Материал: Физика пласта. учебное пособие. Булыгин Ю.А

по принципу аддитивности. Параметр вязкость наиболее тесно коррелирует со степенью этих взаимодействий.

Динамическая вязкость μ находится из уравнения Ньютона (Исаак Ньютон, британский физик, 1643 – 1727 г.ж):

где А – площадь перемещающихся слоев жидкости;

F – сила, требующаяся для поддержания разницы скоростей движения между слоями на величину dw;

Рис. 9.1. Схема динамической вязкости [8]

С возрастанием температуры вязкость сепарированных нефтей уменьшается, а с возрастанием давления увеличивается. С ростом молекулярного веса фракций, плотности, температурного интервала выкипания величина вязкости возрастает.

85

Величина, обратная вязкости, текучесть:

1

.

Под текучестью понимают свойство пластичных металлов и тел при постепенном увеличении давления уступать действию сдвигающих сил и течь подобно вязким жидкостям.

Врасчетах часто используют кинематическую вязкость

–свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой с учетом силы тяжести:

Вязкость пластовой нефти всегда значительно отличается от вязкости сепарированной нефти из-за большого количества растворенного газа, повышенного давления и температуры и может быть в десятки раз меньше. В условиях различных месторождений вязкость изменяется от сотен МПа·с до десятых долей МПа·с.

С увеличением молекулярной массы газового компонента (от СН4 до С4Н10) вязкость нефтей будет уменьшаться, а с ростом молекулярной массы жидкого компонента (от С5Н12 к высшим) вязкость нефтей будет возрастать. Вязкость смесей аренов больше вязкости смесей алканов. Чем больше в нефти содержится смол и асфальтенов (больше полярных компонентов), тем выше вязкость.

Вязкость влияет на реологические свойства нефтей. Реология – наука, изучающая механическое поведение твердожидкостных тел, структурно-механические свойства нефтей.

86

Координату скорости dw можно представить как dxdt,

где x – длина пути в направлении движения, а t – время.

Величина dxdу характеризует сдвиг слоев, γ – деформацию.

СоотношениеF A - это величина касательного напряжения τ,

развиваемого в движущихся слоях жидкости. Тогда для ньютоновских жидкостей можно записать:

т.е. скорость сдвига пропорциональна касательному напряжению и обратно пропорциональна вязкости жидкости.

Под ньютоновскими жидкостями понимают любое текучее вещество, имеющее постоянную вязкость, не зависимую от внешнего напряжения, которое на него воздействует.

Жидкости, для которых не выполняются эти условия, называются аномальными или неньютоновскими. Это нефти со значительным содержанием смоло-асфальтеновых компонентов; технологические жидкости на основе полимерных растворов, гелей.

В соответствии с этим выделяются разные типы связей:

где Т и Г – некоторые функции. Они взаимообратимы и

вобщем случае нелинейные.

Взависимости от вида функции различают:

87

Вязкопластическая жидкость, которая соответствует модели Бингама-Шведова (Юджин Бингам, американский химик, 1878 – 1945 г.ж.):

0 * d dt ,

где τ0 – динамическое предельное напряжение сдвига; μ* – кажущаяся вязкость пластических жидкостей,

равная угловому коэффициенту линейной части

зависимости d dt f ( ).

Движение вязкопластических нефтей аппроксимируется степенным законом зависимости касательного напряжения от модуля скорости деформации:

k d dt n ,

где k – мера консистенции жидкости, с увеличением вязкости возрастает;

n – показатель функции.

При n=1 справедливо течение ньютоновских жидкостей. 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.

Нефть, как и все жидкости, обладает упругостью, т.е. способностью изменять свой объем под действием внешнего давления. Уменьшение объема характеризуется

коэффициентом сжимаемости β:

1 dVV dp ,

88

который зависит от давления, температуры, состава нефти и газового фактора. С увеличением плотности β уменьшается, а с увеличением количества растворенного углеводородного газа коэффициент сжимаемости возрастает. Рост пластовой температуры вызывает увеличение коэффициента сжимаемости.

С количеством растворенного газа в нефти также связан объемный коэффициент b, характеризующий соотношение объемов нефти в пластовых условиях Vпл и после отделения газа на поверхности при дегазации Vдег:

b Vпл .

Vдег

Используя объемный коэффициент, можно определить усадку нефти U, т.е. уменьшение объема пластовой нефти при извлечении ее на поверхность:

U b 1 100%. b

Усадка некоторых нефтей достигает 45 – 50 %. Изменение зависимостей, состава нефти от времени

называется старением нефти. Когда нарушается естественное пластовое состояние, из нефти улетучиваются легкие компоненты, и вследствие наличия тяжелых компонентов, которые могут выпадать, изменяется ее химический состав. Таким образом, свойства нефти в процессе разработки меняются.

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

Теплота сгорания характеризует количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг жидкости. Различают высшую Qв и низшую Qн теплоту сгорания. Высшая теплота сгорания – это количество тепла, выделившегося при сгорании

89