Лекция №6 (макрореологические свойства ндс)
Обобщение значительного эмпирического материала позволило предложить с точки зрения макрореологии диаграмму изменения структурно-механической прочности с ростом температуры в многокомпонентных нефтяных дисперсных системах (рис. 5).
Рис. 5. Изменение предела структурно-механической прочности Pm нефтяных дисперсных систем с ростом температуры.
Участок ВГ, имеющий различную ширину в зависимости от строения исследуемой нефтяной системы и вырождающийся в точку для битумов, характеризует ньютоновское поведение в полностью разрушенной структуре, вязкость которой не зависит от скорости сдвига. Точка В отвечает пределу текучести системы.
С понижением температуры нефтяная система становится пересыщенной по отношению к твердым углеводородам, выделение которых из однородного с реологической точки зрения расплава приводит к структурированию системы.
На участке БВ взаимодействие формирующихся структурных элементов обуславливает вязкопластическое течение обратимо разрушаемой структуры и наличие предельного напряжения сдвига в точке Б. По мере снижения температуры на этом участке скорость формирования коагуляционных контактов между надмолекулярными структурами превышает скорость их разрушения под действием механической нагрузки. В точке Б нефтяная система теряет подвижность и представляет собой сплошную коагуляционную структуру, которая характеризуется малой прочностью и тиксотропией. Метастабильные состояния могут возникать в системе и при повышении температуры. Пересыщение в этих случаях обусловлено появлением в результате термополиконденсационных процессов структурных единиц — кристаллитов. По достижении пороговой концентрации кристаллитов формируется аномальная жидкость с критическим напряжением сдвига (точка Г).
В отличие от левой ветви диаграммы в ее правой части формирование надмолекулярных структур асфальтенов, карбенов, карбоидов происходит вследствие химических взаимодействий и сопровождается резким возрастанием структурно-механической прочности вплоть до образования в результате реакций уплотнения кристаллизационных структур типа отвержденных пен-коксов.
Для определения структурно-механической прочности нефтяных дисперсных систем используют в основном метод Вейлера — Ребиндера, метод ротационной вискозиметрии, метод плоскопараллельных дисков, метод конического пластометра. Выбор метода определяется степенью наполнения φ структурных единиц в нефтяных дисперсных системах и температурой проведения опыта.
Для описания достаточно разбавленных (малая степень φ) лиофильных нефтяных дисперсных систем используют понятие фактора агрегативной устойчивости Фу. Фактор устойчивости характеризует способность дисперсной фазы в течение определенного времени сохранять индивидуальность и равномерность распределения частиц в объеме дисперсионной среды. Фактор устойчивости определяется различным образом в низкотемпературной и, высокотемпературной областях. Это удобный эмпирический параметр для практических целей.