Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Аномалии вязкости нефти




 

Исследованиями, выполненными на кафедре эксплуатации нефтяных месторождений УНИ установлено, что асфальтеносодержащие пластовые и дегазированные нефти при температурах выше температуры насыщения парафином являются аномально-вязкими.

Линии консистентности этих нефтей по форме аналогичны полным реологическим кривым С.Оствальда (рис.5). По классификации акад.П.А.Ребиндера кривые консистентности такой формы характерны для жидкообразных структурированных коллоидных систем. Структурная сетка образована в них мицеллами асфальтенов и относится к типу коагуляционных структур. Как правило, начальная температура в ласте выше температуры насыщения нефти парафином, поэтому асфальтеносодержащие нефти следует считать аномально-вязкими.

Рис.5. Кривые консистентности и эффективной вязкости для аномально-вязких систем.

 

Рассмотрим более подробно форму линии течения таких нефтей и сущность процессов, происходящих на каждом характерном участке кривой консистентности. На кривой консистентности (рис.5) можно выделить два линейных участка, различающихся углом наклона к оси напряжений сдвига. Первый участок (б-в) расположен правее напряжения предельного разрушения структуры τm до области турбулентного течения. Продолжение реологической линии этого участка проходит через начало координат.

Вязкость нефти в этой области постоянная и наименьшая. Она названа наименьшей вязкостью предельно разрушенной структуры μm.

Второй участок (0-а) находится в начале кривой консистентности – в области малых напряжений и скоростей сдвига. Угол наклона кривой на этом участке небольшой, течение нефти в этой области происходит практически без разрушения структуры, поэтому ее вязкость наибольшая. Продолжение участка (о-а) также проходит через начало координат. По П.А.Ребиндеру в этой области разрушение структуры сопровождается полным тиксотропным ее восстановлением, и система движется с практически неразрушенной структурой, т.е. наблюдается явление ползучести. Вязкость нефти постоянна и названа наибольшей предельной вязкостью практически неразрушенной структуры μ0.

При выполнении практических расчетов можно принять, что при превышении предельного динамического напряжения сдвига (θ) μ0 начинает уменьшаться и при действующих напряжениях сдвига, равных τm , достигает наименьшей величины μm. В этой области (а-б) эффективная или структурная вязкость соответствует равновесному состоянию процессов разрушения и восстановления структуры, протекающих одновременно в установившемся ламинарном потоке. От точки «а» до точки перегиба кривой (а-б) превалирует процесс восстановления структуры, а в дальнейшем от точки перегиба до «б» - процесс разрушения пространственной структурной сетки.

Из изложенного следует, что вязкость нефти зависит от напряжений и скоростей сдвига. Такая зависимость в реологии названа аномалией вязкости. В частности, у неньютоновских жидкостей, кроме дилатантных, кажущаяся или эффективная вязкость уменьшается с ростом действующих напряжений сдвига τ.

Для аномально-вязких нефтей связь между эффективной вязкостью и напряжением сдвига выражается следующей формулой:

где τn – некоторое напряжение сдвига, соответствующее началу сильного разрушения структуры. Оно находится из экспериментальной зависимости μэ = ƒ(τ) по величине

т.е. по величине эффективной вязкости, соответствующей условию τ = τn.

В – коэффициент, характеризующий скорость разрушения структуры в системе. Для нахождения этого коэффициента используется любая точка экспериментальной кривой μэ = ƒ(τ), лежащей в диапазоне напряжений сдвига от τn до τm. Коэффициент В находится из формулы (7) по значениям τ и μэ в этой экспериментальной точке и найденной ранее величине τn.

К аномально-вязким системам следует отнести фильтрующиеся без перерыва нефти с температурой, превышающей температуру насыщения парафином. После появления в объеме нефти кристалликов парафина до температуры, близкой к температуре массовой кристаллизации, аномалии вязкости значительно усиливаются. При этом у нефтей с содержанием парафинов до 6% масс при непрерывном движении наблюдаются линии типа С.Оствальда. Эти выводы основаны на результатах многолетних исследований пластовых нефтей месторождений Башкирии, Татарии, Западного Казахстана и Республики Коми.

Нефть, содержащая асфальтены и парафины, относится к тиксотропным системам. Такие системы способны к изотермическому восстановлению структуры, разрушенной при механическом воздействии. В процессе теплового движения частицы дисперсной фазы принимают такое взаимное расположение, при котором система обладает минимумом энергии и становится термодинамически более устойчивой. В частности, в состоянии покоя структура упрочняется настолько, что при возобновлении течения вязкости при тех же скоростях сдвига будет выше, чем до перерыва в движении.

Тиксотропные свойства нефти ведут к усилению структурно-механических свойств. Например, с увеличением продолжительности покоя предельное динамическое напряжение сдвига (ПДНС) растет. Зависимость этого параметра от времени покоя записывается в виде

где θ – ПДНС нефти в условиях непрерывного движения, θmax – максимальное значение ПДНС нефти, находившейся в покое более35 часов, t – время покоя; с=0,42 – коэффициент, зависящий от свойств нефти.

Следует учесть, что наиболее быстро ПДНС увеличивается в течение 10 часов после прекращения движения. В дальнейшем прочность структуры увеличивается незначительно. Рост ПДНС прекращается после 35 часов покоя нефти. Зависимость между θmax и θ приближенно оценивается формулой

θmax = 1,9θ.

Тиксотропные свойства являются одной из причин проявления сверханомалий вязкости нефтей. Хотя линия консистентности по-прежнему исходит из начала координат, но в этом случае появляется многозначность вязкости. В определенных пределах каждому напряжению сдвига соответствует от двух до трех значений коэффициента вязкости (рис.6).

Рис.6. Линия консистентности и зависимости μэ = ƒ(τ) для системы с сверханомалией вязкости.

 

Особенно отчетливо сверханомалии вязкости даже при небольшом снижении температуры ниже пластовой (на 15ºС) наблюдается у высокопарафинистых узеньских нефтей. Причем, это явление проявляется как после покоя, так и при непрерывном движении нефти.

Сверханомалии вязкости достаточно четко отмечаются у высокосмолистых нефтей залежей нижнего карбона Башкирии и Татарии после покоя, а также при температурах нефти, близких к температуре массовой кристаллизации парафина.

Из рис.5 следует, что на линии консистентности с сверханомалией вязкости можно выделить несколько участков:

1) участок (о-а), где напряжение сдвига прямо пропорционально скорости сдвига, т.е. нижняя ньютоновская область течения с вязкостью практически неразрушенной структуры. Участок расположен левее предельного динамического напряжения сдвига;

2) участок (а-б-в) соответствует интенсивному разрушению структуры и резкому снижению сопротивления течению – режим проявления сверханомалии. На этом участке напряжение сдвига сначала (а-б) увеличивается, а затем (б-в) уменьшается с ростом градиента скорости. Здесь наблюдаются сильные аномалии вязкости. Наибольшее значение напряжения сдвига на этом участке, соответствующее точке «б», названо критическим напряжением сдвига;

3) практически вертикальный участок (в-г) соответствует переходу от сверханомалии и обычным случаям аномалии вязкости, когда эффективная вязкость обратно пропорциональна напряжению сдвига;

4) участок (г-д) верхней ньютоновской области течения при напряжениях, превышающих напряжение сдвига предельного разрушения структуры.

Для систем с такой формой линии консистентности Г.М.Бартенев и Н.В.Ермилова для исключения многозначности рекомендуют изображать зависимость эффективной вязкости от градиента скорости, а не от напряжения сдвига.

Выше было показано, что реологические свойства аномально-вязких нефтей можно охарактеризовать использованием четырех параметров – μ0, μm, θ и τm, а для нефтей с сверханомалией вязкости – введением дополнительно еще одного параметра τкр.

 







Дата добавления: 2014-12-06; просмотров: 1011. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия