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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

из этого рисунка, кажущаяся вязкость уменьшается с течением времени при любой скорости деформации. В точке пересечения слегка искривленной части( оценка ее часто спорна) реологической кривой, соответствующей D = 0, с осью ординат на рис. 1.3-2, получаем значение кажущегося предельного напряжения сдвига. Для случая на рис. 1.3-2 указанная кривая пересекает ось ординат в точке, соответствующей г= = 15 Н/м2; для данного случая -сё также равно 15 Н/м. Путем определения те для различных температур можно установить, что кажущееся предельное напряжение сдвига экспоненциально возрастает по мере уменьшения температуры; на рис. 1.3-4 в полулогарифмической координатной системе проиллюстрирована эта взаимосвязь (Говье и Риттер, 1963).

Реопектичные жидкости используются значительно реже, чем тиксотропные. Они могут быть определены как дилатантные жидкости, устойчивое состояние структуры которых и, следовательно, устойчивые значения параметров потока, устанавливаются лишь спустя некоторый незначительный период времени.

в) Вязкоупругие жидкости

Вязкоупругие л<идкости проявляют как вязкостные, так и упругие свойства. Любое напряжение, действующее на такую жидкость, приводит к деформации, возрастающей во времени при уменьшении скорости. Если напряжение, действующее на деформационную систему, уменьшается до нуля, система восстанавливает свое состояние, т. е. деформация постепенно уменьшается либо до нуля, либо асимптотически до некоторого предельного значения. Вязкоупругие свойства могут быть легко выявлены по эффекту Вайссенберга, заключающемся в выталкивании вала, вращающегося в вязкоупругой среде (Лснгвелл, 1966). До сих пор не обнаружены нефти с вязкоупругими свойствами, однако жидкости с вязкоупругими реологическими свойствами используются при разрыве пластов.

В практике нефтедобычи часто возникает необходимость транспортирования по трубопроводу обводненной нефти, во многих случаях представляющей собой эмульсию. Реологические свойства таких эмульсий, в основном типа вода в нефти, изучены мало, однако установлено, что все они относятся к неньютоновским жидкостям (Персос, 1960). Исследование водных эмульсий азербайджанской нефти показало пластичный характер их течения (Абдурашитов, 1964). Установлена также псевдопластичность эмульсий типа вода в нефти (Шерман, 1963).

1.3.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ В ТРУБОПРОВОДАХ

В этой главе рассмотрено распределение скоростей течения пластичных и псевдопластичных жидкостей, наиболее часто применяемых в нефтяной промышленности, по сравнению с жидкостями с другими

реологическими свойствами. Распределение скоростей пластичных жидкостей описывается уравнением

2ц"

(1.3-5)

Это уравнение будет справедливым только при условии, что напряжение сдвига X равно или больше предельного напряжения сдвига Хе-Если Тст<:те, то даже наибольшее по величине напряжение сдвига возникающее у стенки трубопровода, должно быть меньше статического напряжения сдвига. Движение жидкости, заполняющей трубопровод, не начнется при градиенте давления ниже Тст- Если ТстТе, то нефть начнет течь как жидкость только в кольцевом пространстве с внешним радиусом Гв и внутренним г<.; последний представляет собой радиус, для которого напряжение сдвига т=Те. В пределах этого радиуса пластичная жидкость течет в виде твердой пробки со скоростью, равной скорости движения жидкости на расстоянии Ге от оси трубопровода (Лонгвелл, 1966):

2"

/ Хе

(1.3-6)

средняя, или объемная, скорость такого течения пробки определяется по формуле

(1.3-7)

При течении по трубопроводу пластичной среды средняя скорость может быть охарактеризована уравнением Бакингэма (Рехер, 1967), которое можно получить из уравнения (1.3-7):

, 1 /

-4-

(1.3-8)

Рис. 1.3-5 иллюстрирует изменения относительной скорости vjv по сечению трубопровода. Ясно, что для данной нефти т<>=const. Диаметр

твердой пробки, движущейся в трубопроводе, должен быть тем меньше, чем больше напряжение сдвига у стенки трубопровода и чем больше градиент давления, поддерживающий режим течения жидкости. С другой стороны, при данном градиенте давления и вызванным этим градиентом значением Гст, распределение скоростей будет приближаться к распределению их в потоке ньютоновской жидкости при меньшем содержании в потоке пластичного флюида (т. е. чем меньше величина Хе, характеризующая такое содержание).

о 1 2 0 1 2

Рис. 1.3-5. Профили скоростей потока пластичных жидкостей (Лонгвелл, 1966)

:0,8; б--=0,5; в----"- = 0,2

зт ст

Что касается псевдопластичных жидкостей, то для них существует аналогичная связь между скоростью потока и радиусом трубопровода, распределение скоростей устанавливается таким же образом. Так как между пластичным и псевдопластичным течениями имеется определенное сходство, сходными остаются параметры течения в трубопроводе и распределение скоростей по его сечению. В этом случае в кольцевом пространстве рядом со стенкой трубопровода также изменяется скорость течения; в пределах кольца перемещается центральная пробка со скоростью, примерно соответствующей скорости перемещения аналогичной пробки при пластичном течении. Графики распределения скоростей по сечению потока для псевдопластичных жидкостей строятся двумя способами: с использованием степенного закона (1.3-2) - пунктирная линия на рис. 1.3-6 - и с использованием формулы Эллиса (приведенной, например, Лонгвеллом в 1966 г.). На рис. 1.3-6 параметры Tct/ti/2 относятся к формуле Эллиса, в то время как п - показатель степени в степенном законе (1.3-2). Рисунок, с одной стороны, характеризует способ построения кривых распределения скоростей при различной степени псевдопластичности, а с другой - незначительность влияния на результаты построения выбранной математической модели. Отметим, что по мере увеличения п кривые распределения скоростей по сечению потока при псевдопластичиом течении приближаются к аналогичному распределению для пластичного потока.

Рис. ния

1.3-6. Профили распределе-окоростей псевдопластичных жидкостей

1/2

« 1; с-

= 2;

1.3.3. ОБОБЩЕННОЕ ЧИСЛО РЕЙНОЛЬДСА

Предположим, что напряжение сдвига в потоке, текущем в трубопроводе, превышает истинное или кажущееся значение статического напряжения сдвига даже на оси трубопровода. В этом случае в трубопроводе будет отсутствовать центральная «твердая» пробка и объемная скорость потока может быть точно рассчитана по общей формуле (1.3-7). Из этого уравнения может быть получена формула Уилкинсона (Рехер и Милиус, 1967):

8ti do

СТ ,J

dv dr

(1.3-9)

Можно доказать, что левая часть уравнения равна скорости дефор-3-546 33