1、鉆井液流變參數(shù)(塑性粘度,動切力,靜切力,n,k)的測量與計算鉆井液的流變參數(shù)與鉆井工程有著密切的關系，是鉆井液重要性能之一。因此，在鉆井過程中必須對其流變性進行測量和調整，以滿足鉆井的需要。鉆井液的流變參數(shù)主要包括塑性粘度、漏斗粘度、表觀粘度、動切力和靜切力、流性指數(shù)、稠度系數(shù)等。 一、旋轉粘度計的構造及工作原理旋轉粘度計是目前現(xiàn)場中廣泛使用的測量鉆井液流變性的儀器。它由電動機、恒速裝置、變速裝置、測量裝置和支架箱體等五部分組成。恒速裝置和變速裝置合稱旋轉部分。在旋轉部件上固定一個能旋轉的外筒。測量裝置由測量彈簧、刻度盤和內筒組成。內筒通過扭簧固定在機體上、扭簧上附有刻度盤，如圖41所示。通

2、常將外筒稱為轉子，內筒稱為懸錘。測定時，內筒和外筒同時浸沒在鉆井液中，它們是同心圓筒，環(huán)隙1mm左右。當外筒以某一恒速旋轉時，它就帶動環(huán)隙里的鉆井液旋轉。由于鉆井液的粘滯性，使與扭簧連接在一起的內筒轉動一個角度。根據(jù)牛頓內摩擦定律，轉動角度的大小與鉆井液的粘度成正比，于是，鉆井液粘度的測量就轉變?yōu)閮韧厕D角的測量。轉角的大小可從刻度盤上直接讀出，所以這種粘度計又稱為直讀式旋轉粘度計。轉子和懸錘的特定幾何結構決定了旋轉粘度計轉子的剪切速率與其轉速之間的關系。按照范氏儀器公司設計的轉子、懸錘組合(兩者的間隙為1.17mm)，轉子轉速與剪切速率的關系為：1r/min1.703s-1 （41）旋轉粘度計

3、的刻度盤讀數(shù) (為圓周上的度數(shù)，不考慮單位)與剪切應力(單位為Pa)成正比。當設計的扭簧系數(shù)為3.8710-5時，兩者之間的關系可表示為：0.511 (-2)旋轉粘度計有兩速型和多速型兩種。兩速型旋轉粘度計用600 rmin和300 rmin這兩種固定的轉速測量鉆井液的剪切應力，它們分別相當于1022s-1和511s-1的剪切速率(由式4-1計算而得)。但是，僅在以上兩個剪切速率下測量剪切應力具有一定的局限性，因為所測得的參數(shù)不能反映鉆井液在環(huán)形空間剪切速率范圍內的流變性能。因此，目前國內外已普遍使用多速型旋轉粘度計。六速粘度計是目前最常用的多速型粘度計，該粘度計的六種轉速和與之相對應的剪切速

4、率見表4-1表-1 轉速與剪切速率的對應關系轉速（r/min）60030020010063剪切速率s-11022511340.7170.310.225.11為了連續(xù)測量各種剪切速率下的剪切應力，NL Baroib公司又研制出從1r/min至600r/min可連續(xù)變速的286型粘度計。對于抗高溫深井鉆井液，常用高溫高壓流變儀等測定高溫高壓條件下的流變性能。二、流變參數(shù)的測量與計算直讀公式推導 ）表觀粘度的測量與計算根據(jù)表觀粘度的定義，某一剪切速率下的表現(xiàn)粘度可用下式表示：a/(0.511N/1.703N)(1000)(300N)/N (43)式中N表示轉速，單位為rmin；N表示轉速為N時的刻度

5、盤讀數(shù)；a表現(xiàn)粘度，mPas。利用式(-3)，可將任意剪切速率(或轉子的轉速)下測得的刻度盤讀數(shù)換算成表觀粘度，常用的六種轉速的換算系數(shù)見表-2表-2 刻度讀數(shù)與表觀粘度的換算系數(shù)轉速/rmin-160030020010063換算系數(shù)0.51.01.53.050.0100.0例如，在300r/min時測得刻度盤讀數(shù)為36，則該剪切速率下的表觀粘度等與361.036（mPas）；若在6r/min時測得刻度盤讀數(shù)為4.5，則該剪切速率下的表現(xiàn)粘度等于4.550.0225（mPas）在評價鉆井液的性能時，為了便于比較，如果沒有特別注明某一剪切速率，一般是指測定600r/min時的表觀粘度，即e(1/

6、2)600 (44)使用旋轉粘度計測定表觀粘度和其它流變參數(shù)步驟如下：(1)將預先配好的鉆井液進行充分攪拌，然后倒入量杯中，使液面與粘度計外筒的刻度線相齊。(2)將粘度計轉速設置在600r/min，待刻度盤穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)。(3)再將粘度計轉速分別設置在300、200、100、6和3rmin，待刻度盤穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)。(4)計算各流變參數(shù)。必要時，通過將刻度盤讀數(shù)換算成、將轉速換算成，繪制出鉆井液的流變曲線。）塑性流體流變參數(shù)的測量與計算由測得的600r/min和300r/min的刻度盤讀數(shù)，可以利用以下公式求得塑性粘度和動切力：p600300 (45)00.511(300p) (46)式中p的單位為mPas，0的單位為Pa。其推導過程如下：如前所述，塑性粘度是塑性流體流變曲線中直線段的斜率，600r/min和300r/min所對應的剪切應力應該在直線段上。因此p(600300)(600300)0.511(600300)(1022511)1000600300依據(jù)賓漢模式，0p，因此0600p60