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钻井液工艺学2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院第一页，共四十六页，2022年，8月28日 2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院§3-1 钻井液的流动状态和基本概念一、流体的流动类型 稳 定 流： 流场中任何点的流动参量不随时间改变，但不 同点的流动参量可以不同的流动。 特 点： 稳定流动是连续性的。 不稳定流：流场中任何点的流动参量不但随位置不同而变， 而且随时间不同也在改变的流动。 特 点：旧的流动条件刚改变到新的流动稳定条件建立之 间的流动。第二页，共四十六页，2022年，8月28日 2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院 稳定流动类型的变化 塞流 Plug Flow---流体象塞子一样流动，流速为常数.稳定流 层流 Laminar Flow---流体分层运动。任意流层与相邻流 层方向相 同，流速不同。 紊流 Turbulent Flow---流体内形成无数小旋涡。任一定 点的流速，其大小、方向都在进行着不规则的、连续的变化。静止塞流层流紊流液体流速增加第三页，共四十六页，2022年，8月28日 2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院 二、基本概念 1.剪切速率(γ Shear rate)与剪切应力(τ shear stress)剪切速率 Shear Rate 同义名称：速梯、剪率、切变率，流速梯度。 常用符号：γ、dv/dr 定 义： γ= dv/dr = 垂直于流动方向上单位距离内的流速增量。 意 义： dv/dr 增大，液流各层间的速度变化大；反之则小。 单 位： γ = 速度/距离 = cm/s/cm = 1/s = s-1钻井液循环系统中各部位剪切速率范围为: 沉砂罐处：10~20s-1 环形空间：50~250s-1 钻杆内部：100~1000s-1 钻头水眼：1000~7000s-1第四页，共四十六页，2022年，8月28日 2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院 剪切应力 Shear Stress同义名称：切应力。常用符号：τ定 义： τ= F/A = 液层单位面积上的剪切力。意 义： τ越大，液流各层所受的作用力越大；反之，越小。 单 位：单 位： τ= F/A = dyn/cm2；Pa。 1Pa =1N/m2= 10dyn/cm2第五页，共四十六页，2022年，8月28日 2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院 2.粘滞性(viscosity)——液体流动时具有抵抗剪切变形的物理性质。3.牛顿内摩擦定律（Newtonion Law):——在一定的条件下，切力与速梯正比。 τ∝γ τ=ηγ η=τ／γ η—粘滞系数简称粘度第六页，共四十六页，2022年，8月28日 2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院 4.液体类型:(1)根据牛顿内摩擦定律：牛顿液体和非牛顿液体(2)根据流变曲线特征：1—塑性液2—假塑性液3—牛顿液4—膨胀液???0第七页，共四十六页，2022年，8月28日 2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院三、钻井液流动特点及分析 1.牛顿液(Newtonion fluid)无结构、均匀质点，如油类、清水。流变曲线为一条过原点直线,符合τ=ηγ。τ0、γ0施加很小的切应力就发生流动。η为常数,不随γ变化 γ=τ/γ=tgαabτaγγaγbτb第八页，共四十六页，2022年，8月28日 2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院 2.塑性液(Plastic fluid): (大多数钻井液)存在不流动区ττs 、γ=0、τ≠0τs—静切力：反映静态结构强度。过度区(塞一层):结构拆散,不能被均匀剪切.层流区(直线段) 静止塞流层流紊流??s?第九页，共四十六页，2022年，8月28日 2009年8月ZHOUCY重庆科技学院化工院 剪切稀释性(shear thinning )—原因：在速梯增大时，网架结