泥漿流變學，是研究泥漿流動規律的學科。泥漿是一類複雜的結構流體，其粘度不但隨剪下速率而變（即流變性），而且還與剪下持續時間有關（即觸變性）。
基本介紹
- 中文名：泥漿流變學
- 外文名：mud rheology
- 學科：鑽探工程
- 研究內容：研究流體受外力作用下變形與流動
- 套用：石油天然氣鑽井
- 出現時間：20世紀初
簡介,發展簡史,研究內容,研究方法,現狀及展望,
簡介
變學是研究流體受外力作用下變形與流動的科學。泥漿是一種具多分散相的流體，在外力作用下其變形與流動決定於內部的阻力，如內摩擦力的大小、內部網狀結構的強度、作用時間等，可用黏度(塑性黏度、結構黏度、視黏度)、切應力(靜切力、動切力)、觸變性、稠度係數、流性指數、剪下稀釋作用等參數表示。其特性參數之間的內在變化規律可用數學式即流變方程，並以剪下速率dv/dx、剪下應力r的平面直角坐標或對數坐標的流變曲線來表示(如圖)。
一般清水、溶液、甘油等單相均質體系的流變參數關係可用牛頓方程來描述其流動特性，因此稱這些流體為牛頓液體；非均質的兩相或多相體系，如泥漿、乳狀液、高分子溶液、泡沫泥漿等塑性流體、準塑性流體、膨脹性流體，則服從於賓漢方程、冪律方程或卡森方程及其流變圖。泥漿的流變特性參數對計算泥漿在孔內循環的壓力損失，選擇泵壓、泵功率，起下鑽時的激動壓力，岩屑的上返流速，鑽頭水馬力等都是重要的參數。
發展簡史
泥漿流變學的發展與鑽探工程密切相關。早期(1901～1930)的鑽孔較淺，泥漿的流動性未受到重視，至1930年前後才相繼開始用馬氏漏斗和斯托姆粘度計來測定泥漿的粘度。40年代末至50年代初，噴射鑽井技術得到推廣，鑽探水力學的研究受到重視，但斯托姆粘度計測得的粘度，不能用於水力學計算。1951年，美國J.C.梅爾羅斯和W.B.利連斯德，首次解決了用同軸旋轉圓筒式粘度計測定賓漢流變參數和靜切力的問題。在此基礎上，1954年，J.G.薩文斯和W.F.羅珀通過適當選擇測量元件的幾何尺寸和彈簧系統，進一步使測定的結果可以直接讀出，此即今天廣為套用的直讀式旋轉粘度計。這使賓漢（流變）模式在泥漿中得到廣泛套用。
賓漢模式在低剪下速率區誤差較大，在60年代末期美國和加拿大廣泛推廣套用低固相聚合物泥漿後，其套用受到限制。雙常數冪律模式正好能克服賓漢模式這一缺陷，在70年代初期得到廣泛套用。但冪律模式也有其不足，當所描述的剪下速率範圍較寬時誤差也很大。70年代中期以來，研究者又陸續推薦一些更精確然而也更為複雜的模式。主要有帶屈服應力的冪模式、羅伯特遜-斯蒂夫模式和卡森模式等。
研究內容
主要有以下幾個方面：①研究各類泥漿的結構屬性和流動規律，並建立相應的數學模式（流變方程）；②查明剪下持續時間、溫度和壓力等因素對泥漿流變性能的影響，為解決鑽進過程中的一系列流體力學問題奠定理論基礎；③建立泥漿在孔內的流動力學公式；④研究流動對孔內狀態的影響（流動效應）；⑤研究泥漿流動性能與其成分的關係，為泥漿及其材料的合成提供依據等。此外，在鑽探工程中，還研究泥漿的粘度、剪應力和剪下速率等的變化，以及其變化對破碎岩石、攜帶和懸浮岩屑、穩定孔壁、上下鑽和泥漿失量等方面的影響。從而為確定現場套用的泥漿類型、材料合成和對泥漿進行處理（主要是化學處理和調節）提供最優的方案，使其能適應鑽探各種不同地層時的需要。
研究方法
流變方程的研究，通常採用實測數據點的典線擬合法或線性回歸法。通常先令溫度和壓力固定，以最基本的剪下速率和剪下應力作為變數和應變數，在剪下平衡的狀態下測出一系列數據點，然後與設定的數學模式比較，取擬合精度高者或相關係數近於一者，作為該流體的流變方程。方程中的常數(又稱流變參數)，定量地說明了泥漿在該溫度、壓力和剪下平衡條件下的流變性質。改變溫度或壓力，重複上述試驗，可查明溫度或壓力的影響。
