（3）检验 相关系数r计 >临界相关系数r临，假设成立。
第三节 流变参数测量与计算
一、测量仪器及原理
1、漏斗粘度计
漏斗
容积：750ml
原理：测定一定钻井液（ 500ml ）从漏斗下端流出所需的时间。
第三节 流变参数测量与计算
2、旋转粘度计
二速 范氏粘度计 六速
（外筒转）
无级调速
范氏粘度计：内筒转
1
2 3
第二节 基本流型及其特点
2、幂律模式
τ = Kγn 式中：K ：稠度系数，Pa.Sn n ：流性指数， 无因次， 0≺n ≺ 1 （1）流性指数n
① 物理意义：反映流体偏离牛顿流体的程度。 n 越小，
表明越偏离牛顿流体
第二节 基本流型及其特点
②影响因素及调整
τ = τ0+ η pγ τ = K γn
惰性固相：在水中分散性弱的固相，如钻屑
活性固相含量 D、液相粘度 固相分散度 内摩擦力 塑性粘度η p （固相含量 一定） 塑性粘度η p
E、温度
液相粘度
塑性粘度η p
第二节 基本流型及其特点
③调整
加预水化般土 ηp 加增粘剂
使用固控设备
ηp
使用化学絮凝剂
加水稀释
第二节 基本流型及其特点
（2）动切力τ0
② 钻井对剪切稀释性要求：要求钻井液具有较强的剪切稀释性。
环形空间： γ 低， η a大，有利于携带钻屑 钻头水眼： γ 大， η a小，有利于水力破岩
第三节 流变参数测量与计算
牛顿流体：τ = η γ
ηa=η
塑性流体：τ = τ0+ η pγ
a p
0
n<1
K
假塑性流体： τ = K γn
（3）提高钻井速度
（4）保持井眼规则和保证井下安全。
第一节 基本概念
一、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
s-1
第一节 基本概念
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
τ0
加水稀释
消除引起τ0升高的电解质
第二节 基本流型及其特点
二、假塑性流体/幂律流体
1、流变曲线
τ
γ
第二节 基本流型及其特点
（1）曲线过原点
无网架结构 原因 脆弱且不连续的网架结构
（2）曲线无直线段
原因：随γ增大，体系中形状不规则的粒子沿流动方向转 向和变形，流动阻力减小。 2 1 3 流动方向
，
第二节 基本流型及其特点
不过原点的原因：由于颗粒间以端-端和（或）端-面连
接，形成网架结构，要使体系流动， 就必破坏这种网架结构 。
τs物理意义：反映钻井液在静止时形成网架结构的强弱
（2）在低剪切速率范围内，为曲线段
流体开始流动后，存在以下一对矛盾： 结构拆散 结构恢复
在低剪切速率下，结构拆散速度 产生同样△γ所需△τ减少
变 特性。
第二节 基本流型及其特点
1、流变曲线
τ1/2
γ1/2
第二节 基本流型及其特点
2、卡森模式
τ 1/2 = τc1/2+ η ∞1/2γ1/2
式中： τc -------卡森动切力(卡森屈服值)，Pa；
η ∞ -----极限高剪切粘度（水眼粘度），mPa· s
(1)卡森动切力τc 物理意义：反映钻井液网架结构的强弱 影响因素与调整：同τ0 (1)极限高剪切粘度η ∞ 物理意义：反映钻井液内摩擦力的强弱 影响因素与调整：同η p
第二节 基本流型及其特点
四、流型判断
1、作图法 （1）多点测试（ τ， γ） （2） 分别以τ和 γ为坐标轴绘图 （3） 结合标准流变曲线进行判断
τ
γ
第二节 基本流型及其特点
2、线性回归法 （1）多点测试（ τ， γ） （2）假设流变模式后进行线性回归
τ = τ0+ η pγ
τ = K γn τ 1/2 = τc1/2+ η ∞1/2γ1/2
（1）表观粘度η a η a定义：剪切应力τ与对应剪切速率γ之比 η a = τ/ γ 无特殊说明， η a是指γ=1022 s-1时的η a
0.511 600 1 1 3 a 600 10 600 1022 1022 2 2
600
第三节 流变参数测量与计算
（2）剪切稀释性 ①定义：表观粘度随剪切速率增大而降低的特性。
θ
第二节 基本流型及其特点
流型：根据流体流动时剪切应力τ与剪切速率γ之间的关系，
流体可以分为不同的类型。 牛顿流型：牛顿流体 膨胀流型 ：膨胀性流体 塑性流型：塑性流体
假塑性流型：假塑性流体
卡森流型：卡森流体
第二节 基本流型及其特点
一、塑性流体
1、流变曲线
τ
τs γ1 γ
第二节 基本流型及其特点
0 0.36 0.48Pa / m Pa s . p
n 0 . 4 0 .7
2 6m Pa s .
第三节 流变参数测量与计算
5、切力τ与触变性
（1）切力τ 定义：指静切力，表示钻井 液在静止状态下网架结构的 强弱。 切力随静止时间的变化而 变化（见右图）， 塑性流体 静切力τs是静切力的极限值。
3
3
3
n
n
n
3
第三节 流变参数测量与计算
3、卡森流体流变参数计算
τ 1/2 = τc1/2+ η ∞1/2γ1/2
τ 1/2
1.428(

c
600
100 ) 2
2
0.2432 6 ) (
100 600
γ1/2
第三节 流变参数测量与计算
4、表观粘度η a及剪切稀释性
卡森模式：①卡森(Casson)模式是1959年由卡森首先提出的，最初主要应
用于油漆、颜料和塑料等工业中。 ②1979年，美国人劳增(Lauzon)和里德(Reid)首次将卡森模式
用于钻井液流变性的研究中。
③卡森模式不但在低剪切区和中剪切区有较好的精确度，还 可以利用低、中剪切区的测定结果预测高剪切速率下的流
Pa
第三节 流变参数测量与计算
2、假塑性流体流变参数计算
K
lg
n
lg lg K n lg
lg
第三节 流变参数测量与计算
lg n lg
2 2
lg 1 K lg 1
600 300
n
K
n 3.322 lg
K
式中： τ
0
：动切力或屈服值，Pa
η p ：塑性粘度， Pa.S
（1）塑性粘度η
p
①物理意义：反映流体在层流下达到动平衡时，固相颗粒之间、 固相颗粒与液相之间以及液相内部内摩擦力的大小。 ②影响因素 A、固相含量 固相颗粒数目 塑性粘度η p
第二节 基本流型及其特点
B、固相分散度 C、固相类型 活性固相：在水中分散性强的固相，如膨润土 固相颗粒数目 塑性粘度η p
Pa.S
600 300
mPa.S
第三节 流变参数测量与计算

0 p 600 p
600
0.511 600 ( 600 300 ) 103 1022
0.511 2 300 600 ) ( 0.511 300 p) (
a K n 1
膨胀性流体： τ = K γn
1n n>1
K
a K n 1
1n
第三节 流变参数测量与计算
③剪切稀释性影响因素： 塑性流体：
0 剪切稀释性越强 p
假塑性流体： n 剪切稀释性越强
卡森流体：
剪切稀释性越强
④一般钻井要求：
（1）曲线不过原点，在τ轴上有一截距τs
扩散双电层斥力
粘土颗粒 间作用力
水化膜弹性斥力
静电吸引力
范德华引力
粘土颗粒 特点
形状：片状 层面：负电荷（多） 端面：正电荷/负电荷（少）
第二节 基本流型及其特点
粘土颗粒的连接方式：
假设开始时颗粒呈单个分散状态，当斥力逐渐下降时 三种连接方式的出现顺序为：① ② ③
原因：电解质浓度C
粒间斥力 电解质浓度C 粒间斥力 τ0 压缩扩散双电层 形成网架结构 ， τ0 压缩扩散双电层 电动电位 颗 电动电位 颗
形成面面连接 ， 固相分散度 ， τ0 Ca2+ Na+
电解质浓度C
第二节 基本流型及其特点
③调整 加预水化般土 τ0 加高分子聚合物 加适量的电解质
加降粘剂
①物理意义：钻井液在层流状态下达到动平衡时形成网架结构的强弱。 ②影响因素 A、固相含量
B、活性固相含量
网架结构数目 固相分散度 动切力τ0 动切力τ0
动切力τ0 网架结构数目 动切力τ0
C、降粘剂
D、高分子聚合物 D、电解质的影响
第二节 基本流型及其特点
τ0
C0
电解质浓度C
第二节 基本流型及其特点
n 600 n 600
0.511 300 511n
第三节 流变参数测量与计算
n 3.322 lg 0.511 K 170
100 n n n 100
6 200
100
100
n 3.322 lg 0.511 K 5.11
第三节 流变参数测量与计算