ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Принципиальные положения теории вязкости жидких нефтяных дисперсных систем из "Научные и прикладные аспекты теории нефтяных дисперсных систем" Одним из важнейших направлений развития физико-химической механики нефтяных дисперсных систем является изучение течения наполненных нефтяных систем, концентрированных растворов высокомолекулярных соединений нефти. Задача подобных исследований состоит в описании режимов течения нефтяных систем — растворов нефтяных фракций в широком интервале изменения физико-химических характеристик и концентраций их составляющих, типов растворителей и других факторов. Таким образом, на основании выявленных феноменологических закономерностей возможно будет выяснить качественные модели режима течения растворов нефтяных фракций. Прикладным значением таких моделей явится прогнозирование поведения нефтяных систем в процессах их добычи, транспорта и переработки, выявление новых направлений использования нефтяного сырья и создание на этой базе новых видов композиционных материалов. [c.86] Очевидно, в нефтяной дисперсной системе на суспендированные частицы воздействуют факторы, влияющие на изменение их формы. В первую очередь к таким факторам относятся обратимая упругая деформация суспендированной частицы, а также вязкое сопротивление при течении. Таким образом, при описании вязкости нефтяных дисперсных систем особое внимание следует уделять двум аспектам — г ид-родинамическому и конфи1урационному. [c.87] Рассмотрение Френкелем [26] кинетической теории жидкостей на принципиально новой основе сближения их с твердыми телами позволило внести существенный вклад в описание поведения аномальных жидкостей, свойств жидкостей и механизм плавления. [c.87] Внешняя целостность жидкого тела является до некоторой степени кажущейся, На самом деле оно пронизано множеством поверхностей разрыва, которые при отсутствии растягивающих внешних усилий не успевают развиться, однако спонтанно исчезают в одних местах, одновременно возникая в друтих и образуя в теле, в каждый данный момент времени совокупность микрополостей (кавитаций) в виде трещин, дырок и т.п. Возникновение и исчезновение этих микрополостей является результатом флуктуаций плотности, связанных с тепловым движением. Подобные флуктуации несколько искажают однородность тела в малых объемах, не нарушая ео существенным образом. В макроскопически однородном теле до некоторых граничных внешних условий yп e твyют лишь гомофазные флуктуации. При этом не исключается существование гетерофазных флуктуаций, приводящих при незначительном изменении внешних условий к образованию зародышей новой фазы, например возникновению в жидкости твердой фазы при пониженных температурах, либо паровых пузырьков — при повышенных (естественно, при соответствующих других внешних условиях). Причем значения этих температур находятся вблизи температур застывания (помутнения), либо кипения жидкости. [c.87] Рассматривая жидкость вблизи температур кристаллизации, а точнее в некотором интервале температур между температурами кристаллизации и застывания, можно сделать вывод, что, вероятно, относительное перемещение частиц дисперсной фазы, обусловленное вязкостью жидкости при течении, может быть определено некоторым коэффициентом самодиффузии, стремящейся выравнить запас потенциальной и кинетической энергии (количества движения) перемещающихся частиц. Количество движения каждой движущейся частицы не остается постоянным. Очевидно, в этих условиях некоторые частицы не дисперсной фазы имеют различные дополнительные количества движения за счет межмолекулярных взаимодействий, которые и создают энергетический градиент между ними. Скорость ликвидации этого градиента практически пропорциональна коэффициенту самодиффузии, в свою очередь являющемуся функцией коэффициента вязкости и плотности системы. Однако в связи с непостоянством количества движения частиц дисперсной фазы, более корректно исходить непосредственно из подвижности отдельных частиц, т.е. средней скорости, которая приобретается любой из них по отношению к окружающим при внешних воздействиях на систему. Подвижность дисперсных частиц оценивается текучестью жидкости, измеряемой величиной, обратной коэффициенту ее вязкости. Последняя пропорциональна коэффициенту диффузии, откуда следует, что вязкость жидкости в рассматриваемом интервале пониженных температур обратно пропорциональна коэффициенту диффузии. [c.88] Практический интерес при изучении вязкостных характеристик жидких дисперсных систем представляют реологические исследования. Реологическим исследованиям нефтяных систем уделяется значительное внимание. Особые трудности при этом возникают из-за проявления отклонения их поведения во многих случаях от поведения ньютоновских жидкостей. Реологические исследования позволяют связать макроскопические деформации и течение нефтяной дисперсной системы с мгновенными конфигурациями и движением ее гидродинамически подвижных частиц. В свою очередь вязкое сопротивление является функцией межмолекулярных взаимодействий в системе, определяющих ее инфраструктуру. [c.88] Работы Эйнштейна явились первыми и наиболее известными микрореологичес-кими исследованиями, заключающимися в определении реологического поведения сложных дисперсных систем при помощи известных реологических свойств составляющих их элементов, предполагая квазиоднородность и квазиизотропность материалов. Было принято, что в рассматриваемых дисперсных системах — суспензиях — дисперсная фаза представляет собой твердые частицы шарообразной формы, а пространство между ними заполнено непрерывным образом дисперсионной средой — простой вязкой жидкостью. Как показала практика, за исключением простейших случаев, а тем более для сложнейших нефтяных систем, такой подход непригоден ввиду сложности действительного строения дисперсных систем. При этом целесообразно вводить вместо реальной системы некоторые модели, предполагая аналогичность их поведения поведению рассматриваемых реальных объектов. [c.88] Рассматривая нефтяные дисперсные системы в виде суспензий возможно предположить, что размеры растворенных частиц, в частности агрегативных комбинаций, намного превышают размеры молекул растворителя. Подвижность такой растворенной частицы, представляемой в виде макромолекулы, будет определять вязкость раствора. Очевидно, такое подвижное макроскопическое тело в растворе может характеризоваться некоторым средним размером. При этом следует обратить особое внимание на нефтяные углеводородные системы, в которых растворенным веществом являются полимеры. В этих случаях необходимо рассматривать макромолекулы в двух направлениях. Так, линейный размер макромолекулы вдоль цепи велик по сравнению с молекулами растворителя. Однако размер макромолекулы в направлении, перпендикулярном главной оси, соизмерим по величине с диаметром молекулы растворителя. [c.89] Таким образом, одним из основных вопросов при изучении нефтяных дисперсных систем, наряду с определением среднего размера макроскопических образований, являются характерные особенности их формы (фактор формы), такие как несимметричность, отношение диаметра к длине макромолекулы, их прочность, сопротивление изгибу и скручиванию и др. Все указанные факторы могут оказывать существенное влияние на гидродинамические эффекты, происходящие при течении нефтяной системы. [c.89] Особое значение учет фактора формы приобретает при постановке теоретических исследований для объяснения аномалии течения наполненных нефтяных дисперсных систем. Так, например, при высоких скорэостях сдвига вследствие преимущественной ориентации макромолекул вдоль линии тока, эффекта молекулярного скольжения, вязкость нефтяной дисперсной системы может оказаться существенно заниженной, чем при более низких скоростях сдвига, когда такая ориентация отсутствует. [c.89] Наряду с фактором формы на вязкость нефтяной системы оказывают влияние масса агрегативной ассоциации, степень иммобилизации этой комбинацией жидкой фазы раствора, термодинамические условия существования системы, наличие электрических, магнитных, звуковых полей, наконец, концентрация дисперсной фазы. Повышение концентрации дисперсной фазы теоретически должно приводить к увеличению вязкости системы. Нефтяные дисперсные системы во многих случаях характеризуются аномальным поведением в отношении вязкости как функции от концентрации растворенной или дисперсной фазы. [c.89] Вернуться к основной статье