سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
مفاهیم بنیادی((Fundamental Concepts
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱:٤٩ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٤/۸/۱۳
 

1-تعریف رئولوژی:

رئولوژی( (Rheologyعلم تغییر شکل مواد اعم از جامد و سیال است به بیان دقیق تر، رئولوژی مطالعه آن دسته از خواص ماده است که حاکم بر روابط بین تنش و کرنش می‌باشد.

Rheo کلمه‌ای یونانی است به معنای جریان وکلمه رئولوژی از سخن معروف هراکلیتوس تحت عنوان همه چیز در جریان است (Everything Flows)  گرفته شده است.

هرگاه نیرویی خارجی بر جسمی وارد شود، آن جسم شکل خود را موقتاً از دست خواهد داد و اگر این تغییرشکل با گذشت زمان ادامه یابد، گفته می‌شود که آن جسم جریان یافته است.  بسیاری از مواد جامد در اثر اعمال نیرو یا بار، رفتار کشسان دارند.  منظور از رفتار کشسان تغییر شکل ماده جامد در اثر اعمال نیرو و بازگشت آن به شکل اول پس از حذف نیرو است. از آشناترین مواد کشسان می توان به لاستیک اشاره کرد.  در پاره‌ای از موارد ماده‌ای که تحت تنش قرار گرفته‌است پس از برداشتن نیرو به حالت اولیه خود بر نمی‌گردد.  نمونه بارز این مطلب خم کردن سیم مسی به اشکال دلخواه است.  اگر پس از برداشتن نیرو جسم به شکل اولیه خود برنگردد، ماده تغییر شکل دائمی داده است.  در سیالات، اعمال نیرو باعث جریان یافتن سیال می شود.

2-تنش و کرنش) Stress and Strain :(

تنش نیروی وارد بر سطح است که در سیستم SI به کمک واحد نیوتن بر متر مربع (N/m2) بیان می گردد.  باید توجه داشت که دو نوع تنش می تواند بر یک جزء از ماده عمل نماید.  تنش های نرمال در جهت عمود بر یک صفحه عمل می‌کنند و تنش‌های برشی در جهت موازی با یک صفحه عمل می نمایند.  در سیالات، تنش برشی عامل جریان یافتن سیالات خواهد بود.

2-1-تنش برشی) :(Shear stress

نیروی لازم برای غلبه بر مقاومت سیال در برابر حرکت تقسیم بر سطحی که نیرو بر آن اعمال میشود.

 

 

2-2-کرنش(Strain):

اندازه‌گیری مقدار تغییر بوجود آمده در جسم بر اثر اعمال نیرو را کرنش نامند.  راههای متعددی برای تعریف اندازه گیری مقدار کرنش وجود دارد.  بطور مثال ازدیاد طول (Elongation) یک نمونه را همانگونه که در شکل (1-1) نشان داده شده است در نظر بگیرید.  بطور ساده می‌توان تغییر طول را یک اندازه گیری از کرنش تلقی نمود.

 

 
   

 

 

 

 

 

شکل1-1 : ازدیاد طول ( Elongation ) در یک جسم جامد

= L – L0کرنش

 

اما این اندازه گیری مفید نیست زیرا مقدار کرنش تابعی از طول اولیه است.  تعریفی مناسب است که نشان دهد اگر نمونه ای بطور یکنواخت تغییر شکل یابد، هر جزء آن (و نه کل آن) دقیقاً چه کرنشی را تحمل می نماید.  بدیهی است که این منظور با تعریف کرنش بصورت زیر تأمین می شود.

 

کرنش

 

نوع دیگری از تغییر شکل که در رئولوژی بسیار مهم می‌باشد برش ساده است که در شکل (2-1) نشان داده شده است.  این نوع تغییر شکل هنگامی رخ می‌دهد که ماده‌ای فاصله بین دو صفحه مسطح موازی را پر نموده و صفحه بالایی بطور خطی جابجا گردد، اگر هیچگونه لغزشی (Slip)در سطح صفحات وجود نداشته باشد هر جزء از ماده دقیقاً در معرض یک تغییر شکل موضعی قرار خواهد گرفت.  کرنش برشی عبارت است از اندازه گیری کمی این تغییر شکل.  برای مطالعه سیالات اغلب ماده را در معرض برش مداوم با یک شدت ثابت قرارمی‌دهند، این مقصود با حرکت دادن صفحه بالایی با یک سرعت ثابت تأمین می‌گردد.  این جریان بنام برش ساده مداوم     Steady Simple Shear)  (مرسوم است و شدت برش (Shear Rate)بصورت زیر تعریف می‌گردد:

شدت برش نسبت تفاوت سرعت بین دو لایه از سیال به فاصله این دو لایه است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 2-1:  برش ساده

2-3-معادله ابعادی:

شدت برش(که شدت تغییر شکل نیز نامیده می‌شود) دارای واحدی برابر عکس زمان است.

 

3-جریان سیال((Fluid Flow:

جریان یک سیال در یک لوله با هر سطح مقطعی دارای یک لایه با سرعت صفر در مجاورت دیواره لوله می‌باشد.  سرعت لایه‌های مجاور هر چه بسمت مرکز لوله نزدیک شود افزایش پیدا می‌کند تا اینکه در مرکز لوله سرعت جریان حداکثر می‌شود. (شکل 3-1)

 

 

 

 

 

 

                       

 

    

شکل 3-1:  مقطع جریان سیال در یک لوله

این افزایش سرعت از صفر در دیواره لوله تا مقدار حداکثر در مرکز لوله ناشی از لغزش لایه‌ها بر روی یکدیگر می‌باشد.  یک لایه با سرعت زیاد از مجاورت لایه با سرعت کمتر می‌لغزد و بدین ترتیب حرکت لایه‌ها باعث به جریان درآمدن سیال می‌گردد.  به منظور ادامه یافتن این جریان یک منبع انرژی پیوسته لازم است.  عمل لغزش لایه های سیال به وسیله تنش برشی همراهی می‌شود که شدیداً به سرعت و گرانروی سیال وابسته است.

 

4-ویسکوزیته :(Viscosity)  

کلیه سیالات مقاومت معینی در مقابل تغییر شکل از خود نشان می‌دهند.  این مقاومت نتیجه اصطکاک مولکول‌هایی است که بر روی یکدیگر می‌لغزند.  این خصوصیت را ویسکوزیته می‌نامند.  به بیان دیگر ویسکوزیته معیار معکوسی از قدرت ماده برای حرکت است.  هر چه ویسکوزیته سیال بیشتر باشد قدرت حرکت آن کمتر است.  ویسکوزیته در واقع نسبت تنش برشی به شدت برش است.  ویسکوزیته به نوع و دمای سیال بستگی دارد.  دما روی فواصل بین مولکولی تأثیر بسیار زیادی دارد.  در مایعات، فاصله بین مولکولی با افزایش دما، افزایش می‌یابد که باعث کاهش نیروی پیوستگی و ویسکوزیته سیال می‌شود.  در گازها، افزایش دما موجب می‌شود که نیروی جنبشی مولکول‌ها افزایش یافته و نیروهای پیوستگی کاهش یابند.  در عمل تاثیر دما بر نیروهای جنبشی گاز بیشتر از نیروهای پیوستگی است و عاملی که در مقابل حرکت سیال مقاومت می‌کند برخورد مولکول های گاز در اثر نیروی جنبشی است، بنابراین ویسکوزیته گازها با افزایش دما افزایش می‌یابد.

4-1-واحدهای ویسکوزیته:

همانطور که قبلاً بیان شد، ویسکوزیته در واقع نسبت تنش برشی (Shear Stress) به شدت برش (Shear Rate) است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
   

 

 

 

 

 

 

 

 

4-2-رابطه بین ویسکوزیته و دما در مایعات وگازها:

4-2-1-در مایعات:

 

ویسکوزیته مایع در t درجه سانتیگراد

ویسکوزیته مایع در 0 درجه سانتی گراد بر حسب پویز

مقادیر ثابت برای مایعات

برای آب:

 

4-2-2-در گازها:

 

 

برای هوا:

 

4-3-ویسکوزیته نسبی  :(Relative Viscosity)

ویسکوزیته نسبی یک سیال نسبت ویسکوزیته آن به ویسکوزیته آب در 68ºF(20ºC) است.  چون ویسکوزیته آب در  20ºCبسیار نزدیک به یک سانتی پویز است، بنابر ملاحظات عملی ویسکوزیته نسبی یک مایع را می‌توان عدداً برابر ویسکوزیته آن برحسب سانتی پویز گرفت.

4-4-ویسکوزیته مخصوص :(Specific Viscosity)

ویسکوزیته مخصوص یک مایع، نسبت ویسکوزیته مایع در درجه حرارت معین به ویسکوزیته یک مایع استاندارد در همان درجه حرارت است.  مایع استاندارد معمولاً آب و یا در مورد محلول‌ها، حلال در نظر گرفته می‌شود.

 

 

 

4-5-ویسکوزیته سینماتیک :(Kinematic Viscosity) 

نسبت گرانروی به چگالی را گرانروی سینماتیک می‌نامند و دارای واحد سانتی استوکCentistoke) ( است.

 

واحد دیگر گرانروی بر حسب زمان SUS  ( Suybolt Universal Seconds)است که از روی زمان حرکت سیال بین دو نقطه مشخص تعیین می‌شود.

مثال 1:  دو صفحه به فاصله  1cmاز یکدیگر قرار گرفته‌اند اگر مساحت صفحه بالایی  باشد و صفحه پایینی ساکن باشد، مطلوبست ویسکوزیته بر حسب سانتی پویز برای سیالی که بین این دو صفحه قرار گرفته است اگر نیرویی برابر با  100دین لازم باشد که صفحه بالایی را با سرعت ثابت  ایجاد کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مثال 2:  اگر معادله پروفیل سرعت روی صفحه‌ای بصورت  باشد و در آن  بر حسب  در فاصله‌ای به اندازه  سانتی‌متر بالای صفحه باشد، مطلوبست محاسبه تنش برشی در  سانتی‌متر.  ویسکوزیته را برابر 8.4 پویز بگیرد.

 

مثال3: جریان سیال در شکل (4-1) دارای ویسکوزیته مطلق به مقدار  و وزن مخصوص lb/ft3 می‌باشد.  مطلوبست محاسبه گرادیان سرعت و تنش برشی در نقاطی با فواصل 392, 160 اینچ از صفحه با فرض:

1-توزیع سرعت بصورت خطی

2- توزیع سرعت بصورت سهمی

این سهمی دارای رأس در نقطه A و مبدأ در نقطه B می باشد.

 

 
   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 4-1

 

1-در حالت خطی بودن توزیع سرعت:

رابطه بین سرعت u و فاصله y

 

گرادیان سرعت

 

چون توزیع سرعت خطی می‌باشد برای نقاط 2،1و3 اینچ بالای صفحه،  و ثابت بوده و به ترتیب برابر هستند با:  و .

2-در حالت سهمی بودن توزیع سرعت:

معادله سرعت برابر است با   که  ثابت هستند و مقادیر آنها به کمک شرایط مرزی بصورت زیر بدست می‌آید.

 

 

با جایگزینی شرط مرزی (a) در معادله سرعت خواهیم داشت:

 

با جایگزینی شرط مرزی (b) در معادله سرعت خواهیم داشت:

 

و با جایگزینی شرط مرزی (c) در معادله سرعت خواهیم داشت:

 

5- انواع جریان) (Types  of  Flow

جریان سیالات بطور کلی به دو صورت در نظر گرفته می‌شود.

1- آرام Laminar Flow

2- جریان متلا طم Turbulent Flow

5-1- جریان آرام Laminar Flow :

در جریان آرام مولکولهای سیال روی خطوط فرضی بنام خطوط جریان  (Stream Lines)که به موازات محور لوله قرار دارند حرکت می‌کنند، در این حالت که در شکل 5-1 نشان داده شده است هر لایه‌ای از سیال روی لایه مجاورش بصورت همواری لغزش می نماید.  سرعت حرکت هر لایه به سمت مرکز لوله افزایش می‌یابد بطوریکه ماکزیمم سرعت در مرکز لوله می‌باشد.  نوع خاصی از جریان آرام به نام Plug Flow وجود دارد که سیال در این نوع به قسمی در لوله جابجا می‌شود که به‌نظر می‌رسد لوله مسدود است و فاصله از مرکز لوله هر چقدر باشد باز سرعت ثابت است.  (شکل5-1)

Plug Flow فقط در انواع معدودی از سیالات مانند سوسپانسیون بنتونایت در حفاری نمایان می‌شود.  Plug Flow در گل‌های با ویسکوزیته بالا و در سرعت‌های پایین رخ می‌دهد.

5-2-   جریان متلا طم Turbulent Flow:

جریانی است که در آن مولکولهای سیال حرکتی درهم وبرهم و نامنظم دارند و Shear Stress بین ذرات سیال نیز نامنظم و در جهات گوناگون است.  (شکل 6-1)

 

       
       
 

 

 

 
   

 

 

 

 

 

 

شکل 5-1:  مقطع سرعت جریان درون لوله در رژیم‌های جریانی آرام و Plug

 

 

 
   

 

 

 

 

 

 

 

Turbulent Flow

شکل 6-1 : مقطع سرعت جریان درون لوله در رژیم جریانی متلاطم

 

 

 

 

 

5-3- معیار تعیین نوع جریان (Criteria for Type of  Flow):

از پارامترهای سرعت سیال، ویسکوزیته، دانسیته و همچنین قطر لوله در تعیین نوع جریان استفاده می‌شود.  این پارامترها تشکیل یک عدد بدون بعد بنام عدد رینولدز را می‌دهند.

 

که :

D: قطر لوله (m)

 دانسیته سیال :(kg/m3)

V: سرعت سیال (m/s)

ویسکوزیته سیال : (pa.s)

عدد رینولدز (Re) درمطالعات جریان سیال از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است، معمولاً برای Re کوچکتر از 2000 جریان آرام و برای Re بزرگتر از 3000 جریان متلاطم است.  بنابراین تغییر سریع از جریان آرام به جریان متلاطم وجود ندارد.

اگر بخواهیم مستقیماً از واحدهای Field جهت محاسبه عدد رینولدز استفاده کنیم یک ضریب در رابطه بالا ظاهر می‌شود.

Reynolds Number Using Field Units

Oil field

 

Parameter

in

 

Diameter

ft/min

 

Velocity

lbm/gal

 

Density

cp

 

Viscosity

 

 

6- انواع سیالات : Types of Fluids

معمولاً در مهندسی مکانیک سیالات به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1-    سیال نیوتنی

2-    سیال غیر نیوتنی

6-1-سیال نیوتنی:

سیالات نیوتنی گروهی از سیالات هستند که بین تنش برشی و شدت برش آنها بطور ساده رابطه  برقرار باشد.  این سیالات به مجرد اعمال یک نیرو هر چند اندک شروع به حرکت می‌کنند.  رسم شدت برش در مقابل تنش برشی به منحنی جریان (Flow Curve) موسوم است.  شیب این منحنی برای یک سیال نیوتنی ثابت بوده و برابر میزان ویسکوزیته است.  (شکل 7-1)

مطابق این شکل داریم که در آن  زاویه بین خط و محور افقی می‌باشد.

 

 
   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 7-1:  رابطه بین شدت برش و تنش برشی در سیالات نیوتنی

 

آب و گازوئیل نمونه‌هایی از سیالات نیوتنی می‌باشند.  مایعات یا محلول‌های دارای وزن مولکولی پایین و نیز تمام گازها دارای رفتار نیوتنی هستند. 

6-2- سیال غیر نیوتنی:

منحنی جریان سیالات غیر نیوتنی خطی نیست.  دراین نوع سیالات ویسکوزیته ثابت نمی‌باشد و با شدت برش تغییر می‌کند.

امولسیون‌ها، سوسپانسیونهای جامدات، محلولهای پلیمری و.... معمولاً سیالات غیرنیوتنی می‌باشند.

عموماً سیالات غیرنیوتنی به سه گروه عمده زیر تقسیم می‌شوند :

1-  سیالات مستقل از زمان که درآنها ویسکوزیته در یک نقطه مشخص فقط تابع تنش برشی در همان لحظه و در همان نقطه است.

2-    سیالات تابع زمان که در آنها ویسکوزیته نه تنها بستگی به شدت برشی دارد بلکه تابع زمان نیز است.

3-  سیالات ویسکوالاستیک  (Viscoelastic)که در آنها پس از قطع یک تنش برشی تغییر شکل دهنده یک بازگشت الاستیک جزیی مشاهده می‌شود این مواد هم خواص سیالات وهم خواص جامدات الاستیک را دارا می‌باشند.

6-2-1- سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان

Time Independent Non Newtonian Fluids

سیالاتی که درآنها ویسکوزیته صرفاً تابعی از شدت برش است به نام سیالات ویسکوز غیر نیوتنی یا سیال نیوتنی تعمیم یافته (Generalized Newtonian Fluids) مرسوم شده که خود این سیالات به دو گروه تقسیم می‌شوند:

1-    سیالات دارای تنش تسلیم Yield Stress))

2-    سیالات فاقد تنش تسلیم

6-2-2- سیالات دارای یک تنش تسلیم :

اگر ماده‌ای بتواند مقدار مشخصی تنش را (یعنی تنش تسلیم) بدون آنکه جاری شود تحمل کند، پدیده‌ای بنام پلاستیسیتی را نمایش داده است در مقادیر بالاتر از تنش تسلیم، ماده بطور مداوم همانند یک سیال تغییر شکل خواهد داد.  علت این رفتار فیزیکی خاص معمولاً به ساختمان داخلی سه بعدی ماده نسبت داده می‌شود.  این ساختمان داخلی قادر است تا تنش برشی کمتر از مقدار تسلیم را بدون آنکه ناگزیر به حرکت شود تحمل نماید ولی پس از آن در هم فروریخته و اجازه حرکت برشی را می‌دهد.  منحنی جریان این نوع مواد در شکل 8-1 نشان داده شده است این منحنی ها محور تنش برشی را در نقطه  قطع می‌کنند.

 

 

 

 

 

                      

 

 

 

 

شکل 8-1 : رابطه بین شدت برش و تنش برشی در سیالات بینگهام پلاستیک

سیالات مدل بینگهام پلاستیک شامل دوثابت می‌باشند.  یکی تنش تسلیم و دیگری ویسکوزیته پلاستیک .  این مدل نمایانگر یک منحنی جریان خطی است.

معادله تئوری جریان این نوع سیالات بصورت ذیل است:

 

6-2-3- سیالات فاقد یک تنش تسلیم:

تعدادی از سیالات فاقد تنش تسلیم می‌باشند که به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1-      سیالات شبه پلاستیک Pseudoplastic

2-      سیالات دایلاتانت Dilatant

سیالات شبه پلاستیک (Pseudoplastic) مانند سیالات نیوتنی به مجرد اعمال نیرو شروع به حرکت می‌کنند در این سیالات بر خلاف سیالات نیوتنی تنش برشی رابطه غیر خطی با شدت برش دارد.  (شکل 9-1) جریان اینگونه سیالات به کمک معادلات زیر نشان داده می‌شود که به پاورلا    (Power law) معروف می‌باشد.

 

اگر از طرفین رابطه بالا log گرفته شود خواهیم داشت:

 

رابطه فوق نشان می‌دهد که منحنی log τ بر حسب log γ بصورت یک خط می‌باشد که log k برابر با عرض از مبداء و n برابر با شیب خط می‌باشد.

 :nشاخص رفتار جریان (Flow Behavior Index) که شیب منحنی در مختصات لگاریتمی بوده و از یک به سمت صفر با افزایش شبه پلاستیک بودن تغییر می‌نماید.

 :Kشاخص پایداری (Consistency Index)نشان می‌دهد که سیال تا چه حد قابل پمپ شدن می‌باشد هر چه K بزرگتر باشد سیال ویسکوزتر و پمپ کردن آن مشکل‌تر است.

در سیالات شبه پلاستیک ویسکوزیته ظاهری با افزایش شدت برش کاهش می‌یابد.

 

 

 
   

 

 

 

 

 

                                           

                                                Log K

 

 
   

 

 

 

شکل 7-1 : رابطه بین شدت برش و تنش برشی در سیالات فاقد تنش تسلیم

 

 

شکل 9-1:  رابطه بین شدت برش و تنش برشی در سیالات فاقد تنش تسلیم

 

6-2-4- سیالات دایلاتانت :(Dilatant Fluid)

در سیالات دایلاتانت بر خلاف سیال شبه پلاستیک، ویسکوزیته ظاهری با افزایش شدت برش افزایش می‌یابد این مواد بسیار کمتر از سیالات شبه پلاستیک مرسوم هستند.  معادله پاورلا برای این نوع سیالات نیز در حالت n>1 قابل استفاده است.  در برخی از سوسپانسیونهای آبی دی‌اکسید تیتانیم، برخی محلول های پودر ذرت – شکر، بعضی رنگها و پودر آهن در مایعات دارای ویسکوزیته پایین، رفتار سیالات دایلاتانتی دیده می‌شود.

6-2-5- Shear Thinning:

ویسکوزیته ظاهری در برخی از سیالات غیرنیوتنی بینگهام پلاستیک و پاورلا در جریان آرام با افزایش شدت برش، کاهش می یابد این اثر بعنوان Shear Thinning شناخته می‌شود.

یادآوری می‌شود که ویسکوزیته ظاهری عبارتست از :

 

در سیالات مدل نیوتنی :

 

در سیالات مدل بینگهام پلاستیک:

 

در سیالات مدل پاورلا:

 

 

6-3-  سیالات غیر نیوتنی تابع زمان Time-Dependent Non-Newtonian Fluid

بیشتر سیالات واقعی دارای رفتار پیچیده‌تری از آنچه که تاکنون بحث گردیده است می‌باشند. بسیاری از مایعات غیر نیوتنی نه تنها ویسکوزیته‌ای وابسته به شدت برش دارند بلکه ساختمان آنها نیز تابع زمان است، البته طبیعی است که ساختمان سیال با شدت برش تغییر پیدا کند ولی اگر تطبیق یافتن سیال با شدت برش اعمال شده نیازمند زمان قابل توجهی باشد، در آن صورت ملاحظه خواهد شد که ویسکوزیته اندازه گیری شده در یک آزمایش برشی ساده نه تنها با شدت برش تغییر می‌کند بلکه تابع زمان نیز هست این مواد معمولاً به دو گروه تقسیم می‌شوند:

1-    سیالات تیکسوتروپیک

2-    سیالات رئوپکتیک

وجه تمایز دو گروه فوق در کاهش و یا افزایش ویسکوزیته با گذشت زمان در شرایط تنش برشی مشخص و دمای ثابت می‌باشد.

6-3-1- سیالات تیکسوتروپیک (Thixotropic) :

این مواد اگر در معرض یک شدت برش ثابت و در دمای معین قرار داده شوند، تنش برشی آنها نسبت به زمان یک کاهش برگشت پذیر خواهد داشت.  البته تنش برشی در نهایت به یک مقدار حدی (که با تعادل ایجاد شده در ساختمان سیال، بدلیل اعمال یک شدت برش مشخص، سازگار است) دست خواهد یافت. (شکل 10-1)

منحنی جریان با انجام آزمایش منفرد قابل اندازه‌گیری‌ است. در این آزمایش شدت برش بطورمداوم از صفرتا یک مقدار ماکزیمم افزایش‌یافته‌وسپس فوراً بطورمداوم کاهش پیداکرده تا به صفر برسد.

           
         
   
 
 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 10-1 : رابطه بین شدت برش و تنش برشی در سیالات تیکسوتروپیک

 

برای توجیه رفتار سیالات تیکسوتروپیک می‌توان گفت اگر سیالی تحت تأثیر میزان برش ثابتی قرار گیرد، بتدریج ساختمان مولکولیش شروع به شکستن نموده و ویسکوزیته با افزایش زمان کاهش می‌یابد، هر چه میزان برش بیشتر باشد، میزان شکستگی مولکولی و کاهش ویسکوزیته نیز بیشتر خواهد بود.  مولکول‌های شکسته شده می‌توانند مجدداً بهم چسبیده و به حالت اول برگردند.  هر چه تعداد مولکول‌های شکسته شده بیشتر گردد، احتمال برگشت به حالت اول نیز بیشتر می‌شود زیرا مولکول‌های شکسته شده بیشتری وجود دارند که می‌توانند بهم بچسبند.  نهایتاً تعادل دینامیکی برقرار خواهد شد که در آن تعداد مولکول‌هایی که می‌شکنند و مولکولهایی که بهم می‌چسبند برابر خواهد گشت.  مثال‌هایی از خواص تیکسوتروپیک در موارد زیر یافت شده‌است برخی محلول ها یا مذاب های پلیمرهای دارای جرم مولکولی بالا، گل حفاری چاه نفت، گریس‌ها، مارگارین، مرکب های چاپ و رنگها.

6-3-2- سیالات رئوپکتیک (Rheopectic):

این مواد نادر هستند و دقیقاً عکس سیالات تیکسوتروپیک می‌باشند.  سیالات رئوپکتیک در شدت برش ثابت وتحت شرایط ایزوترمال یک افزایش برگشت‌پذیر را در تنش برشی نسبت به زمان نشان می‌دهند.  از نمونه سیالات رئوپکتیک می‌توان به محلول گچ در آب و سوسپانسیون‌های رسی بنتونایت اشاره نمود.

 

 
   

 

 

 

 

               

 

 

 

 

 

Time, t         

 

شکل 11-1: منحنی جریان برای سیال رئوپکتیک

 

6-4- سیالات ویسکوالاستیک:

این مواد هم خاصیت ویسکوز و هم خاصیت الاستیک را توأماً دارا می‌باشند.  در یک جامد الاستیک ایده آل، رابطه بین تنش و کرنش مستقل از زمان است ولی در یک ماده ویسکوالاستیک تنش لازم جهت حفظ یک کرنش ثابت به مرور زمان کاهش می‌یابد.  از طرف دیگر بر خلاف سیالات مستقل از زمان، پس از قطع تنشی که موجب جریان یافتن یک سیال ویسکوالاستیک شده است، بخشی از تغییر شکل بتدریج باز خواهد گشت.  مثالهایی از سیالات ویسکوالاستیک عبارتند از قیرها، خمیر نان و محلول ژلاتین.

مثال1:  دو صفحه به فاصله  1cmاز یکدیگر قرار گرفته اند اگر مساحت صفحه بالایی2cm2 و صفحه پایینی ساکن باشد حساب کنید Yield Point(Yp)و ویسکوزیته پلا ستیک(PV)  سیالی را که بین این دو صفحه قرار گرفته است، اگر نیروی 200 دین لازم باشد تا باعث گردد که صفحه بالایی شروع به حرکت کند و نیروی 400 دین لازم باشد تا صفحه بالایی با سرعت ثابت 10 cm/s حرکت کند.

حل:

 

 

 

 

 

مثال2:  دو صفحه به فاصله  1cmاز یکدیگر قرار گرفته‌اند اگر مساحت صفحه بالایی و صفحه پایینی ساکن باشد، شاخص پایداری(K)  و شاخص رفتار جریان (n) را حساب کنید در صورتیکه یک نیروی 50 دین لازم باشد تا صفحه بالایی با سرعت ثابت  حرکت کند و نیروی 100 دین لازم باشد تا صفحه بالایی با سرعت ثابت  حرکت کند.

 

 

 

7-  اندازه گیری خواص رئولوژیکی:

در مورد سیالات نیوتنی صرفاً یک اندازه‌گیری، عمدتاً ویسکوزیته، کافی است در حالیکه برای سیالات غیر نیوتنی حداقل انجام دو اندازه گیری تجربی لازم است تا خواص رئولوژیکی تعیین گردند.

7-1- تعیین آزمایش پارامترهای رئولوژیکی

(Experimental Determination of Rheological Parameters)

وسایل زیر عملاً در سر چاه مورد استفاده قرار می‌گیرد:

1)    ویسکومتر قیف مارش

2)    ویسکومتر دوار

7-1-1- ویسکومتر قیف مارش: (The Marsh Funnel Viscometer)

قیف مارش وسیله‌ای بسیار ساده برای اندازه‌گیری سریع گرانروی در سرچاه می‌باشد.