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

Скорость сдвига D

Рис. 1.3-1. Реологические кривые ньютоновской А, псеводопластичной В, пластичной С и дилатантной D жидкостей

ричные частицы твердой фазы, а напряжения сдвига будут воздействовать на эти беспорядочно ориентированные частицы в направлении преимущественного ориентирования, причем большие оси направляются по сдвигу. Такое ориентирование уменьшает «кажущуюся вязкость». Термин «кажущаяся вязкость» означает для любой неньютоновской жидкости, что отношение t/D действительно пр« данной скорости деформации. Типичная реологическая кривая псевдопластиков, показанная в виде кривой В на рис. 1.3-1, также строится от начала координат, но наклон ее уменьшается с увеличением скорости деформации.

Вогнутая кривая на этом же рисунке характеризует реологическую кривую дилатант-ных жидкостей. Кажущаяся вязкость таких жидкостей возрастает по мере увеличения скорости деформации. Дилатантными свойствами часто характеризуются песчаные суспензии, изученные еще Рейнольдсом. Увеличение скорости сдвига вызывает нарастающее увеличение объема системы (дилитацию), жидкости становится недостаточно для смазки некоторых движущихся частиц песка, поэтому эффективная вязкость такой" суспензированной системы возрастает. Сырые нефти редко имеют дилатантные свойства; реологические кривые таких дилатантных нефтей характеризуются незначительной кривизной. Даже при отнесении таких нефтей к ньютоновским реологические свойства которых изменяются по линейному закону, ошибки при расчете потерь давления не будут значительными (Говье и Риттер, 1963).

Реологическая характеристика бингамовских пластиков представляет собой прямую линию, пересекающую ось напряжений сдвига в точке, где Тс=т>0. Это означает, что страгивание такой жидкости из состояния равновесия будет достигнуто лишь после того, как сдвигающее напряжение не достигнет Хе (предельное напряжение сдвига). В литературе имеется мало данных, рассматривающих механизм течения бингамовских пластиков; возможно, этот механизм сходен с механизмом течения псевдопластиков. Остается спорным вывод, что реологическая кривая пересекает ось сдвиговых напряжений в точке с положительным значением напряжения. Метцнер, например, высказывает сомнение в том, что любая реальная жидкость будет сохранять сдвиговые напряжения в течение неопределенного времени без каких-либо перемещений (Лонгвелл, 1966). При очень низких скоростях сдвига построить кривые течения затруднительно. По-видимому, реологическая кривая любого бингамовского пластика может быть фактически разделена двумя пересекающимися прямыми, одна из которых, описывающая реологические характеристики при низких скоростях деформации, отличается большой крутизной и очень близко подходит к оси сдвиговых напряжений.

б) Жидкости с реологическими характеристиками, зависящими от времени

Жидкости с реологическими характеристиками, зависящими от времени, эффективная вязкость которых ири постоянном напряжения сдвига уменьшается с увеличением продолжительности сдвигового воздействия, называются тиксотропными; жидкости же, увеличивающие свою вязкость при тех же условиях, называются реопектичными. В нефтяной промышленности значительную роль играют тиксотропные жидкости, к которым относится ряд нефтей, стремящихся проявить тиксотропно-псевдопластичные свойства.

Такие свойства сырых нефтей объясняются их лиогельным или крио-гельным пространственным расположением твердых углеводородных компонентов в жидкой среде. Кристаллические, микрокристаллические и аморфные твердые компоненты различного состава, размера и формы образуют трехразмерную решетку, плавающую в жидкой фазе, которая характеризуется в основном ньютоновскими свойствами. Напряжения сдвига разрушают некоторые из связей в этой решетке, однако в то же время в других местахч кристаллической решетки под действием ассоциативных сил устанавливаются новые связи. Если между разрушаемыми и устанавливамыми связями наблюдается равновесие во времени, то сохраняется и устойчивость потока жидкости. При усилении возмущения нарушается больше связей и уменьшается сопротивление системы сдвигу, следовательно, уменьшается кажущаяся вязкость. Математическое представление такого механизма уменьшения кажущейся вязкости дали несколько исследователей (Риттер и Батицки, 1967).

Описанная характеристика потока объясняется наличием в нем парафинов, асфальтенов и смол, называемых также мальтенами, а также других компонентов, содержание которых обычно меньше. Парафины представлены несколькими группами компонентов, каждый из которых в различной степени изменяет реологические свойства потока нефти. В число этих групп входят нормальные парафины с прямой цепочкой и изопарафины с разветвленной цепочкой (СпН2п+2), моно-

циклические парафины (СяНап), полициклические парафины, описываемые другими формулами. Реологические свойства нефти значительно изменяются за счет наличия этих парафинов, составляющих твердую или коллоидальную дисперсную фазу в диапазоне температур от О до 100 °С. Уменьшение температуры всегда приводит к образованию смешанных кристаллов; так как температура плавления парафина ниже

50 100 150 200 Скорость сдвига В, l/c

Рис. 1.3-2. Реологические кривые тиксо-тропной нефти, добываемой на место-рожщении Алгио (Венгрия)

температуры плавления других компонентов, то парафин откладывается на ранее образовавшихся кристаллических ядрах этих других компонентов. Микроструктура выделившегося парафина весьма различается в зависимости от скорости охлаждения. При быстром охлаждении выделяется большое количество мелких, независимых друг от друга кристаллических зерен. При медленном охлаждении выделяются пла-

50 100 150

Скорость сдвига В, ]/г.

Рис. 1.3-3. Зависимость кажущейся вязкости от скорости сдвига

Рис. 1.3-4. Зависимость .кажущегося предельного напряжения сдвига от температуры нефти, добываемой на месторождении Пембина

стинчатые, игольчатые и лентоподобные кристаллы, которые в дальнейшем могут соединяться, образуя трехразмерные поликристаллы. Трехразмерная сеть парафиновых поликристаллов значительно изменяет свою структуру при наличии в нефти асфальтена и мальтена; другие твердые компоненты в меньшей стеиени влияют на структуру парафиновых отложений. Асфальтеновые частицы могут служить в качестве ядер для кристаллов парафина, изменяя таким образом структуру парафиновых отложений. Мальтены оказывают двоякое воздействие на реологические характеристики потока: с одной стороны, они удерживают асфальтены в растворе за счет своего пептизирующего влияния, с другой, адсорбируют некоторые кристаллы парафина, предотвращая их соединение и образование трехразмерной парафиновой системы (Мил-лей, 1970).

На рис. 1.3-2 показано семейство реологических кривых для тиксо-тропно-псевдопластичной нефти при температуре О "С и различной продолжительности сдвигового возмущения. Зависимость кажущейся вязкости от скорости сдвига при различной продолжительности сдвигового возмущения для той же самой нефти показана на рис. 1.3-3. Как видно