Реологические свойства нефтий

Вязкость влияет на реологические свойства нефтей.

Реология – наука, изучающая механическое поведение твердо-жидкообразных тел, структурно–механические свойства нефтей.

В уравнении 3.7 координату скорости (dv) можно представить как dx /dt, где x - длина пути в направлении скорости движения v, а t – время. Величина dx/dy характеризует сдвиг (г) слоев, деформацию. Соотношение F/A – есть величина касательного напряжения (ф), развиваемое в движущихся слоях жидкости. Тогда, для ньютоновских жидкостей уравнение Ньютона можно записать:

dг/dt = ф/м. (3.10)

Уравнение 3.10, описывающее связь между касательным напряжением (ф) и скоростью сдвига (dг/dt), называется реологическим.

У ньютоновских жидкостей скорость сдвига пропорциональна касательному напряжению (давлению) и обратно пропорциональна вязкости жидкости (рис. 3.5). По аналогии с законом Гука: упругое поведение характеризуется пропорциональностью между напряжением и деформацией сдвига.

Вязкость ньютоновской жидкости (м) зависит только от температуры, давления.

Рис. 3.5. Схема сдвига слоев жидкости

Вязкость неньютоновской жидкости (м) зависит от температуры, давления, скорости деформации сдвига и времени нахождения в спокойном состоянии.

Реологические характеристики нефтей в значительной степени определяются содержанием в них смол, асфальтенов и твердого парафина.

Вязкопластичное течение жидкости описывается уравнением Бингама:

ф = ф_о + м^* (d г/dt), (3.11)

где ф_о – динамическое напряжение сдвига;

м^* – кажущаяся вязкость пластичных жидкостей, равная угловому коэффициенту линейной части зависимости dг/dt = ѓ(ф).

Движение вязкопластичных нефтей аппроксимируется степенным законом зависимости касательного напряжения (ф) от модуля скорости деформации (dг/dt):

ф = К(dг/dt)ⁿ, (3.12)

где К – мера консистенции жидкости;

n – показатель функции.

С увеличением вязкости величина консистенции жидкости возрастает. Линии консистентности для различных типов реологически стационарных неньютоновских жидкостей приведены на рис. 3.6.

При n = 1, уравнение 3.12 описывает течение ньютоновских жидкостей (рис. 3.6., кривая 3), проявляющие упругие свойства. К ньютоновским жидкостям относятся, растворы индивидуальных углеводородов, смеси углеводородов до С₁₇, газоконденсатные системы, легкие нефти, молекулярные растворы.

При n < 1 поведение нефти соответствуют псевдопластикам (кривая 2) – упруго-пластичной жидкости. Примером могут служить нефти, компоненты которых склонны к образованию надмолекулярных структур, высокопарафинистые дегазированные нефти, высокополимерные буровые растворы и др.

При n > 1 поведение нефти соответствует дилатантной жидкости (кривая 4) – вязко-пластические жидкости. Примером могут служить буровые растворы, водные растворы полимеров для повышения нефтеотдачи, представляющие собой высокомолекулярные соединения со сложным строением молекул и др.

Реологическая кривая 1 (рис. 3.6) относится к бингамовским пластикам – пластическая жидкость.

Рис. 3.6. Виды линий консистентности: 1. – бингамовские пластики; 2. – псевдопластики; 3. – ньютоновские жидкости; 4. – дилатантные жидкости

В состоянии равновесия нефтяная система ведет себя как пластическая жидкость и обладает некоторой пространственной структурой, способной сопротивляться сдвигающему напряжению (ф), пока величина его не превысит значение статического напряжения сдвига (ф_о). После достижения некоторой скорости сдвига, нефть способна течь как ньютоновская жидкость. Примером пластической жидкости могут служить нефти с высоким содержанием парафина при температурах ниже температуры кристаллизации, аномально-вязкие нефти, с высоким содержанием асфальтенов, структурированные коллоидные системы, используемые для повышения нефтеотдачи пласта.

Дата добавления: 2014-01-04