Глава 8. Режимы движения вязкопластичной

ЖИДКОСТИ. РОЛЬ БУРОВОГО РАСТВОРА В БНГС.

8.1. Классификация неньютоновских жидкостей

Неньютоновские жидкости ― это такие жидкости, которые не подчиняются

основному закону внутреннего трения Ньютона.

Основной характеристикой неньютоновских жидкостей являются так называемые

кривые течения или реологические кривые (реограммы), графически изображающие

зависимость между градиентом υ или скоростью сдвига γ и возникающим в ней

касательным напряжением τ.

(градиент скорости или скорость сдвига) (8.1)

τ – сила трения, приходящаяся на единицу площади соприкосновения слоев

жидкости (касательное напряжение).

Рис. 8.1

1 – Дилатантная жидкость.

2 – Ньютоновская жидкость.

3 – Псевдопластичная жидкость.

4 – Вязко – пластичная жидкость.

Кривые течения псевдопластичных жидкостей и дилатантных жидкостей

хорошо описываются степенной зависимостью вида τ = R γⁿ,

R, n ― постоянные для данной жидкости величины.

Величина R представляет собой меру консистенции жидкости, показатель n.

Характеризует степень неньютоновского поведения жидкости: чем больше он

отличается от 1, тем сильнее проявляются неньютоновские свойства; для

псевдопластичной жидкости n < 1, для дилатантной n > 1.

Примеры псевдопластичных жидкостей: расплавы полимеров, дилатантных

жидкостей, различного рода лакокрасочные покрытия.

8.2. Вязкопластичные жидкости и их свойства

Вязкопластичные жидкости совмещают в себе свойства, как вязкой

неньютоновской жидкости, так и твердого пластичного тела.

К их числу относят: разного рода суспензии и коллоидальные растворы,

состоящие из двух фаз ― твердой и жидкой; буровые и цементные растворы,

парафинистые нефти.

Буровые растворы ― являются основной промывочной жидкостью при бурении

скважин.

Цементные растворы ― используют для разобщения пластов и крепления скважин после бурения.

Пены ― применяют для изоляции пластовых вод на газовых месторождениях,

ликвидации песчаных пробок в скважинах.

Свойства вязко – пластичных жидкостей:

1) В идеальном пластичном теле при малых действующих нагрузках, а

следовательно, и малых напряжениях возникают упругие деформации.

После снятия нагрузки тело восстанавливает свою первоначальную

величину.

2) Когда напряжение достигает некоторого предельного значения τ_о,

пластичное тело начинает течь.

3) Некоторые неньютоновские жидкости с течением времени “застудневают”

и их начальное напряжение сдвига увеличивается.

Это свойство называется тексотропия.

Остановимся на понятии идеального пластичного тела, в нем при малых

действующих нагрузках, следовательно, и малых напряжениях возникают упругие

деформации. После снятия нагрузки деформации исчезают и тело восстанавливает

первоначальную форму.

Когда напряжение достигает некоторого предельного значения τ_о, ―

называемое пределом текучести, или начальным напряжением сдвига, пластичное

тело начинает течь. В дальнейшем напряжение сохраняется const при любых

значениях относительной скорости сдвига.

Течение вязкопластичной жидкости, как и идеально-пластичного тела,

начинается при напряжении равно начальному напряжению сдвига τ_о и продолжается при напряжениях, изменяющихся по линейному закону, как в обычных ньютоновских жидкостях.

τ = τ_о + η_пл · γ ― Е.Бингама, описавшего свойства вязкопластичной жидкости, ее называют бингамовской жидкостью.

η_пл ― коэффициент пропрорциональности.

Статическое напряжение сдвига ― усилие, отнесенное к единице площади,

при котором вязко-пластичная жидкость выводится из состояния покоя и

начинает течь. → характеризует упругие свойства и прочность структуры.

При бурении скважин статическое напряжение глинистого раствора

имеет важное значение. Если статическое напряжение сдвига имеет большую

величину, то производство таких работ, как каротаж, измерение кривизны и

азимута и др., будет связано с трудностями.