(2)悬浮岩屑与重晶石；(3)提高机械钻速；(4)
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井 环空水力学的有关计算。
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1．剪切速率和剪切应力 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当 长，很小的力能使液体发生很大的变形。
加而增大，粘度随剪切速率增加而降低。
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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
破坏的速度和恢复的速度保持相等(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，粘
度也不发生变化。该粘度为钻井液的塑性粘度。塑性
粘度不随剪切应力和剪切速率改变，对钻井液的水力
一、流体流动的基本概念
第一节 流体的基本流型及其特点
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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，沉 砂池处剪切速率最低，大约在10～20s-1；环形空间50
～250s-1；钻杆内100～ 1000s-1；钻头喷嘴处最高
，大约在10000～100000s-1。
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牛顿流体的流变模型与流变曲线
流变方程
流变曲线
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塑性流体
与牛顿流体不同，当剪切速率为零时：即
剪切力τ ≠0，而是τ s，即施加的 切应力必须超过某一特定值才能 开始流动。
τ s为开始流动的最小切应力，称
为静切力，简称切力或凝胶强度。
τs
τ
0
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第三章 钻井液的流变性 钻井液流变性是指在外力作用下，钻井液发 生流动和变形的特性，其中流动性是主要的方 面。钻井液流变性通常是用钻井液的流变曲线、
塑性粘度、动切力、静切力、表观粘度等流变
参数来进行描述的。
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钻井液流变性是钻井液的一项基本性能，在
解决 (1)携带岩屑，保证井底和井服的清洁；
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剪切速率：沿垂直于流速 方向上单位距离上流速的改 变量或增加量。 表达式如下：
流速分布特 点
γ dvdx
单位为：s-1; 流体各层之间流速不同，层 与层之间存在相互作用。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 液层阻碍流速较快的相邻液层。
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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(或剪切应力)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形
成网架结构，增大流动阻力。目前广泛使用的多数钻
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剪切应力继续增大，并超过τ s时，塑性流体不能 均匀剪切，粘度随剪切速率的增加而降低，图中曲 线段；继续增加剪切速率，粘度不随剪切速率的增 加而降低，图中直线段；
塑性粘度（PV）：不随切力 或流速梯度改变的粘度。 动切力（YP）：直线段延长线 与切应力的交点为动切应力或叫 屈服值。
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牛顿内摩擦定律：
剪切应力：内摩擦力F除以接触面积S即得液体内的剪 切应力τ ，剪切应力理解为单位面积上的剪切力。
µ是量度液体粘滞性大小的物理量，粘度。单位为
Pa·s或mPa·s。
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µ物理意义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力。
µ越大，表示产生单位剪切速率所需要的剪切应力越大。
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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，通常
称为聚结；端—面与端—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絮 凝 ，如图3-5所示。
井液为塑性流体和假塑性流体。
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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。

水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分量化合物 溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体。 流动特点：加很小的剪切力能流动，剪切应力与流速 梯度成正比。在层流区域内，粘度不随切力流速梯度 变化，为常量。
粘度是液体的性质，不同液体有不同的µ值。µ与温度 有关，一般随温度的升高而降低。
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2、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， 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，用图纸来表示称为流变曲线。
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塑性流体机理分析
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
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，静切应力反映所形成结构的强弱， 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 构的拆散速度大于恢复速度，拆散程度随剪切速率增
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流变方程
流变曲线
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3．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，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塑 性流型、假塑性流型和膨胀流型。以上四种基本流型的 流变曲线见图3-4。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。
τs
τ0
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0 塑
塑性流体流变模式与流变曲线
宾汉模 式 塑性流 体流变 曲线
τs
τ0
此式是塑性流体的流变模式，该式常称为宾汉模 式，并将塑性流体称为宾汉塑性流体。
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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。 粘上颗粒可能出现三种不同连接方式，面-面、端— 面和端—端连接。