一个新的钻井液流变模型
石
油学报
1999年7月
ACT A PET ROLEI SINICA
第20卷 第4期
文章编号:0253-2697(1999)04-0078-82
一个新的钻井液流变模型
林柏亨
(广州带钢总厂)
摘要:钻井液流变曲线的一般特点,是有一弯曲段及一与 轴成一定角度的近似直线段。据此特点,文中提出了一个新
的流变模型: = s + p (1+!/ )1/2。新的流变方程中有三个独立参数:静切应力 s ,塑性粘度 p 及剪切稀释系数!。试验比较了几个现有的方程,结果表明,新方程的剩余标准差最小,预报精度最高。新方程不但描述了塑性流体的流变性,还可描述多种其他流体的流变性。当 s =0时,描述假塑性流体;当!=0时,描述宾汉流体;当 s =0,!=0时,描述牛顿流体。新方程还有一显著的特点,即当 足够大时,新方程变得与滨汉方程相同。证明了宾汉方程只适用于中、高剪切区的实践经验。
主题词:钻井液;流变性;流变模型;数学模型
1 前 言
在钻井过程中,钻井液的流变性影响钻速、泵压、排量、岩屑的携带与悬浮及固井质量等,直接关系到钻井的速度、质量和成本。因此,控制钻井液的流变性非常重要。而要正确控制钻井液的流变性,一个好的流变模型有很大的作用。描述钻井液的流变性,起初用宾汉(Bingham)模型,后来又多用幂律模型。但由于这两个
模型存在明显的缺陷,又用了不少新的模型。那么,怎样的数学模型才能更准确地描述钻井液的流变性呢?为了更清晰地考察这一问题,从钻井液流变曲线的一般特点谈起,提出一个新的、预报精度更高的钻井液流变模型。
2 钻井液流变曲线的一般特点
一般认为钻井液有一定的结构,是一种塑性流体,其典型的流变曲线见图1。 图1 塑性流体的流变曲线 F ig.1 Flow cur v e of plastic fluid
静切应力(或称凝胶强度) s ,动切应力(或称宾汉屈服值) 0,塑性粘度 p 都是控制钻井液流变性的重要参数。实践发现,用以衡量钻井液剪切稀释效应的动塑比 0/ p 是更为重要的参数。对于极限动
切应力
m 则一般注意较少。描述钻井液流变性的数学模型,应能反映上述钻井液流变曲线
的一般特点。其最显著的特征是:有一弯曲段及一与 轴成一定角度的近似直线段。
3 现行的一些流变模型
描述钻井液的数学模型有多个。其中,宾汉模型 = 0+ p 是直
线;幂律模型 =k n 是过原点的幂函数曲线;带屈服值的幂律模型 = s +k n
是与 轴交于 s 点的幂函数曲
林柏亨,男,1947年6月生。1982年毕业于中山大学。现为广州带钢总厂彩板技术顾问,工程师。通讯处:广州市中山一路梅花村32号之
—202房。邮政编码:510080。
线;双曲模型 = s +a /(1+b )
[1,2]是等边双曲线,它有一渐近线与 轴平行,而另一渐近线与 轴垂直;卡森
模型 1/2
= 1/2
c + 1/2
∝ 1/2
或 1/2
= 1/2
∝+ 1/2
c -濎 [3]
是抛物线。
显然,宾汉模型和双曲模型与前述一般钻井液流变曲线的特征存在较大的差距,而带屈服值的幕律模型及卡森模型则较为接近。
4 新模型的提出
根据双曲线的特征,它具备了全面反映一般钻井液流变曲线特征的可能性(图2)。图中双曲线的粗线部分表示钻井液的流变曲线。流变曲线的直线部分,可用双曲线中接近渐近线的那部分来描述,
甚至可看作与渐近
图2 新模型的提出
Fig.2 Der iv atio n o f the new mo del
线重合。此双曲线的标准方程为
( +a )2
a 2-( - s )2
b
2=1(1)
它的半实轴为a ,半虚轴为b ,斜率为正的那条渐近线为 =(
s +b )+(b /a )
。可知,若钻井液流变曲线的直线部分看作与渐近线重合,则渐近线的斜率b /a 即为流变曲线直线部分的斜率,所以 p =b /a 。由P 点的坐标知静切应力为 s ,由Q 点的坐标知动切应力为 0= s +b 。整理式(1)得 = s +b /a 1+2a
1
2
令b /a = p ,2?=!得
= s + p 1+!
1
2
(2)
这就是本文提出的新的数学模型。模型有三个独立参数,由独立参数还可组合出一些很有用的参数。由以上的分析可知各参数的物理意义。(1) s 为静切应力或称凝胶强度(Pa )。(2) p 为塑性粘度(Pa ?s )。(3)!为本模型特有的参数,可定义为剪切稀释系数(s -1)。物理意义:通常以动塑比 0/ p 来表示剪切稀释效应,现把 0= s +b , p =b /a ,a =
!
2代入 0/ p 得 0/ p =( s +b )/b /a = s +b 2b
?!。即 0/ p 与!成正比,比例系数为( s +b )/2b ,这说明了!与通常的 0/ p 间的密切关系。若再分析一下比例系数( s +b )/2b 还可发现:由于 s 一般较小,因此( s +b )/2b ≈
12。所以一般有 0/ p ≈!2。而当流体为假塑型时, s =0,此时 0/ p =!
2。(4)由于 s + p !2
= s +b /a ?2a /2= s +b = 0。可以把独立参数组合起来,得第四个参数:动切应力 0(Pa)。式(2)不但描述了塑性流体的流变性,还可描述其他流体的流变性,而且还揭示了各种流体间的关系。当 s =0时描述假塑性流体 = p 1+!
1
2
(3)当!=0时描述宾汉流体
= s + p
(4)式中 s 即宾汉方程中的动切应力 0。
当!=0,
s =0时描述牛顿流体 = p
(5)
式中 p 即为牛顿流体的粘度。
此外,当 较大时 = s + p 1+! 1
2≈ s + p 1+!2 = s + p !2+ p
= 0+ p 。 即 = 0+ p 。这就是宾汉方程。由此证明了宾汉方程只适用于中、高剪切区的实践经验。至于 的最小值要多大时,才可用宾汉方程描述钻井液的流变性,则要考虑所需的精度。如果要求相对误差在2%以内,则当 ≥2!时,可用宾汉方程描述钻井液的流变性。!值的大小反映了流变曲线由弯曲段变为直线段所需的最低剪切速率的大小。
这不但证明了用 0/
p 表示剪切稀释效应的合理性,而且还进一步简明了它的物理意义。如前所述,一般79
第4期一个新的钻井液流变模型
( 0/ p )≈12
!,所以 0/ p 值约为流变曲线由弯曲段变为直线段所需最低剪切速率的1/4。
新模型还指出了极限动切应力 m 与剪切稀释系数!的密切关系。如上所述,若要求相对误差在2%以内,则 =2!时的剪切应力就是极限动切应力 m 。此时, m = s + p ?2!1+
!2!
12
≈ s +2.45 p !。
(5) s +2.45 p !,这就是极限动切应力 m (Pa )。
5 新模型的实验验证
5.1 实 验
用的是西德RHEOT EST 2旋转粘度计,U 型管。5.1.1 钻井液
表1 试验用的钻井液
Table 1 Drilling fluids used in tests
钻井
液号密度
(kg /m 3)高岭土
(g /1000ml )处理剂(g /1000ml )
说 明
175(S PU(11))[4]275(S PU (11))含盐20%
3 1.05575(S PU (1))
4 1.06075(S PU (1))[4]180℃处理12h
5 1.04175(C M C )6
1.045
7
5(HPAM )
所用钻井液见表1。5.1.2 测试
测试前把钻井液高速搅拌10～20min,然后用旋转粘度计测定各挡读数,用U 型管测定静切应力。方程式为
s =Dhr 4l
(6)
式中 s 为静切应力(Pa );D 为U 型管的直径(m );h 为液面高度差(m );r 为液体的重度(N ?m -3);l 为液柱长(m )。5.2 数据及作图
用旋转粘度计及U 型管测得的数据列于表2。为了检验数学模型与实测流变曲线的相关程度,为了便于比较,同时用几种模型进行处理,用最小二乘法分别求出各模型的流变参数(表3)。对于每种钻井液,在同一图中同时绘出各模型曲线及实测点(以1号及6号钻井液为例,分别见图3及图4)。此外,还可用新模中的独立参数,简单地组合出 0、 m 及动塑比
0/ p (表4)表2 钻井液的测定数据
Table 2 Measuring data of the drilling fluids
剪切速率 (s -1)剪切应力 (Pa)123456剪切速率 (s -1)剪切应力 (Pa)123456 0 0
0 0
0.4620
0.2505.400.330.621 1.219.000.560.3270.719 1.8616.200.720.4910.9160.262 2.5227.000.070.950.687 1.010.458 3.6648.600.33 1.18 1.11 1.240.981 5.2381.000.49 1.41 1.37 1.54 1.57 6.54121.5
0.85 1.83
1.64
1.64
2.398.01
145.80.98 1.93 1.80 1.80 2.888.89218.7 1.34 2.52 2.13 2.09 4.1910.8243.0 1.67 2.62 2.45 2.32 4.7411.7364.5 2.09 3.34 2.88 2.91 6.5114.1437.4 2.45 3.86 3.14 3.277.7215.7656.0 3.27 4.94 3.92 4.1511.019.3729.0 3.76 5.23 4.19 4.3211.920.61312
5.89
7.95
5.89
6.25
20.2
28.4
80
石 油 学 报第20卷
图3 1号钻井液的流变曲线及各模型曲线
Fig.3 F lo w cur ve o f No.1dr illing fluid co mpa red with o ther cur ves made fr o m diff er ent mo
dels
图4 6号钻井液的流变曲线及各模型曲线
Fig.4 F lo w cur ve of N o.6dr illing fluid co mpar ed with
o ther curv es made fr om differ ent models
表3 各模型的流变参数
Table3 Rheological parameters of dif ferent models
模型参数
参 数 值
123456
新
模
型
卡森模型
带屈服值的幂律模型
双曲模型 s0 0 0 0.46 0 0.250
p0.004440.004180.002510.003630.001540.00143
!1661438311078576.42003
1
2
c
0.1290.5500.6070.7370.151 1.28
1
2
∝
0.06640.06580.05410.05000.1230.123
s0000.46200.250
k0.004680.1240.1080.06730.02000.444
1.030.5680.5600.6130.9800.578
s0000.46200.250
a0.01200.05870.03840.03140.01640.189
b0.005230.01640.01200.01250.0008210.0129
表4 用新模型的独立参数组合出的参数
Table4 Parameters derived f rom the new
model's individual parameters
参数
参 数 值
123456
0 0.369 3.01 3.90 1.89 0.588 14.6
m 1.8114.719.17.44 2.8870.4
0/p83.1720155052138.21020
5.3 试验结果
(1)对试验用的六种钻井液,在低、中剪切速
率区范围内,新模型、卡森模型及带屈服值的幂律
模型的曲线,与实测点都很接近。
(2)为了能定量地比较各模型曲线的相关程
度,分别求出各模型的剩余标准差s(表5),由剩
余标准差可知,新模型的预报精度很高,卡森模型
和带屈服值的幂律模型也不错。而对于这六种钻井液,双曲模型基本不适用。81
第4期一个新的钻井液流变模型
表5 剩余标准差(s)
Table5 The residual standard deviations(s)
模 型
剩余标准差(s)
123456平均值新模型0.1840.06900.09700.1070.1570.7080.253卡森模型0.2910.2340.2770.09510.384 1.560.462带屈服值的幂律模型0.5980.2100.1070.1200.8410.7100.431双曲模型 1.58 1.440.990 1.15 3.65 4.87 2.28
6 小 结
1.本文提出的新模型 = s+p 1+!
1
2
不但概括了牛顿流体及多种非牛顿流体,且以宾汉方程为其特
例。因此,新模型还解决了某些流型转变的问题。
2.新模型表明,只有在 足够大时,钻井液流变曲线才由曲线段进入直线段,才可用宾汉方程描述其流变性,从而证明了宾汉方程只适用于中、高剪切区的实践经验。
3.新模型中的三个独立参数,以及由它们组合起来的参数都有清晰的物理意义。!是本模型特有的参数,它揭示了通常以 0/p表示钻井液剪切稀释效应的物理意义。!的大小还决定了可用宾汉方程描述钻井液流变性的最低剪切速率的大小。
4.经初步的验证比较表明,新模型的剩余标准差很小,预报精度很高,取得满意的结果。
参考文献
[1] 白家祉.带屈服值的假塑性流体的双曲模式方程与压降计算式.石油学报,1980,2(1):27～64.
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[4] 谢志明,黄玉惠,李卓美.一种新的耐盐处理剂-SPU.石油学报,1983,2(3):85～93.
(本文收到日期1997-08-27 修订日期1998-02-26 编辑 张君娥)
82石 油 学 报第20卷
Key words :mercury inject ion curv e;integr al theor y ;double hump distr ibutio n of intrusiv e;no n-ra ndom pr oper ty;mechanics
pr oper ty confining pressur e state “eagle-mo uth model ”
PETROLEUM ENGINEERING
A PP LI CA T ION O F N O N -L IN EAR FEM T O T HE A NA L Y SIS OF DR IL L ST RIN G IN HORI ZON T AL W EEL S ACTA 1999,20(4):69～73.
Guo Yo ngfeng (Petroleum T echnology Serv ice ,China N ational Of f shore Oil Corp oration )
T his paper applies t he no n-linear finite element metho d to the pr edict ion of the to rque o f the dr ill str ing and the drilling di-rection of t he bit .T wo no n -linear pro blems are tackled ,o ne being the larg e defo rmat ion of the string ,the ot her the co nt act be-tw een t he str ing and the w all of the wellbo re.A gr oup o f equatio ns ar e derived by the non-linear analysis of the dr ill string ,and
the cor responding calculation softw ar e based o n these equatio ns ar e dev elo ped .T he w or k o f t his paper has been successfully ap-plied to the drilling pr actice in Weizhou,South China Sea ,w here N aiha i W est O il Co.,China N at ional O ffsho re Oil Co rpor a-tio n,dr illed 5wells using the technique of this paper.
Key words :ho rizo nt al w ell;dr ill str ing for ce ;frictio n fo rce;tor que;no n-linear;FEM ;predictio n;computer ;softw ar e REL A Y L IF T T ECHN O L OG Y O F JET PU M P A ND SU CKER ROD PU M P ACTA 1999,20(4):74～77.Zhou M ingqing et al.(Shengli P etr oleum A dministr ation )
T he r elay lift technolog y o f hy dr aulic jet pump and sucker ro d pump has been studied.T he pr inciple of t he techno lo gy is that the cashing r ever se cir culatio n jet pump lifts w ell fluid fr om the oil reser vo ir to so me height wher e t he sucker ro d pump lift s the fluid to t he gr ound co ntimuo usly .T he m ethods of t echnolo gy design ,jet pump paramet er matching desig n and asso ciatio n design of t he t wo pumps ar e described in t his paper.T he techno lo gy wa s t est ed by Zhuang 52-10w ell in Sheng li Oilfield.T he
set depths o f t he sucker r od pump and t he jet pump ar e 1650m ,2250m respectiv ely ,and relay lift heig ht is 600.As a r esult ,t he difference betw een the max imum and minimum beam unit lo ad is smaller than befor e,and t he max imum beam unit load is re-duced g r eatly ,and daily oil pr o ductio n of the w ell increased .T he t est indicates t hat t he relay lift techno lo g y can impro ve the test indicates that the r elay lift technolog y cam im pr ov e the wo rking conditio ns o f the swabbing sy stem and effectively incr eased.Key words :deep w ell;jet pump;sucker ro d pump;patter n;ar tificial lift ;techno log y design;field test A NEW RHEO LO G ICAL M O DEL FO R D RIL L IN G F L U IDS ACTA 1999,20(4):78～82.L in Baiheng (Guangz hou Steel S tr ip W or ks )
A commo n feature for the flo w cur ves o f drilling fluids is t ha t,t here is one bending sectio n w ith o ne similar stra ight line
sect ion w hich r elat ed an ang le to ax is .A ccor ding t o this feature ,a new r heo lo gical model : = s + #
(1+!/ )1/2w as pr oposed by the autho r.In which,there ar e three indiv idua l par ameters:gel streng th s ,plastic visco sity #a nd shea r thinnig coefficient !
.W hen co mpar ing the new equat ion w ith o thers by using the ex per imental r esults ,it is found that equat ion ex hibits minimum residual st andar d deviatio n hav ing the highest pr edicatio n accuracy.T his new equa tio n can describe the r heo lo g y of not o nly t he
plastic fluid but also many other fluids .When s =0,it descr ibes the pseudo plastic fluid ;w hen !=0,the Bing ham ′s fluid ,and
w hile =0and !=0,the N ew to nian fluid.Besides,the new equatio n has an o ut sta nding feature that w hen the shar e rat e in-cr eased t o a v alue hig h eno ugh ,the new equat ion becomes the same a s the Bingham ′s .T his pr ov ed ag ain t hat the Bing ham ′s e-quation can o nly be a pplied t o the inter mediate and high shear r ate r anges.Key words :drilling fluid;r heolog y ;rheo lo gical mo del;mat hem atical model
DESIG N A N D A N A LY SIS O F L A Y IN G F OR SU BM AR IN E PIP ELI NE AC TA 1999,20(4):83～87.Guo Yanlin et al.(Sichuan Petr oleum D esign I nstitute )
Ba sed on brief analyzing pr esent conditions o f submar ine pipeline lay ing and co nst ructio n,lo ad and defor mation of sea-floo r
5
第4期 石 油 学 报
钻井液常规计算公式
钻井液常用计算 一、水力参数计算：(p196-199) 1、地面管汇压耗： Psur=C×MW×(Q/100)1.86×C1 Psur---地面管汇压耗，Mpa（psi）； C----地面管汇的摩阻系数； MW----井内钻井液密度，g/cm3(ppg); Q----排量，l/s(gal/min); C1----与单位有关的系数，当采用法定法量单位时，C1＝9.818；当采用英制单位时，C1＝1； ①钻具内钻井液的平均流速： V1=C2×Q/2.448×d2 V1-------钻具内钻井液的平均流速，m/s(ft/s)； Q-------排量，l/s(gal/min); d-------钻具内径，mm(in)； C2------与单位有关的系数。当采用法定计量单位时，C2＝3117采用英制单位时，C2＝1。 ②钻具内钻井液的临界流速 V1c=(1.08×PV＋1.08(PV2＋12.34×d2×YP×MW×C3)0.5)/MW×d×C4 V1c -------钻具内钻井液的临界流速，m/s(ft/s)； PV----钻井液的塑性粘度，mPa.s(cps); d------钻具内径，mm(in) MW----钻井液密度，g/cm3(ppg); C3、C4------与单位有关的系数。采用法定计量单位时，C3＝0.006193，C4＝1.078；采用英制单位时，C3＝1、C4＝1。 ③如果≤V1c，则流态为层流，钻具内的循环压耗为 P p=C5×L×YP/225×d＋C6×V1×L×PV/1500×d2 ④如果V1>V1c，则流态为紊流，钻具内的循环压耗为 P p=0.0000765×PV0.18×MW0.82×Q1.82×L＋C7/d4.82 P p---钻具内的循环压耗，Mpa(psi); L----某一相同内径的钻具的长度，m(ft)； V1-------钻具内钻井液的平均流速，m/s(ft/s)； d------钻具内径，mm(in) MW----钻井液密度，g/cm3(ppg); Q-------排量，l/s(gal/min);
第六章 钻井液的流变性
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。 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 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
钻井液习题参考问题详解
一、概念 1.粘土晶格取代：在粘土矿物晶体中，一部分阳离子被另外阳离子所置换，而晶体结构保持不变的现象。 2.钻井液剪切稀释性：钻井液中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。 3.碱度：指溶液或悬浮液对酸的中和能力。API选用酚酞和甲基橙两种指示剂来评价钻井液及其滤液碱性的强弱。 4.聚结稳定性：分散相粒子是否容易自动聚结变大的性质。 5. 粘土水化作用：粘土矿物表面容易吸附较多水分子的特性。 6. 流变模式：钻井液流变性的核心问题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程，又称为流变模式。 8.粘土阳离子交换容量：是指在分散介质pH=7时，粘土所能交换下来的阳离子总量，包括交换性盐基和交换性氢。阳离子交换容量以100克粘土所能交换下来的阳离子毫摩尔数来表示．符号为CEC。 9.造浆率：一吨干粘土所能配制粘度（表观粘度）为15mPa.s钻井液的体积数，m3/T。 10.页岩抑制剂：凡是能有效地抑制页岩水化膨胀和分散，主要起稳定井壁作用的处理剂均可称做页岩抑制剂，又称防塌剂。 11．剪切稀释性：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。 12．动切力：塑性流体流变曲线中的直线段延长线与切应力轴的交点为动切力，又叫屈服值。 13．静切力：使流体开始流动的最低剪切应力称为静切力。 14．流变性：是指在外力作用下，物质发生流动和变形的特征；对于钻井液而言，其流动性是主要的方面。 15．滤失造壁性：在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透，称为钻井液的滤失作用。在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼(细小颗粒也可能渗入岩层至一定深度)，这便是钻井液的造壁性。 16．粘土高温分散作用：在高温作用下，钻井液中的粘土颗粒分散程度增加，颗粒浓度增加、比表面增大的现象。 17．钻井液高温增稠作用：高温分散作用使钻井液中粘土颗粒浓度增加，钻井液的粘度和切力也均比相同温度下理想悬浮体的对应值高的现象，称为高温增稠作用。 18．钻井液高温胶凝作用：高温分散引起的钻井液高温增稠与钻井液中粘土含量
钻井液流变参数的计算及应用
钻井液流变参数(塑性粘度,动切力,静切力,n,k)的测量与计算 钻井液的流变参数与钻井工程有着密切的关系，是钻井液重要性能之一。因此，在钻井过程中必须对其流变性进行测量和调整，以满足钻井的需要。钻井液的流变参数主要包括塑性粘度、漏斗粘度、表观粘度、动切力和静切力、流性指数、稠度系数等。 一、旋转粘度计的构造及工作原理 旋转粘度计是目前现场中广泛使用的测量钻井液流变性的仪器。它由电动机、恒速装置、变速装置、测量装置和支架箱体等五部分组成。恒速装置和变速装置合称旋转部分。在旋转部件上固定一个能旋转的外筒。测量装置由测量弹簧、刻度盘和内筒组成。内筒通过扭簧固定在机体上、扭簧上附有刻度盘，如图4—1所示。通常将外筒称为转子，内筒称为悬锤。 测定时，内筒和外筒同时浸没在钻井液中，它们是同心圆筒，环隙1mm左右。当外筒以某一恒速旋转时，它就带动环隙里的钻井液旋转。由于钻井液的粘滞性，使与扭簧连接在一起的内筒转动一个角度。根据牛顿内摩擦定律，转动角度的大小与钻井液的粘度成正比，于是，钻井液粘度的测量就转变为内筒转角的测量。转角的大小可从刻度盘上直接读出，所以这种粘度计又称为直读式旋转粘度计。 转子和悬锤的特定几何结构决定了旋转粘度计转子的剪切速率与其转速之间的关系。按照范氏仪器公司设计的转子、悬锤组合(两者的间隙为1．17mm)，转子转速与剪切速率的关系为： 1 r/min＝1.703s-1（4－1） 旋转粘度计的刻度盘读数θ (θ为圆周上的度数，不考虑单位)与剪切应力τ(单位为Pa) 成正比。当设计的扭簧系数为3.87×10-5时，两者之间的关系可表示为： τ＝0.511θ (４-2) 旋转粘度计有两速型和多速型两种。两速型旋转粘度计用600 r／min和300 r／min这两种固定的转速测量钻井液的剪切应力，它们分别相当于1022s-1和511s-1的剪切速率(由式 4-1计算而得)。但是，仅在以上两个剪切速率下测量剪切应力具有一定的局限性，因为所测得的参数不能反映钻井液在环形空间剪切速率范围内的流变性能。因此，目前国内外已普遍使用多速型旋转粘度计。 六速粘度计是目前最常用的多速型粘度计，该粘度计的六种转速和与之相对应的剪切速率见表4-1 表４-1 转速与剪切速率的对应关系
钻井液答案
1．第1题单选题伊利石晶层间作用力主要是( ) A、氢键力 B、色散力 C、静电力 D、诱导力 标准答案：C 您的答案：C 题目分数：10 此题得分：10.0 批注： 2．第2题单选题高岭石属于( )层型粘土矿物。 A、1﹕1 B、1﹕2 C、2﹕1 D、2﹕2 标准答案：A 您的答案：C 题目分数：10 此题得分：0.0 批注： 3．第3题单选题几种常见的粘土矿物中，( )的膨胀性最强。 A、高岭石 B、蒙脱石 C、伊利石 D、绿泥石 标准答案：B 您的答案：B 题目分数：10
批注： 4．第4题单选题蒙脱石属于( )层型粘土矿物。 A、1﹕1 B、1﹕2 C、2﹕1 D、2﹕2 标准答案：C 您的答案：B 题目分数：10 此题得分：0.0 批注： 5．第5题单选题粘土矿物的基本构造单元是( ) A、硅氧四面体和铝氧八面体 B、硅氧四面体片和铝氧八面体片 C、硅氧八面体和铝氧四面体 D、硅氧八面体和铝氧四面体 标准答案：A 您的答案：B 题目分数：10 此题得分：0.0 批注： 6．第6题判断题 泡沫钻井液的分散介质是气体（）。 标准答案：错误 您的答案：正确
此题得分：0.0 批注： 7．第7题判断题CMC的两个主要性能指标是聚合度和取代度（）。 标准答案：正确 您的答案：正确 题目分数：10 此题得分：10.0 批注： 8．第8题判断题预胶化淀粉抗温约150℃，SMP抗温约180℃（）。 标准答案：错误 您的答案：错误 题目分数：10 此题得分：10.0 批注： 9．第9题判断题具有牛顿流变模式的流体可以作为钻井液使用（）。 标准答案：错误 您的答案：正确 题目分数：10 此题得分：0.0 批注： 10．第10题判断题
钻井液流变性-部分
钻井液流变性 本章要点： 掌握有关的基本概念 常用流型的特点、流变参数的意义、影响因素、计算及调整 了解钻井液流变性与钻井的关系 一、基本概念 ?流变性：指在外力作用，物质发生流动和变形的特性 ?钻井液的流变性(Rheological ProPerties of Drilling Fluids):指钻井液流动和变形的特性 ?特性的表征 流变模式（最常用的两个：宾汉模式、幂律模式） 宾汉模式的参数：塑性粘度(Plastic Viscosity)和动切力(Yield Point)； 幂律模式的参数：流性指数(FLow Behavior Index)和稠度系数(Consistency Index) 流变参数 流变曲线、动切力(Yield Point)、静切力(Gel Strength) 表观粘度(Apparent Viscosity)漏斗粘度(Funnel Viscosity)、塑性粘度(Plastic Viscosity) 对钻井液而言，其流动性是主要的方面 ?对钻井工作的意义 环空水力参数计算 悬浮岩屑与重晶石 提高钻井速度/机械钻速 携带岩屑，保证井底和井眼的清洁 保持井眼规则、保证井壁稳定和井下安全 1、流体流动的基本概念 ①剪切速率
液体与固体的重要区别之一就是：液体具有流动性 液流中各层流速不同的现象，通常用剪切速率（或称流速梯度）描述 剪切速率/速度梯度γ：指垂直于流速方向上单位距离流速的增量γ=dv/dx ?单位：流速单位v：m/s、距离单位x：m 、剪切速率γ：s-1 ?流速越大，剪切速率越大（剪切速率与流速成正比） 在钻井过程中，钻井液在各个部位的剪切速率不同 沉砂池处：10-20s-1 环形空间：50～250s -1 钻杆内：100～1 000 s-1 钻头喷嘴处：10 000-100 000 s-1 ②剪切应力 液流中各层的流速不同，故层与层之间必然存在着相互作用。由于液体内部内聚力的作用 流速较快的液层会带动流速度较慢的相邻液层，而流速较慢的液层又会阻碍流速较快的相邻液层 因此在流速不同的各液层之间发生内摩擦作用，即出现成对的内摩擦力(即剪切力)，阻碍液层剪切变形液体的粘滞性：液体流动时所具有的抵抗剪切变形的物理性质 ?牛顿内摩擦定律：液体流动时，液体层与层之间的内摩接力(F)的大小与液体的性质及温度有关 并与液层间的接触面积(S)和剪切速率(γ)成正比，而与接触面上的压力无关表达式：F=μSγ 剪切应力：内摩擦力F除以接触面积S 表达式：τ =F/S=μγ
钻井液流变性测定
中国石油大学钻井液工艺原理实验报告 实验日期： 2015.03.23 成绩： 班 级： 石工12-1 学号 姓名： 教师： 范鹏 同组者： 实验一 钻井液流变模式确定实验 一.实验目的 1. 掌握六速旋转粘度计的使用方法。 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NaCl 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，一定剪切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。 流变曲线是指剪切速率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=τ0 +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 Lg τ=lgK + n ·lgD 卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为： 2 121212 1 .D c ∞ +=ηττ
实际流变曲线与哪一种流变模式更吻合，就把实际液体看成哪种流型的流体。 三、实验仪器及药品 1．仪器 ZNN-D6型旋转粘度计、高速搅拌器； 2. 药品 350ml水、500ml泥浆、NaCl。 四．仪器使用要点 1.检查好仪器，要求； ①粘度计刻度盘是否对零。若不对零，可松开固定螺钉调零后再拧紧。 ②检查粘度计的同心度。高速旋转时，外筒不得有偏摆。 ③检查高速搅拌机的搅拌轴是否偏摆。若偏摆，则停止使用。 2.校正旋转粘度计 ①倒350ml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。 ②迅速从高速到低速依次测量。待刻度盘读数（基本）稳定后，分别记录各转速下的读数?. 要求：? 600=2.0格,? 300=1.0格。 五.实验步骤 1.熟悉旋转粘度计的使用方法。 2.检查和校正旋转粘度计。 3.测量泥浆加入NaCl前后在各剪切速率下的剪切应力。 将待测泥浆高速搅拌10min后，把水换成待测泥浆，按四-2的方法操作，分别记录各转速下的读数。 泥浆剪切应力τ与粘度计读数?对应关系：τ=0.511 ?，单位：Pa。 4. 实验后，关闭电源，倒出泥浆，洗净内、外筒，擦干装好。 注意：停转后，由于静切力作用，刻度盘可能不回零，此时不需要再调零。
钻井液测试操作规程
钻井液性能测试操作规程 （一）钻井液马氏漏斗粘度的测定 该仪器适应于测定钻井液的相对粘度(与水比较)。由于测得数据在很大程度上受胶体和密度的影响，所测数据不能与旋转粘度计等有关仪器所测数据对比。该仪器由漏斗、筛网及接收器组成，是被测钻井液在一定温度下流出946毫升时所用的时间。 一、主要技术参数 1．筛底以下的漏斗容积1500cm3 2．漏斗锥体直径152mm 3．漏斗锥体高度305mm 4．管口长度50.8mm 5．管口内径 4.7mm 6．筛网12目 7．接收器946mL 二、仪器的校正 在温度为(21℃±3℃)时，注入1500mL清水，从漏斗中流出946mL清水的时间为26±0.5s，其误差不得超过0.5s。 三、测定 1．测量钻井液的温度，用℃表示。 2．手握漏斗，用手指堵住流出口，将新取的钻井液通过筛网注入洁净、干燥直立的漏斗中，直到钻井液面与筛网底部平齐为止。 3．保持漏斗垂直，移开手指的同时按动秒表，测量钻井液注满946mL所需要时间。 4．以s为单位记录马氏漏斗粘度，并以℃为单位记录钻井液的温度。
四、操作注意事项 1．样品温度对测定结果有影响，测定时要记录样品温度。 2．大的分散颗粒和气泡干扰测定，应避免大颗粒进入漏斗，防止气泡产生，必要时加入消泡剂消泡。 3．液面的初始位置必须恰当，否则，由于液柱压力和惯性的影响可能会使测定结果错误。 4．钻井液倒入漏斗后立即开始测定，如拖延时间过长，钻井液可能形成凝胶，使测定结果出现正误差。 5．测定过程中尽可能使漏斗保持垂直。 （二）钻井液密度的测定 钻井液密度是指单位体积钻井液的质量。单位为g/cm3或kg/ m3。 通过用钻井液密度计来测定钻井液的密度。钻井液密度计通常设计成臂梁一端的钻井液杯和另一端的固定平衡锤及一个可沿刻度臂梁自由移动的游码来平衡。为使平衡准确，臂梁上装有水准泡（需要时可使用扩大量程的附件）。 一、仪器的校正 1．量点的校正 经常用淡水来校正仪器。在21℃，淡水的密度值应是1.00 g/cm3。用洁净的淡水盛满钻井液杯，然后盖上盖子，使多余的水从盖子中心小孔溢出，擦去外面的溢水，使密度计的刀口放在座支架上，将游码边线(一般是左边)对准刻度1.00处，观察密度计是否平衡(水泡是否位于中央)，如果不平衡则调节平衡圆柱内的铅粒使其平衡，即水泡位于中央为止。要求在试验前校正好，密度计的误差不大于0.01。 2．加重(减重)的校正。 有时使用超重或泡沫钻井液钻井时，其密度超出测定范围，需要对密度计进行加重或减重校正，其方法是用密度较大的液体或钻井液，首先在标准密度计称重，然后根据需要将游码向左或向右移动0.3～0.4，重新调节圆柱内的铅弹，使其再平衡，这时被测液体的密度就等于密度计读数加上或减去校正时移动的格数
钻井液优选流变模式
钻井液优选流变模式 王福云 摘要:钻井液流变模式的合理选择和流变参数的准确计算是钻井液优化设计的前提。文中利用范式六速旋转粘度计对石油钻井液4种流变模式：幂律模式、宾汉模式、卡森模式以及带屈服值的幂律模式进行对比和分析，并对钻井液流变模式进行优选的4种方法，即流变曲线对比法、剪切应力误差对比法、相关系数法和灰色关联分析法做了详细的阐述。 关键词:流变模式;钻井液;水力参数;流变曲线; 灰色关联分析法 前言 在钻探工作中，合理设计的钻井液是钻探工作成功的重要条件。钻井液体的流变性能变化范围很大，不是一两种流变模式所能涵盖的，而不同的流变模式所诠释的流变性能不同，其流变参数也不一样。钻井液流变模式的优选不仅对于准确计算流变参数至关重要，而且对于评价处理剂性能、优选钻井水力参数、分析研究井内净化和井壁稳定等均具有重要作用。目前，广泛采用的钻井液流变模式有幂律模式、宾汉模式、卡森模式以及带屈服值的幂律模式。 在研究钻井液或处理剂的流变特性时，习惯做法是用六速旋转粘度计检测其在600、300、200、100、6、3rpm 时的读数，然后绘制流变曲线，这样得出的流变曲线精度不高，而且不能定性的表达与各种流变模式的拟合程度。相关文献和实测现象均表明，6、3rpm 的数据因旋转粘度计内外筒环的液体呈塞流流动而不准确，这一点对高密度钻井液尤其突出，因此不能保留其直接的读数值。本文分别介绍和分析了对流变模式进行优选的四种方法：曲线对比法、剪切应力误差对比法、相关系数法和灰色关联分析法。 一、4种钻井液流变模型 标准API中仅给出了幂律流体与宾汉流体水力参数的计算方法，这两种模式也是目前钻井界最常见的流变模式。幂律流体（Power-Law Fuild，简称PL）服从指数规律。聚合物钻井液一般属于这种类型。宾汉流体（Bingham Fulid，简称BF）又称塑性流体，大多数钻井液并不是完全是宾汉型或幂律型，而恰恰是介于二者之间。1926年，Herschel和Bulkley提出了带屈服值的幂律模式（HB 模式）。这时一个三参数模式，它集宾汉模式和幂律模式的特点为一体，更能准确的描述钻井液在钻柱内和环空中的流动。1959年卡森提出了另一个表征钻井
钻井液设计
第8章钻井液设计 本章主要介绍了新疆地区常用的钻井液体系，结合A1-4井及探井资料，设计了A区块井组所使用的钻井液体系、计算了所需钻井液用量，提出了钻井液材料计划等。 钻井液体系设计 钻探的目的是获取油气，保护地层是第一位的任务，因此，搞好钻井液设计，首先必须以地层类型特性为依据，以保护地层为前提，才能达到设计的目的。 新疆地区常用钻井液体系简介： (1)不分散聚合物钻井液体系：不分散聚合物钻井液体系指的是具有絮凝及包被作用的有机高分子聚合物机理的水基钻井液。该体系的特点是：具有很强的抑制性；具有强的携沙功能；有利于提高钻速；有利于近平衡钻井；可减少对油气层的伤害。 (2)分散性聚合物体系（即聚合物磺化体系）：聚合物磺化体系是指以磺化机理及少量聚合物作用机理为主配置而成的水基钻井液。该体系的特点是：具有良好的高温稳定性，使用于深井及超深井；具有一定的防塌能力；具有良好的保护油层能力；可形成致密的高质量泥饼，护壁能力强。 (3)钾基（抑制性）钻井液体系：该体系是以聚合物的钾，铵盐及氯化钾为主处理剂配制而成的防塌钻井液。它主要是用来对付含水敏性粘土矿物的易坍塌地层。该体系特点：对水敏性泥岩，页岩具有较好的防塌效果；抑制泥页岩造浆能力较强；对储层中的粘土矿物具有稳定作用；分散型钾基钻井液有较高的固相容限度。 (4)饱和盐水钻井液体系：该体系是一种体系中所含NaCl达到饱和程度的钻井液，是专门针对钻岩盐层而设计的一种具有较强的抑制能力，抗污染能力及防塌能力的钻井液。该体系特点：具有较强的抑制性，由于粘土在其中不宜水化膨胀和分散，故具有较强的控制地层泥页岩造浆的能力；具有较强的抗污染能力，由于它已被NaCl所饱和，故对无机盐的敏感性较低，可以抗较高的盐污染，性能变化小；具有较强的防塌能力，尤其再辅以KCL对含水敏性粘土矿物的页岩具有较强抑制水化剥落作用；可制止盐岩井段溶解成大肚子井眼。由于钻井液中氯化钠已达饱和，故钻遇盐岩时就会减少溶解，以免形成大井眼；缺点是腐蚀性较强。 (5)正电胶钻井液体系是一种以带正电的混合层状金属氢氧化物晶体胶粒(MMH或MSF）为主处理剂的新型钻井液体该体系的特点：具有独特的流变性;有利于提高钻井速度；对页岩具有较强的抑制性；具有良好的悬浮稳定性；有较强
钻井液流变模式确定
中国石油大学（钻进液工艺原理）实验报告实验日期： x 成绩： 班级： x学号： x姓名： x教师：x 同组者： x 实验一钻井液流变模式确定实验 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，就可以绘出钻井液的流变曲线。 牛顿模式反映的牛顿液体，其数学表达式为： τ=ηD 宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为： τ=τ0+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 卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为： τ1/2=τc1/2+η∞1/2D1/2 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；高速搅拌器。 实验药品：增粘剂KPAM；降粘剂XY-27或SD-202。 四．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。 2.校正旋转粘度计 ①倒350m1水于钻井液杯中，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。 ②迅速从高速到低速依次测量。待刻度盘读数稳定后，分别记录各转速下的稳定读数￠. 要求：? 600=格,? 300=格。 3.把水换成待测钻井液，重复2。 4.在钻井液中加入增粘剂搅拌10min，重复2。 5.在加入增粘剂的钻井液中加入降粘剂搅拌10min，重复2。 6.实验后，关闭电源，倒出钻井液，洗净内、外筒，擦干装好。 注意：停转后，由于静切力作用，刻度盘可能不回零，此时不需要再调零。 五.实验步骤 1.熟悉旋转粘度计的使用方法。 2.检查和校正旋转粘度计。 3.测量钻井液在各剪率下的剪切应力。
钻井液流变性概述
钻井液流变性概述 摘要： 钻井液在石油钻井中起着十分重要的作用，深入研究钻井液的性能，对油气井钻井液流变参数的优化设计和有效调控是钻井液工艺技术有十分重要的指导意义。根据API 推荐的钻井液性能测试标准，钻井液的常规性能包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API 滤失量、HTHP 滤失量、PH 值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量和滤液中的各种离子的质量浓度等。本文主要对钻井液的流变性进行综述，包括钻井液的流型及流变参数、钻井液流变性与携岩原理及井壁稳定性的关系。 关键词：钻井液 流变性 流型 携岩原理 一．钻井液在石油钻井中的作用 （1）从井底清除岩屑（2）冷却和润滑钻头及钻柱（3）造壁功能（4）控制地层压力（5）循环停止时悬浮岩屑和加重材料，防止下沉（6）从所钻地层获得资料（7）传递水力功率 二．钻井液的类型 分散钻井液 钙处理钻井液 盐水钻井液 饱和盐水钻井液 聚合物钻井液 甲基聚合物钻井液 合成基钻井液 气体型钻井液 保护油气层的钻井液 三．钻井液的流变性 钻井液的流变性是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性。 流体分为牛顿型流体和非牛顿型流体，非牛顿型流体又分为塑性流体、假塑性流体、膨胀性流体。现场使用钻井液多为塑性、假塑性流体。 1．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律的流体，称为牛顿流体。 流变方程： dv dx τμ =
其流动特点：加很小的剪切力就能流动，而且流速梯度与切应力成正比。在层流区域内，粘度不随切力流速梯度变化，为常量。 2．非牛顿流体 （1）塑性流体 0PV dv dx ττμ-= 剪切力τ≠0，而是s τ，即施加的切应力必须超过某一特定值才能开始流动。切应力继续增大，并超过s τ时，塑性流体不能均匀剪切，粘度随切应力的增加而增加，即图中曲线段；继续增加切应力，粘度不随切应力的增加而增加，图中直线段； 1）s τ，静切力，是钻井液静止时单位面积上形成的连续空间网架结构强度的量度。 2）0τ，动切力，反映钻井液处于层流状态时钻井液中网状结构强度的量度。 3）0 pv dv dx ττμ-= ，塑性粘度，即塑性流体流变曲线段斜率的倒数，不虽剪切力而变化。 4）00 PV AV PV PV dv dx dv dx dv dx dv dx τμττ μμμμ+= = = +=+结构，表观粘度，又称有效粘 度，是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值。 5）0PV τμ，动塑比，反映钻井液中结构强度和塑性粘度的比例关系。一般要求在0.34—0.48的范围内。 两种粘度对钻井液工艺具有很重要的意义： 1、了解两种粘度所占的比例组成，有助于认识钻井液的实质和问题所在，有助于判断环空流态和钻井液稀释特性。
钻井液流变模式的确定
中国石油大学（钻进液工艺原理）实验报告 实验日期： x 成绩： 班级： x学号： x姓名： x教师：x 同组者： x 实验一钻井液流变模式确定实验 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，就可以绘出钻井液的流变曲线。 牛顿模式反映的牛顿液体，其数学表达式为： 宾汉模式反映的是塑性液体，其数学表达式为： 指数模式反映的是假塑性流体，其数学表达式为： 卡森模式反映的是一种理想液体，其数学表达式为： 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；高速搅拌器。 实验药品：增粘剂KPAM；降粘剂XY-27或SD-202。 四．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水于钻井液杯中，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。 ②迅速从高速到低速依次测量。待刻度盘读数稳定后，分别记录各转速下的稳定读数￠. 要求：? 600=2.0格,? 300=1.0格。 3.把水换成待测钻井液，重复2。 4.在钻井液中加入增粘剂搅拌10min，重复2。 5.在加入增粘剂的钻井液中加入降粘剂搅拌10min，重复2。 6.实验后，关闭电源，倒出钻井液，洗净内、外筒，擦干装好。 注意：停转后，由于静切力作用，刻度盘可能不回零，此时不需要再调零。 五.实验步骤 1.熟悉旋转粘度计的使用方法。 2.检查和校正旋转粘度计。 3.测量钻井液在各剪率下的剪切应力。
钻井液计算公式
一、 配制水基钻井液所需材料的计算 1. 钻井液的循环容积 1.1 井筒容积计算V 1（即井内钻井液量计算） 计算式：H D V 214 1π= D －井径，m; H －井深，m 。 经验式：2 2 1D V =（m 3/1000m ） 1.2 泥浆罐容积V 2 1.3 泥浆槽容积V 3（钻井液液面一般只达槽深的2/3） 1.4 循环管汇容积V 4 钻井液循环量计算： V =V 1＋V 2＋2/3V 3 ＋V 4 2. 配制定量V f 、定密度ρf 的水基钻井液所需的粘土量 已知：钻井液质量=粘土质量+水质量 钻井液的体积＝粘土体积＋水体积 w c f w c f V V V m m m +=+= 其中：钻井液质量f f f V m ρ= 粘土质量c c c V m ρ= 水的=w w w V m ρ= 所以： c f W w w c c f f V V V V V V -=+=ρρρ
w c f f w w c w f c f c m V m V m ρρρρρρρ-= --= ) ( 式中, m c ---粘土质量，t ； V f --- 钻井液体积，m 3； V c ---粘土体积，m 3； V w ---水体积，m 3； f ρ---钻井液密度，g/cm 3 ； c ρ---粘土密度，g/cm 3 ； w ρ---水的密度，g/cm 3 。 3. 配制定量、定密度的水基钻井液所需的水量 水量=（欲配置钻井液的体积）-（所需的粘土体积） 其中：所需粘土体积=粘土密度 粘土重量 所需水量=欲配钻井液体积-粘土密度 粘土重量 二、 调整钻井液密度所需要的材料 1. 加重钻井液所需加重材料的计算： （1）定量钻井液加重时所需要加重材料的计算： 2 3123) (ρρρρρ--= 浆V W 式中： W---加入的加重材料重量； V 浆--- 原浆体积； 1ρ---原浆密度；