固井培训1-注水泥流变学设计原理及方法.ppt

注水泥流变学设计原理与方法 西南石油学院学院石油工程学院 徐璧华 流变学与固井的关系 注水泥时井口压力是否会过大； 排量应控制到多大才能保证井下不漏； 排量应控制到多大才能保证井下不窜； 哪种情况下使用大排量或是小排量顶替才能提高顶替效率； 主要内容 流体的特点与类型—基本概念 流变测量 流变模式与流变参数计算 在管内或环空的流动规律 流动计算方法与步骤 在固井中影响流变计算的因素 ------温度、间隙等对计算的影响 1、基本概念 流体流动的特点 1、基本概念 流体流动的特点 1、基本概念 流体流动的基本概念：剪切速率 1、基本概念 流体流动的基本概念：剪切速率 1、基本概念 流体流动的基本概念：剪切应力 1、基本概念 流体流动的基本概念：流变曲线 1、基本概念 流体流动的基本概念：视粘度 1、基本概念 流体流动的基本概念：流体分类 牛顿流体： 特点：满足牛顿内摩擦定律 ?=?? 1、基本概念 流体流动的基本概念：流体分类 非牛顿流体： 特点：不满足牛顿内摩擦定律，视粘度与速梯、时间有关系。 1、基本概念 流体流动的基本概念：流体分类 按流变性分： 粘弹性流体 纯粘性流体 与时间有关 触变性流体 负触变性流体 与时间无关 有屈服应力：塑性流体、屈服—假塑性流体 无屈服应力：牛顿流体、假塑性流体、膨涨性流体 1、基本概念 非牛顿流体的流变性能 粘度（视粘度） 静切应力 动切应力 触变性 剪切稀释性 2、流变测量 测量目的 了解流体剪切应力随剪切速率变化的规律 测量：剪切速率、剪切应力 测量仪器 粘度计 旋转粘度计：同轴、锥板…… 毛细管粘度计 2、流变测量 同轴旋转粘度计测量原理 结构： 2、流变测量 同轴旋转粘度计测量原理 原理： 1、测量内筒的扭矩M 2、计算内筒处的剪切应力 3、计算内筒处的剪切速率 2、流变测量 同轴旋转粘度计测量原理 原理： C=.511 (Pa) 2、流变测量 流变曲线绘制 3、流变模式与流变参数计算 流体流变模式 概念 用于描述流体内部剪切应力与剪切速率的数学方程 流变模式是流体内部流变规律的近似反映 类型 两参数模式：幂律、宾汉、 卡森 三参数模式：赫巴、罗斯 多参数模式：…… 3、流变模式与流变参数计算 赫－巴模式： 罗－斯模式： 卡森模式： 多项式模式： 幂律模式： 宾汉模式： 3、流变模式与流变参数计算 3、流变模式与流变参数计算 3、流变模式与流变参数计算 泥浆、水泥浆流变模式的选择 流变曲线观察法 F 比值法 误差统计分析法 计算各转速的计算剪切应力与实测值的误差 3、流变模式与流变参数计算 泥浆、水泥浆流变参数的计算 流变参数的含义 反映流体流动规律的特征参数，流体一定后在流变模式中是不变的。 宾汉模式 动切力、塑性粘度 幂律模式 流性指数、稠度系数 赫巴模式 静切力、流性指数、稠度系数 3、流变模式与流变参数计算 泥浆、水泥浆流变参数的计算 流变参数计算原理 使用以测量的已知速率下的剪切应力反推 方法： 回归方法：使用全部粘度计测量数据 解析法：使用两个速率下的粘度计测量数据 3、流变模式与流变参数计算 泥浆、水泥浆流变参数的计算 影响因素： 计算速率的选择 泥浆：600、300转 水泥浆：300、100转 为何泥浆与水泥浆不用相同的转速？ 温度压力的影响 环空间隙的影响 3、流变模式与流变参数计算 泥浆、水泥浆流变参数的计算 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律 4.1 泥浆、水泥浆的流动状态 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律 4.2 流态对顶替与流动的影响 有利于顶替的流态： 塞流 紊流 平板层流 流态与流动的关系 与流速有关 与流体流变性能有关 与流道有关 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律 4.3 流态判别方法 雷诺数的概念 流体流动中流动能与粘滞力的比值 流核概念 流态判别方法 塞流：核隙比?00.8 或 Re100 紊流：ReRec 层流：界于之间 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律 4.4 流态判别方法 临界雷诺数 宾汉流体 塞流：考虑核隙比大于0.8 紊流：通过赫兹数计算 幂律与赫巴流体 紊流： Rec=3470-1370n 塞流： Rec=100 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律 4.4 流态判别方法 临界流速 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律 4.4 流态判别方法 临界流速 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律 4.4 流态判别方法 临界流速 4、泥浆、水泥浆在井眼的流动规律 4.4 流态判别方法 临界流速 5、流动计算方法 流动计算的目的 流动阻力 流动摩阻与流体的流态有关 流动摩阻计算的原理 流态判别 流动摩阻系数 流动摩阻压力 5、流动计算方法 5、流动计算方法 流动摩阻计算的步骤 5