Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

НИИ углеводородных газов она понижается тем больше, чем выше молекулярная масса газа. Практически вязкость нефти в пластовых условиях различных месторождений изменяется от многих сотен мПа-с до десятых долей мПа-с (от нескольких пуаз до десятых долей сантипуаза).

В пластовых условиях вязкость нефти может быть в десятки раз меньше вязкости сепарированной нефти (например, новодмитриевской - более 10 раз, ромашкин-ской - в 5,5 раза).

Следует учитывать, что с понижением давления вязкость пластовой нефти непрерывно изменяется (рис. III.24). При отсутствии азота перелом на кривых зависимости вязкости от давления наступает в области, близкой к давлению насыщения. Если в растворе содержатся значительные количества азота, перелом кривой может не соответствовать давлению насыщения в связи с уменьшением вязкости нефти при выделении азота из раствора.

Вязкость пластовой нефти определяется специальными вискозиметрами высокого давления по забойным пробам. При отсутствии экспериментальных данных она может быть оценена приблизительно по опытным зависимостям и графикам, если известны свойства дегазированной нефти, количество и состав растворенного в нефти газа 15, 23]. Для этого используются экспериментальные зависимости вязкости нефтей от их плотности и объема растворенного газа и пластового давления, составленные на основе анализа большого экспериментального материала.

В различных технологических процессах промысловой практики широко применяют искусственно приготовленные жидкости, обладающие структурно механическими свойствами (глинистые растворы, загущенные нефти и нефтепродукты, растворы полимеров и высоковязкие продукты лесохимической промышленности и т. д.).

§ 12. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕНЬЮТОНОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Вязкость ц ньютоновских жидкостей зависит только от температуры и давления и касательное напряжение т, развивающееся в движущихся слоях жидкости

(рис. III.25), пропорционально градиенту скорости т. е.

t = -fi4. (III.72)

а 5 10 15 20 15 30 Давление, мПа

Рис. III.24. Изменение вязкости ряда пластовых вефтей при понижении пластового давления (по данным ВНИИ).

1 - новодмитриевская нефть; 2 - ахтырская нефть; 3 - зыбзинская нефть; 4 - нефть Песчаного Умета; 5 - жирновская нефть.

dy

Уравнение (III.72) записывается в форме, аналогичной закону упругости Гука, путем следующих преобразований

Т = -Х

dy dy

\ dt ) dt

(III.73)

V /,

Скорость (Г

где X - длина пути в направлении скорости движения у; t - время.

Величина в (III.73) характеризует сдвиг у слоев (деформацию) и, следовательно, у ньютоновских жидкостей Скорость сдвига пропорциональна касательному напряжению и обратно пропорциональна вязкости жидкостей

Уравнение типа (II 1.74), устанавливающее связь между напряжением и скоростью сдвига, называется реологическим уравнением.

Вязкость неньютоновской жидкости зависит не только от давления и температуры, но и от скорости деформации сдвига, от состояния жидкости (от времени ее нахождения в спокойном состоянии), конструктивных особенностей аппаратуры.

Неньютоновские жидкости по свойствам подразделяются на три большие группы.

1. Жидкости, для которых скорость сдвига в каждой точке представляет некоторую функцию только напряжения сдвига в той же точке н не зависит от времени.

2. Жидкости, в которых связь между напряжением и скоростью сдвига зависит от времени действия напряжения или от предыстории жидкости (золи, высокодисперсные суспензии).

3. Упруговязкие жидкости, обладающие свойствами как твердого тела, так и жидкости, как вязкостью, так и сдвиговой упругостью. Частично проявляют упругое восстановление формы после снятия напряжения.

V7777,

Закрепленная

Рис. III.25.

Неньютоновские жидкости с реологическими характеристиками, не зависящими от времевга

Свойства этих жидкостей описываются реологическим уравнением

(II1.75)

В зависимости от вида функции / (т) эти жидкости разделяются на три вида: бингамовские пластики, псевдопластики и дилатантные жидкости.

Кривые течения для различных типов реологически стационарных неньютоновских жидкостей приведены на рис. III.26. Реологическая кривая 1 относится к бингамовскпм пластикам, в состоянии равновесия обладающим некоторой пространственной структурой и способным сопротивляться сдвигающему напряжению, пока оно не превысит величину предельного

напряжения сдвига. В следующие моменты (после достижения некоторой скорости сдвига) они начинают течь как жидкости. Для определения аномальной вязкости Т]а таких пластичных тел Ф. Н. Шведовым предложено следующее реологическое уравнение:

ц = ЕХ + , (III.76)

где Е - модуль Юнга;

Tj - предельное напряжение сдвига; V - скорость деформации;

Я, - период релаксации (определяет время, необходимое для «рассасывания» упругих напряжений, возникших в теле при постоянной деформации, X = ]i/E).

Уравнение Бингама, описывающее аналогичное вязко-пластичное течение, имеет вид

T-To = Tla-J. (III.77)

Рис. III.26. Основные виды реологических кривых.

1 - биологические пластики; 2 - псевдопластики; 3 - ньютоновские жидкости; i - ди-латантные жидкости.

За эффективную вязкость пластичных тел ньютоновской жидкости, величина которой

Как следует из формулы (III.77), деформация системы начинается, когда касательные напряжения т достигают величины предельного динамического напряжения сдвига То- Уравнение Бингама отклоняется от истинного закона течения при малых скоростях сдвига.

Уравнения (III.76) и (III.77) идентичны и обычно объединяются в одну формулу Шведова - Бингама

T = To-fri(-), (III.78)

где То - динамическое напряжение сдвига;

т] - пластическая вязкость, не зависящая от скорости сдвига и равная угловому коэффициенту линейной ча-d\

сти зависимости / (т)

(см. рис. III.26). принимается вязкость некоторой

Пэф =

dylit dyldt

(III.79)

Эффективная вязкость пластичных тел является переменной величиной.

Псевдопластики (реологическая кривая 2 на рис. II 1.26) характеризуются отсутствием предела текучести, а также тем, что эффективная их вязкость понижается с увеличением скорости сдвига. Псевдопластиками такие жидкости называют потому, что в определенном интервале напряжений они подчиняются уравнению Шведова - Бингама. Реологические кривые псевдопластиков обычно имеют две области, в которых эффективные вязкости постоянны. В области небольших значений эффективной вязкости наблюдается реологическая кривая, свойственная ньютоновским жидкостям. Пластическая вязкость т) системы в интервале между T]niin и Лщах постоянна. Считается, что проявление псевдопластичности связано с ориентацией асимметричных частиц и молекул полимеров системы большими осями вдоль потока с возрастанием