钻井液流变性通常是由不同的流变模式及其参数来表征的。按照流体流动时剪切速率与剪切应力之间的关系，流体可以划分为不同的流型。除牛顿流型外，根据所测出的流变曲线形状的不同，又可将非牛顿流体的流型归纳为塑性流型、假塑性流型和膨胀流型（图1）。符合这四种流型的流体分别叫作牛顿流体、塑性流体、假塑性流体和膨胀性流体。

图1　四种基本流型的曲线

①牛顿流体。特征是当牛顿流体在外力作用下流动时，剪切应力与剪切速率成正比。流变模式为：

…（1）

式中为剪切应力；为外力；为面积；为流体黏度；为剪切速率。

②塑性流体。其特征是必须加一定的力才开始流动，当剪切应力超过静切应力时，在初始阶段剪切应力和剪切速率的关系不是一条直线，表明此时塑性流体还不能均匀地被剪切，黏度随剪切速率增大而降低（图中曲线段）。继续增加剪切应力，当其数值大到一定程度之后，黏度不再随剪切速率增大而发生变化，此时流变曲线变成直线（图中直线段）。流变模式（宾汉模式）为：

…（2）

③假塑性流体。采用幂律模式能够比宾汉模式更好地表示钻井液在环空的流变性，并能更准确地预测环空压降和进行有关的水力参数计算。在钻井液设计和现场实际应用中，这两种流变模式往往同时使用。流变模型为：

…（3）

参数的测量与调控

大多数钻井液体系都属于塑性流体和假塑性流体。塑性流体的流变模式为宾汉模式，其主要参数为塑性黏度、动切力和静切力。假塑性流体的流变模式为幂律模式，其主要参数为流性指数和稠度系数。此外，漏斗黏度、表观黏度等也是钻井液的重要流变参数。

与钻井作业的关系

流态是流体流动的各种运动形态。从微观角度可将流态分为层流和紊流两种。钻井液在循环过程中的重要功用之一是将岩屑从环形空间携带至地面上，在这个过程中钻井液的流态就是钻井液环空流态，包括层流和紊流。

层流特点

层流时，钻井液的流速剖面为一抛物线，中心线处流速最大，两侧流速逐渐降低，而靠近井壁或钻杆壁处的速度为零。这样，片状岩屑在上升过程中各点受力是不均匀的，中心处流速高，作用力大；靠近两侧流速低，作用力小。正如图2所示，，致使有一个力矩作用在岩屑上，使岩屑翻转侧立，向环空两侧运移。

图2　片状岩屑在层流时的受力情况

紊流特点

紊流（又称湍流）时，岩屑不存在转动和滑落现象，几乎全部都能携带到地面上来，环形空间里的岩屑比较少。但是紊流携岩也有一些缺点，主要表现在：①岩屑在紊流时的滑落速度比在层流时大，这就要求钻井液的上返速度高，泵的排量大。②用紊流携岩还会使钻头的水马力降低，不利于喷射钻井。③紊流时的高流速对井壁冲蚀严重，不能很好地形成滤饼，容易引起井壁垮塌。

影响

钻井液处于层流时，可通过提高动塑比实现平板型层流。平板型层流是携带岩屑最为有利的环空流态，具有以下优势：①可实现用环空返速较低的钻井液有效地携带岩屑。②解决了低黏度钻井液能有效携岩的问题，为普遍推广使用低固相不分散聚合物钻井液提供了流变学上的依据。③避免了钻井液处于紊流状态时对井壁的冲蚀，有利于保持井壁稳定。钻井液处于紊流状态时，为减小钻井液对井壁的冲刷破坏，降低环空返速或同时提高黏度、切力，使钻井液流态转变为层流状态，然后再考虑如何通过控制动塑比使其转变为平板型层流。此外，钻井液流变性还关系到井壁稳定、岩屑和加重剂的悬浮、井内液柱压力变动和提高钻速等，因此其流变参数必须保持在合理的范围之内。