鑽井液流變性(rheologicalproperties of DF)是在外力作用下,鑽井液流動和變形的特性。如鑽井液的塑性粘度、動切力、表觀粘度、有效粘度、靜切力和觸變性等性能都屬流變性參數。
泥漿的流變性對鑽井的影響
影響攜帶巖屑,保證井底清潔。
影響懸浮巖屑與重晶石
影響機械鑽速–
影響井眼規則和井下安全。
剪切應力與剪切速率
剪切速率(shear rate):在垂直於流動方向上單位距離內流速的增量(dv/dx)。
剪切應力(shear stress):液體流動過程中,單位面積上抵抗流動的內摩擦力。
流體的基本流型
牛頓流體:剪切應力與剪切速率成正比。塑性流體:賓漢流體,適合於水基鑽井液體系。假塑性流體:冪律流體,適合於高分子聚合物體系膨脹流體
常用流變參數
粘度(viscosity)
定義:鑽井液流動時,固體顆粒之間、固體顆粒與液體之間、以及液體分子之間的內摩擦的總反映。–影響泥漿粘度的基本因素•粘土含量(含量大,粘度大)•土粒的分散度(增加塑性粘度)•土粒的聚結穩定狀況或絮凝強度(結構粘度)•高分子處理劑的性質、分子量和濃度。
漏鬥粘度
定義:用漏鬥粘度計測得的一定體積流體(700ml)流出500ml所經歷的時間。單位為秒。漏鬥粘度與泥漿的塑性粘度、屈服值、以及儀器的尺寸和形狀有關。
結構粘度
定義:分散相顆粒之間的相互作用或空間網架結構給流動增加的摩擦力,與泥漿的屈服值(t0)緊密相關。
剪切稀釋性–
定義:表觀粘度隨剪切速率增大而降低的現象–對於賓漢流體,h塑越低,t0越高,即t0/h塑比值越大,剪切稀釋能力越高。
在實際鑽井井眼的各個部位處(如鑽杆內、鑽頭水眼處、環空等),其剪切速率各不相同,導致各處的有效粘度各不相同。t0/h塑比值大者,剪切稀釋能力強,有利於高壓噴射鑽井;同時在低剪切速率下會顯著增稠,有利於帶砂。
靜切力、動切力
鑽井液的切力是指靜切力,其膠體化學的實質是凝膠強度,凝膠強度取決於單位體積中結構鏈環的數目和單個鏈環的強度。鑽井液的動切力:反映層流流動時,粘土顆粒之間及高聚物分子之間的相互作用力(形成空間網架結構的能力)。
觸變性(thixotropy)–
定義:攪拌後泥漿變稀(切力降低),靜置後泥漿變稠(切力升高)的特性。–表示方法:觸變性的表示:10秒鐘切力(初切)、10分終切力(終切)–鑽井工藝要求鑽井液具有良好的觸變性,在泥漿停止循環時,切力能較快地增大到某個適當的數值,即有利於鑽屑的懸浮,又不致於靜置後開泵泵壓過高。
流變參數的調整
降低PV:通過合理使用固控設備、加水稀釋或化學絮凝等方法,儘量減小固相含量。
提高PV:加入低造漿率的粘土、混入原油;增加聚合物的濃度使鑽井液的濾液粘度提高。
降低YP:加入適合於本體系的降粘劑,以拆散鑽井液中已形成的網架結構。如果是因為Ca2+、Mg2+的絮凝作用,可使其沉澱減弱因鈣鎂離子形成的結構。
提高YP:可加入預水化膨潤土或增大聚合物的加量,對於鈣處理或其它鹽水鑽井液,可適當增加Ca2+、Na+濃度。
降低n值:增加鑽井液中高分子量聚合物和無機鹽的含量,以及將預水化膨潤土加入鹽水鑽井液體系,均可使n值降低。
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