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院三、钻井液流变性与悬浮岩屑、加重剂的关系三、钻井液流变性与悬浮岩屑、加重剂的关系　　　钻进过程中，钻井液会多次停止循环。

要求钻井液　钻进过程中，钻井液会多次停止循环要求钻井液体系内能迅速形成空间网架结构，体系内能迅速形成空间网架结构，悬浮悬浮岩屑和加重剂，岩屑和加重剂，或以很小的速度下沉，开泵时泵压不能上升太高，以或以很小的速度下沉，开泵时泵压不能上升太高，以防憋漏地层防憋漏地层钻井液的静切力和触变性是钻井液的静切力和触变性是提供悬浮能提供悬浮能力的决定因素力的决定因素　　　9/23/2024104石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 悬浮岩屑和加重剂所需要的静切力近似计算：悬浮岩屑和加重剂所需要的静切力近似计算： 假设岩屑和加重剂颗粒为球形，根据它们的重力假设岩屑和加重剂颗粒为球形，根据它们的重力与钻井液对它们的浮力和竖向切力相平衡的关系，得与钻井液对它们的浮力和竖向切力相平衡的关系，得到公式为：到公式为：9/23/2024105石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院需要的静切力为：需要的静切力为： 配制的加重钻井液必须具备一定的切力，重晶石配制的加重钻井液必须具备一定的切力，重晶石的粒度不应过大钻井液还应具有良好的触变性。

循的粒度不应过大钻井液还应具有良好的触变性循环停止时，钻井液应很快达到一定的切力值，有利悬环停止时，钻井液应很快达到一定的切力值，有利悬浮岩屑和重晶石浮岩屑和重晶石 9/23/2024106石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院四、四、 钻井液流变性与井内液柱压力激动的关系钻井液流变性与井内液柱压力激动的关系 　　 井内液柱压力激动：是指在起下钻和钻进过程井内液柱压力激动：是指在起下钻和钻进过程中，由于钻中，由于钻柱柱上下运动、泥浆泵开动等原因，使得上下运动、泥浆泵开动等原因，使得井内液柱压力发生突然变化井内液柱压力发生突然变化( (升高或降低升高或降低) )，给井内，给井内增加一个附加压力增加一个附加压力( (正值或负值正值或负值) )的现象9/23/2024107石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院　　　　1.1.起下钻时的压力激动：起下钻时的压力激动： 钻钻柱柱有有一一定定的的体体积积，，当当钻钻柱柱入入井井时时，，井井内内钻钻井井液液向向上上流流动动；；起起出出钻钻柱柱时时，，井井内内钻钻井井液液向向下下流流动动填填补补钻钻柱柱内内所所占占的的空空间间。

钻钻井井液液向向上上或或向向下下流流动动，，都都要要给给予予一一定定的的压压力力克克服服沿沿程程损损失失这这个个压压力力是是由由于于起起下下钻钻所所引引起起的的，，作作用用于于井井内内钻钻井井液液、、使使钻钻井井液液能能够够流流动动；；同同时时通通过过井井内内液液柱柱作作用用于于井井壁壁和和井井底底，，这这种种突突然然给给予予井井内内的的附附加加压压力力是起下钻引起的压力激动是起下钻引起的压力激动9/23/2024108石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 下下钻钻时时压压力力激激动动力力正正值值，，起起钻钻时时为为负负值值起起下下钻钻压压力力激激动动值值的的大大小小主主要要取取决决于于起起下下钻钻速速度度、、井井深深、、井井眼眼尺尺寸寸、、钻钻头头喷喷嘴嘴尺尺寸寸和和钻钻井井液液的的流流变变参参数数( (主主要要是是粘度、切力和触变性粘度、切力和触变性) )9/23/2024109石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院　　2.2.开泵时的压力激动开泵时的压力激动 钻井液具有触变性，停止循环后，钻井液处于静止钻井液具有触变性，停止循环后，钻井液处于静止状态，凝胶强度增加，切力升高，开泵泵压将超过正状态，凝胶强度增加，切力升高，开泵泵压将超过正常循环时所需要的压力，造成压力激动。

开泵时使用常循环时所需要的压力，造成压力激动开泵时使用的排量越大，所造成压力激动的值越高的排量越大，所造成压力激动的值越高9/23/2024110石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院 当钻井液开始流动后，结构逐渐被破坏，当钻井液开始流动后，结构逐渐被破坏，泵压逐渐下降随着排量的增大，结构的破坏泵压逐渐下降随着排量的增大，结构的破坏与恢复达到平衡，这时泵压处于比较稳定的工与恢复达到平衡，这时泵压处于比较稳定的工作泵压值作泵压值 开泵时压力激动的值与井眼和钻具尺寸大开泵时压力激动的值与井眼和钻具尺寸大小、井深、钻井液切力和触变性、开泵时的操小、井深、钻井液切力和触变性、开泵时的操作等因素有关有时因井底沉砂也会使压力激作等因素有关有时因井底沉砂也会使压力激动加剧9/23/2024111石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院　　　压力激动对钻井是有害的，破坏了井内液柱压力与　压力激动对钻井是有害的，破坏了井内液柱压力与地层压力之间的平衡，破坏井壁与井内液柱之间的相地层压力之间的平衡，破坏井壁与井内液柱之间的相对稳定，容易引起井漏、井喷或井塌。

影响压力激动对稳定，容易引起井漏、井喷或井塌影响压力激动与钻井液的粘度、切力密切相关与钻井液的粘度、切力密切相关　　　钻遇高压地层、容易漏失地层或容易坍塌地层时，　钻遇高压地层、容易漏失地层或容易坍塌地层时，一定要控制好钻井液的流变性，在起下钻和开泵的操一定要控制好钻井液的流变性，在起下钻和开泵的操作上不宜过猛，开泵之前最好先活动钻具，防止压力作上不宜过猛，开泵之前最好先活动钻具，防止压力激动引起的各种井下复杂情况激动引起的各种井下复杂情况9/23/2024112石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院五、钻井液流变性与提高钻速的关系五、钻井液流变性与提高钻速的关系　　 钻井液的流变性是影响机械钻速的一个重要因素，钻井液的流变性是影响机械钻速的一个重要因素，主要表现为钻头喷嘴处的紊流流动阻力对钻速的影响主要表现为钻头喷嘴处的紊流流动阻力对钻速的影响 钻井液具有剪切稀释作用，在钻头喷嘴处的流速极钻井液具有剪切稀释作用，在钻头喷嘴处的流速极高，一般在高，一般在150m/s150m/s以上，剪切速率达到以上，剪切速率达到10000s10000s－－1 1以上在高的剪切速率下，紊流流动阻力很小，液流对井底冲在高的剪切速率下，紊流流动阻力很小，液流对井底冲击力增强，更容易渗入钻头冲击井底岩层时所形成的微击力增强，更容易渗入钻头冲击井底岩层时所形成的微裂缝。

有利于减小岩屑的压持效应和井底岩石的可钻强裂缝有利于减小岩屑的压持效应和井底岩石的可钻强度，有利于提高钻速度，有利于提高钻速9/23/2024113石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院　　 钻井液塑性粘度高、动塑比小，一般情况下喷嘴钻井液塑性粘度高、动塑比小，一般情况下喷嘴处的紊流流动阻力会比较大，降低和减缓钻头对外底处的紊流流动阻力会比较大，降低和减缓钻头对外底的冲击和切削作用，的冲击和切削作用，降低降低钻速　　　　 使用剪切稀释性强的优质钻井液，如低固相不分使用剪切稀释性强的优质钻井液，如低固相不分散聚合物钻井液，降低钻头喷嘴处的紊流流动阻力，散聚合物钻井液，降低钻头喷嘴处的紊流流动阻力，提高机械钻速提高机械钻速 钻井液的钻井液的粘度粘度接近于清水粘度，机械接近于清水粘度，机械钻速钻速最大最大9/23/2024114。