46. Структурно-механические свойства нефти. Аномальные жидкости.

Наличие смоло-асфальтеновых и парафиновых компонентов делает нефть коллоидной системой.

z h Эпюра скоростей

Величина деформации характеризуется величиной:

=U/z

Скорость деформации:

=d/dt.

Для обычных твёрдых тел и классических жидкостей выполняются следующие соотношения для касательных напряжений :

Для твёрдого тела - =G, где G – модуль сдвига.

Для жидкостей - =(d/dt)

Жидкость неограниченно деформируется под действием касательных напряжений . Такие жидкости называют ньютоновскими, и для них указывают на два момента:

1. однозначную связь  и ;

2. эта связь линейная с коэффициентом пропорциональности .

Жидкости, для которых не соблюдаются эти два положения, называются аномальными, или неньютоновскими. Это:

• нефти повышенной вязкости, со значительным содержанием смоло-асфальтеновых компонентов;

• технологические жидкости на основе полимерных растворов, гелей.

В соответствии с этим выделяются разные типы связей (()):

=Т(d/dt), d/dt=Г(),

где Т, Г – некоторые функции. Они взаимообратимые и в общем случае нелинейные.

В зависимости от вида функции различают:

вязкопластическую жидкость;

Она соответствует модели Бингама-Шведова.

d/dt=0 при ₀;

d/dt=(-₀)/ при ₀;

₀ – некоторое предельное напряжение сдвига.

Этот тип жидкости называется жидкостью с аномальным напряжением, или бингамовской жидкостью.

d

h

L

h (dL₀)/

Начальное напряжение сдвига может быть связано с взаимодействием нефти с поверхностью.

Мирзаджанзаде выявил, что газ тоже может проявлять начальный градиент, связанный с взаимодействием газа с глинистой компонентой.

Степенная жидкость.

=k(d/dt)ⁿ

При n1 эта зависимость соответствует жидкостям, в которых структуры разрушаются.

При n>1 эта зависимость соответствует жидкостям (например, суспензиям), в которых сопротивление движению возрастает по мере движения, они с уплотняющейся структурой.

Старение нефти.

Изменение зависимостей, состава нефти от времени называется старением нефти.

Когда нарушается естественное пластовое состояние, из нефти улетучиваются лёгкие компоненты и вследствие наличия тяжёлых компонентов, которые могут выпадать, изменяется её химический состав. Т.о. свойства нефти в процессе разработки меняются.

Явление разрушения структуры при течении и восстановления в состоянии покоя называется тиксотропией.

(продолжение в лекции №15)

Лекция 15. Упруго пластические жидкости.

(Продолжение лекции 14).

С точки зрения рассмотренных моделей, их следствием является то, что как только на жидкость перестаёт действовать напряжение, процесс прекращается и вся затраченная работа переходит в выделяющееся тепло, энергия при этом равна нулю.

Есть жидкости, способные запасать энергию и способные производить работу.

Вязкоупругая жидкость

Обычная струя

Работа по расширению

Вязкоупругие жидкости, например полимерно-молекулярные дисперсии, при снятии напряжений могут совершать работу.

ВУС (вязкоупругий состав) является аналогом ВУЖ (вязкоупругой жидкости). Они описываются моделью Максвелла.

dV/dt=1/+1/G=1/(+),

где G – модуль сдвига;

=/G – время релаксации.

При малых изменениях скорости d/dt упругость не проявляется, однако становится серьёзной с увеличением d/dt. Т.о. в быстрых процессах характерное время процесса мало по сравнению с временем релаксации. Тело ведёт себя как упругое с модулем G.

В технологических процессах ВУЖ ведёт себя по-разному.

При медленной закачке ВУЖ заполняет пласты, а затем, при быстрой разработке, она не выходит из пласта.

Определяющим параметром для построения зависимости является отношение р/Q. При больших значениях этого отношения возникает аномально высокое сопротивление.

р/Q

W

Если, например, мы имеем течение в трубопроводе, то можем заметить, что когда ВУС проходит через «пережим», он легко преодолевает все препятствия в трубе и является как бы «пробкой», не дающей смешиваться жидкости.

Смешав полиакриломид с формальдегидом и соляной кислотой, можно получить используемый на практике гель (ВУС).

Кроме вязкости, эти аномальные свойства проявляются и при фильтрации, в частности при движении жидкости в пористой среде.

Для ньютоновских жидкостей действует следующий закон фильтрации:

w=-k/grаd(р)

Если постараться написать закон фильтрации для ВУС, получим аномальный закон, т.е. качественную зависимость между скоростью сдвига и градиентом давления:

_срd/grаd(р),

где d – средний (характерный) диаметр пор.

Распределение пор по размеру может быть равномерное, нормальное, дугообразное и т.д.

d/dtw/d, где w – скорость фильтрации.

р/х=с/dТ(w/d)=k/=соnst

Рассмотрим различные формы записи для разных типов аномальных жидкостей.