Вязкость нефтяных смесей

 

Вязкость нефтяной системы один из важных ее параметров. Без ее точного знания невозможно рассчитать скорости фильтрации флюидов в пористой системе коллектора, а также мощностей насосов при добыче, сборе и подготовке нефти для внешнего транспорта.

Все физико-химические свойства нефтей есть макроскопические проявления их состава и поведения. Качественный состав нефтяных систем определяется условиями формирования залежей и природой исходного органического вещества. Однако факторы времени в сочетании с различными процессами преобразования в залежи, действующими на объект нередко в разных направлениях, приводят к различного рода отклонениям в сторону "случайных" явлений. Поэтому прогнозирование физико-химических свойств нефтей можно осуществлять лишь весьма приближенно.

Нефть - неидеальная система. Идеальной называется такая система, в которой не происходит взаимодействия компонентов. Компоненты нефти - не нейтрально заряженные частицы, а за счет наличия донорно-акцепторных заместителей или пространственных конформаций  молекул  проявляют  полярные  свойства.  Численной  мерой, выражающей  полярность  молекул,  служит  величина  дипольного  момента

В силу полярности нефтяные компоненты склонны к образованию ассоциатов переменного состава. В простейшем случае они образуются за счет Ван-дер-Ваальсовского взаимодействия, которые объединяют кулоновское, диполь-дипольное, ориентационное, дисперсионное, индукционное и т. д. Эти взаимодействия и влияют на реологические свойства жидкостей.

Природа вязкости. Закон И. Ньютона (1687 г.) выражает равновесие между приложенной силой (F) и сопротивлением жидкости (р) при установившемся равномерном ее движении. То есть, если есть два движущихся слоя площадью


Рис. 2.1. Схема уравнения Ньютона

 

(А), то при перемещении одного слоя относительно другого на преодоление сил сцепления необходима сила (F) (рис. 2.1), при этом, если верхний слой имеет скорость (v+dv), a нижний (v), то скорость течения жидкости на расстоянии (dy) будет определяться величиной (dv/dy) и уравнение Ньютона примет вид:

 

F/А = μ dv / dy       F = μ А dv / dy            (2.1)

 

где:  μ -коэффициент пропорциональности, зависящий от молекулярных сил сцепления, природы и структуры данной жидкости, получивший  название коэффициента внутреннего трения или абсолютной (динамической) вязкости;

       dy - расстояние между движущимися слоями жидкости (газа);

       dv - разность скоростей движущихся слоев жидкости (газа).

 

 Физический смысл коэффициента вязкости. Для граничных условий, при А=1 и dv / dy = 1,   F = μ, т. е. коэффициент вязкости (или просто вязкость) равен силе (трения) между слоями жидкости при площади соприкасающихся слоев равной единице и градиенте скорости течения между слоями, равном единице.

 

Величина μ - абсолютная или динамическая вязкость (т.е. внутреннее сопротивление без учета сил тяжести).

Размерность динамической вязкости определяют из уравнения (2.1)

В системе СГС  μ = г /см. с = 1 пуаз (пз).

На практике измерения ведут в сантипуазах (спз),  1 пз= 100 спз.

В системе СИ   μ =  н ·с / м 2   или  Па·с, мПа·с.

Величина, обратная вязкости, называется текучестью (ζ): ζ = 1/ μ.

 

Под кинематической вязкостью (ν) понимается свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой с учетом сил тяжести:

 

ν = μ / ρ                                (2.2)

 

где р - плотность жидкости при одной и той же температуре, обычно используют с.у. (стандартные условия при 20°С).

 

Размерность кинематической вязкости

В системе СИ   м2 / с, мм2/с.

В системе СГС см2 /с = стокс ( ст ), 1 ст = 10 сст (сантистокс) = 10 –4 м2 / с.

Вязкость зависит от температуры и давления, состава нефти и количества растворенного в ней газа. С повышением температуры (Т), вязкость уменьшается, т.е. увеличивается среднее расстояние между молекулами за счет ослабления взаимного притяжения и, как следствие, уменьшается сила трения. С повышением давления (Р) вязкость возрастает.

            Чем выше полярность компонентов, тем выше вязкость. Наиболее пологую вязко-температурную кривую имеют парафины (величина дипольного момента 0,08 - 0,1Д).

         Для пластовых нефтей вязкость уменьшается с увеличением количества растворенного в них газа до критической точки - давления насыщения.

       В среднем вязкость большинства нефтей редко превосходит 40-60 сст.


Ищи здесь, есть все, ну или почти все

Архив блога