Вязкость нефти

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению её частиц при движении, важнейшее технологическое свойство нефтяной системы. Величина вязкости учитывается при оценке скорости фильтрации в пласте, при выборе типа вытесняющего агента, при расчете мощности насоса добычи нефти и др.(вопрос студ.)

Нефть – неидеальная система.

С точки зрения химии углеводороды и гетероатомные соединения взаимодействуют друг с другом, за счет физического, Ван-дер-Ваальсов-ского взаимодействия – кулоновское, диполь-дипольное, ориентационное, индукционное, дисперсионное. Ван-дер-ваальсовое взаимодействие состоит из трех типов слабых взаимодействий:

· Ориентационные силы, диполь-дипольное притяжение. Осуществляется между молекулами, являющимися постоянными диполями. Примером может служить HCl в жидком и твердом состоянии. Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна кубу расстояния между диполями.

· Дисперсионное притяжение (лондоновские силы). Взаимодействием между мгновенным и наведенным диполем. Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между диполями.

· Индукционное притяжение. Взаимодействие между постоянным диполем и наведенным (индуцированным). Энергия такого взаимодействия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между диполями.

С точки зрения математики все наблюдаемые макропараметры нефтяных систем нельзя рассчитывать по принципу аддитивности (свойство величин есть сумма величин его составляющих). Параметр вязкость наиболее тесно отражает эти взаимодействия и коррелирует со степенью их проявления.

Вязкость (абсолютная, динамическая) сила сопротивления перемещению слоя жидкости площадью в 1 см² на 1 см со скоростью 1 см/с. Измеряется в Пуазах (П, или г/см*с; в системе СИ Паскаль на секунду (Па*с) – это сопротивление, оказываемое жидкостью при перемещении относительно друг друга двух слоёв, площадью 1 м² каждый, находящийся на расстоянии 1 м со скоростью 1 м/с под действием приложенной силы 1 Н.

Динамическая вязкость воды 1 мПа.с.

По динамической вязкости расчетным путём определяют значения рациональных дебитов скважин. (рис. 4.2).

Динамическая вязкость определяется по уравнению Ньютона:

, (4.6)

где А – площадь перемещающихся слоёв жидкости или газа (рис. 4.2);

F – сила, требующаяся для поддержания разницы скоростей движения между слоями на величину dv;

dy – расстояние между движущимися слоями жидкости (газа);

dv – разность скоростей движущихся слоёв жидкости (газа).

μ – коэффициент пропорциональности, абсолютная, динамическая вязкость.

Рис. 4.2. Движение двух слоёв жидкости относительно друг друга

Размерность динамической вязкости определяется из уравнения Ньютона:

- система СИ – [Па×с, мПа×с];

- система СГС – [пуаз (пз), сантипуз (спз)] = [г/ (см×с)].

С вязкостью связан параметр – текучесть ( j) – величина обратная вязкости:

. (4.7)

Кроме динамической вязкости для расчётов используют также параметр кинематическую вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой с учётом силы тяжести.

. (4.8)

Единицы измерения кинематической вязкости:

– система СИ – [м²/с, мм²/с];

– система СГС – [стокс (ст), сантистокс (сст)]; 1сст =1·10^-4 м²/с.

Вязкость сепарированной нефти с возрастанием температуры уменьшается, а с возрастанием давления увеличивается.

С увеличением молекулярного веса фракции, температурного интервала выкипания фракции, плотности величина вязкости возрастает.

Вязкость нефти уменьшается с повышением количества углеводородного газа растворенного в ней, и тем больше, чем выше молекулярная масса газа (рис. 4.3).

При увеличением молекулярной массы углеводородного компонента от СН₄ к С₄Н₁₀, растворенного в нефти вязкость нефтей будет уменьшаться, за счет увеличения доли неполярных соединений (газ идеальная система).

Однако не все компоненты газа подчиняются такой закономерности. С увеличением количества азота растворенного в нефти вязкость нефтей в пластовых условиях будет возрастать.

С увеличением молекулярной массы жидкого углеводородного компонента от С₅Н₁₂ и выше, растворенного в нефти вязкость нефтей будет возрастать, за счет увеличения доли полярных компонентов (нефть неидеальная система).

Рис. 4.3. Изменение вязкости нефти Балаханского месторождения при насыщении ее газом

Вязкость смесей аренов больше вязкости смесей алканов. Поэтому, нефти с высоким содержанием ароматических углеводородов более вязкие чем нефти парафинового основания.

Чем больше в нефти содержится смол и асфальтенов (больше полярных компонентов), тем выше вязкость.

Вязкость "сырых" нефтей больше вязкости сепарированных.

Как правила, величина вязкости нефти коррелирует с величиной плотностью или удельным весом нефти.

Вязкость пластовой нефти всегда значительно отличается от вязкости сепарированной нефти, вследствие большого количества растворённого газа, содержащегося в ней, пластовых температур.

Повышение температуры вызывает уменьшение вязкости нефти (рис. 4.4. а). Повышение давления, ниже давления насыщения приводит к увеличению газового фактора и, как следствие, к уменьшению вязкости. Повышение давления выше давления насыщения для пластовой нефти приводит к увеличению величины вязкости (рис. 4.4. б).

Минимальная величина вязкости имеет место, когда давление в пласте становится равным пластовому давлению насыщения (рис. 4.4. б).

По данным Г.Ф. Требина вязкость нефти в пластовых условиях различных месторождений изменяется от сотен мПа×с до десятых долей мПа×с (около 25 % залежей), от 1 до 7 мПа×с (около 50 % залежей) и от 5 до 30 мПа×с (около 25 %).

Рис. 4.4. Изменение вязкости пластовой нефти от температуры (а) и давления (б)

Однако известны месторождения нефти, вязкость которых в пластовых условиях достигает значительной величины: Русское месторождение Тюменской области (μ ≈ 700-800 мПа×с), залежи Ухтинского месторождения Коми (μ ≈ 2300 мПа×с), пески оз. Атабаска в Канаде.

В пластовых условиях вязкость нефти может быть в десятки раз меньше вязкости сепарированной нефти.

Приборы для определения вязкости называются вискозиметрами.

Вязкость нефти меняется в широких пределах в зависимости от свойств: от 0,1 до 10 мПа.с.

Выводы:

1.Чем тяжелее нефть, тем она менее подвижная.

2. Вязкость нефти растет с увеличением в ней асфальто-смолистых веществ.

3. С повышение температуры вязкость уменьшается.

4. С повышением давления вязкость увеличивается.

5. Группа нафтеновых УВ характеризуется большей вязкостью, чем группы ароматических и метановых.

Рассмотренные свойства (плотность и вязкость) определяются лабораторным путём по поверхностным пробам.

Дата добавления: 2013-12-12