رئولوژی سیالات حفاری

رئولوژی سیالات حفاری

Reheology به معنای علم حرکت از دو کلمه یونانی Reho (جریان) و Logy (علم) تشکیل شده است برای آنکه حرکتی صورت گیرد باید نیرویی بر جسمی وارد شود، با وارد شدن این نیرو بر جسم تغییر شکل صورت می‌گیرد.

هرگاه این تغییر شکل برگشت ‌پذیر باشد به آن elastic (فنری)،  ولی چنانچه تغییر شکل برگشت‌ناپذیر باشد به آن plastic گویند، حال چنانچه نیروی وارده باعث جریان یافتن آن ماده شود به آن سیال گویند.

سیال

اگر دو سطح روی هم داشته باشیم و ماده‌ای درون آنها قرار گرفته شده باشد، هرگاه سطح پایینی ثابت و سطح بالایی متحرک باشد وقتی صفحه فوقانی به مساحت A توسط نیروی F با سرعت یکنواخت مخالف صفر حرکت کند می‌توان گفت که ماده موجود بین دو صفحه یک سیال است.

در این صورت تنش برشی  بر ماده مورد نظر وارد می‌شود به عبارتی ماده‌ای که در اثر تنش برشی هر چند ناچیز بطور دائم تغییر شکل دهد سیال نامیده می‌شود. تنش برشی در یک نقطه حد نیروی برشی وارد بر سطح است وقتی که این سطح به قدر کافی کوچک و به یک نقطه تبدیل شود.

تعریف سیال مواد غیر سیال را در بر نمی‌گیرد مثلاً یک ماده پلاستیکی متناسب با مقدار نیروی وارد بر آن به میزان معینی تغییر شکل می‌دهد ولی این تغییر شکل با گذشت زمان پیوسته نیست در صورتی که در سیالات تغییر شکل با گذشت زمان پیوسته است اگر بین دو صفحه خلاء ایجاد کنیم میزان تغییر شکل در هر لحظه صعودی و یا اگر بین دو صفحه ماسه قرار دهیم بدلیل وجود اصطکاک به نیروی معینی برای ایجاد حرکت پیوسته نیاز خواهیم داشت لذا پلاستیک‌ها و جامداتی که خاصیت elastic دارند در طبقه‌بندی سیالات قرار نمی‌گیرند.

سیالات را می‌توان به دو گروه نیوتنی و غیرنیوتنی تقسیم کرد. در سیالات نیوتنی بین تنش برشی و سرعت تغییر شکل زاویه‌ای رابطه خطی وجود دارد اما در سیالات غیرنیوتنی رابطه میان تنش برشی متوسط و سرعت تغییر شکل زاویه‌ای غیرخطی است.

اگر به رابطه گرانروی نیوتن توجه شود در خواهیم یافت که گرانروی با تنش برشی نسبت مستقیم دارد گرانروی بنابر تعریف خاصیتی از سیال است که در مقابل حرکت و یا به عبارت دیگر تنش برشی مقاومت از خود نشان می‌دهد.

گرانروی گازها با افزایش درجه حرارت نسبت مستقیم ولی گرانروی مایعات با افزایش درجه حرارت نسبت عکس دارد به نظر می‌رسد علت اصلی گرانروی مایعات وجود جاذبه مولکولی باشد زیرا با افزایش دما جاذبه مولکولی کم شده و گرانروی پائین می‌آید.

جریان سیالات

ذرات جامدی که درون سیالات به حرکت در می‌آیند تحت تاثیر دو نیروی اصلی هستند:

1) نیروی ثقل

2) نیروی هیدرودینامیک

بطور کلی حرکت مواد در جریان سیال تابع قانون ثقل است این نیرو در جهت محیط ‌های پست‌تر اثر می‌کند یعنی همیشه تمایل به سقوط اجسام دارد. بطور مثال در یک چاه که مانند یک استوانه است سقوط ذرات به پائین را در پی دارد البته هیچ‌گاه حرکت سیال را نمی‌توان تابع مایع کامل دانست زیرا در مایع کامل غلظت همیشه تقریباً صفر است.

 نیروی دیگری که مدنظر است نیروی هیدرودینامیک می‌باشد. در چاه‌های حفاری عملاً این نیرو همان نیروی پمپها است که باعث شکست G.S شده و حرکت سیال را بوجود می‌آورد این نیرو در پائین از نوک مته باعث صعود ذرات جامد سیال می‌شود که همیشه مقدار این نیروی صعودی باید از نیروی ثقل بیشتر باشد و از آنجا که این نیروی هیدرودینامیک ایجاد سرعت می‌کند پس در جداره جاه این سرعت  (Annular velocity) بسیار مهم بوده و کنده‌های حفاری زمانی در سطح ظاهر می‌شوند که سرعت صعود آنها از سرعت سقوطشان بیشتر باشد در جریان سیال به جزء اثر غلظت باید از تاثیر سایشی جداره نیز صحبت کرد. در یک محیط بسته استوانه‌ای جریان سیال تحت تاثیر نیروی سایشی جداره قرار دارد. در قسمت نزدیک جداره نیرویی عکس جهت حرکت بر سیال وارد می‌شود. این نیرو بر سطوح نزدیک به جداره و تا حدی به قسمت‌های درونی منتقل شده و در نتیجه سرعت‌های مختلفی به نسبت فاصله از جداره در سیال پیدا می‌شود. بطوری که برای نشان دادن حرکت عمومی ذرات یک سیال در محیطی بسته نمی‌توان از یک سرعت بلکه باید از سرعت‌های مختلف گفتگو کرد مثلاً در چاه‌های حفاری از آنجا که لوله‌هایی با سایزهای مختلف داریم (D.P-D.C) همچنین لوله های جداری با سایزهای مختلف پس باید دانست که سرعت سیال در هر قسمت می‌تواند متفاوت باشد.

قابل ذکر است که برای حمل کنده‌ها توسط یک سیال به جزء سرعت صعود و غلظت، اندازه و شکل هندسی ذرات نیز مهم است.

بطور کلی دو نوع جریان سیال قابل بررسی می‌باشد.

1) جریان تیغه‌ای (آرام)            Flow Laminar

2) جریان آشفته (درهم)           Flow Turbulent

چنانچه سرعت سیال در هر مقطعی ثابت بماند یعنی نسبت به زمان تغییر نکند، جریان را آرام گویند که در آن ذرات بطور منظم حرکت می‌کنند ولی در جریان در هم ذرات سیال بطور نامنظم حرکت کرده و سرعت سیال نسبت به زمان تغییر می‌کند و موجب می‌شود که اندازه حرکت از یک بخش سیال به بخش دیگر انتقال یابد اگر سرعت یا دبی جریان زیاد باشد جریان آرام پایدار نبوده و تبدیل به جریان در هم خواهد شد.

جریان آرام به عنوان جریانی تعریف می‌شود که در آن سیال بصورت لایه لایه حرکت کرده و هر لایه به آرامی بر لایه مجاور خود (بدلیل تعادل مولکولی اندازه حرکت) می‌لغزد ولی در جریان متلاطم حرکت ذرات سیال درهم است و تبادل اندازه حرکت به دلیل حرکات متقاطع صورت می‌گیرد.

ماهیت جریان یا به عبارت دیگر آرام یا متلاطم بودن و موقعیت نسبی آن در یک مقیاس که نشان‌دهنده جریان درهم به جریان آرام است به وسیله عدد رینولدز نشان داده می‌شود.

همچنین بخوانید...

1398/05/05 مقالات صنعت حفاری مواد اولیه صنعت حفاری کلسیم کلرید حفاری کربنات کلسیم حفاری کربنات سدیم حفاری کاربردهای مواد اولیه گل حفاری ضدکف ضد خورندگی سود پرک حفاری سدیم کلرید حفاری روان کننده سرمته حفاری گل حفاری سیالات تست مواد گل حفاری پلی آنیون سلولز پتاسیم کلرید حفاری بی کربنات سدیم حفاری بنتونیت حفاری باریت حفاری اسید سیتریک خشک و آبدار آهک هیدراته Drilling Oil and Gas Drilling Oil Drilling muds Drilling mud Addetive Drilling Gas Drilling APT Addetive Application Addetive هماتیت حفاری سیالات حفاری صنعت حفاری

دیدگاه خود را بنویسید

  • {{value}}
این دیدگاه به عنوان پاسخ شما به دیدگاهی دیگر ارسال خواهد شد. برای صرف نظر از ارسال این پاسخ، بر روی گزینه‌ی انصراف کلیک کنید.
دیدگاه خود را بنویسید.
کمی صبر کنید...
گروه صنعتی کِــنور
مجموعه کِنورآسیا خردادماه سال 1377 باهدف استفاده بهینه از توان مهندسان جوان ایرانی در پروژه‌های رو به رشد صنعت نفت و گاز تأسیس گردید. تکیه‌گاه اصلی این شرکت از ابتدا دانش فنی مدیران و مهندسین باتجربه و تلاش و انگیزه جوانان این مرزوبوم بوده است و از همان بدو شکل‌گیری به دنبال انتقال دانش فنی و دستاوردهای شرکت‌های صاحب‌نام بین‌المللی جهت بهره‌گیری در صنایع داخل بوده است.
عضویت خبرنامه
عضو خبرنامه ماهانه وب‌سایت شوید و تازه‌ترین نوشته‌ها را در پست الکترونیک خود دریافت کنید.
آدرس پست الکترونیک خود را بنویسید.
کمی صبر کنید...