Исходные понятия реологии. Описание методов изучения реологических свойств аномальной нефти. Рассмотрение состава и свойств асфальтенов. Определения вязкости нефти и нефтепродуктов. Особенности применения капиллярных и ротационных вискозиметров.
Аннотация к работе
В настоящее время в условиях ухудшения структуры запасов углеводородного сырья и возрастающего потребления энергоносителей остро стоит проблема освоения трудно-извлекаемых запасов, к которым, в частности, относятся высоковязкая нефть (ВВН) и природные битумы (ПБ). Удельный вес трудно-извлекаемых запасов в общем балансе неуклонно растет, поэтому в ближайшие годы прирост добычи нефти не менее чем на 10% будет обеспечен именно за счет ВВН и ПБ. Помимо высокой плотности, другой важной отличительной особенностью ПБ является высокая вязкость в пластовых условиях, определяющая их поведение в пласте, сложность извлечения и транспортировки [1]. В то же время плотность - интегральная характеристика, косвенно отражающая содержание смолисто-асфальтеновых веществ (САВ) и остатка и, следовательно, направления и сложность переработки данного сырья.При большой концентрации в нефти твердой дисперсной фазы нефть обладает четко выраженными свойствами коллоидных растворов. У такой нефти наблюдаются аномалии вязкости: вязкость зависит от напряжения сдвига и меняется в широких пределах при изменении скорости течения. Асфальтены обладают меньшей растворимостью в углеводородах, чем смолы: они растворяются в ароматических углеводородах и нерастворимы в парафиновых углеводородах. Определения молекулярного веса асфальтенов дают очень расходящиеся результаты, что связано со склонностью молекул асфальтенов к ассоциации. В растворителях с достаточно полярными молекулами, например, в смолах, ароматических углеводородах, которые способны увеличивать силы притяжения между ароматическими конденсированными кольцами асфальтенов, последние будут пептизироваться.Вискозиметрия основана на законе вязкости Ньютона. Из него следует, что для определения вязкости необходимо измерить напряжение, которое сообщает слою жидкости некоторую скорость по отношению к другому слою, находящемуся от первого слоя на определенном расстоянии. При этом можно определять скорость движения жидкости по отношению к неподвижному твердому телу или скорость движения твердого тела в неподвижной жидкости. Эти приборы обеспечивают однородное поле напряжения в жидкости и позволяют измерять вязкость с высокой точностью. Принципиально такие измерения могут производиться в вискозиметрах всех перечисленных групп, но в то время как при вискозиметрии измеряют значительные деформации (например, протекание всего исследуемого объема жидкости через капилляр), при определении модуля упругости и предельного напряжения сдвига наблюдают малые деформации.Капиллярные вискозиметры состоят из трех основных частей: резервуара для испытуемой жидкости, тонкой трубки-капилляра и приемника для жидкости после капилляра. Напряжение, обусловливающее течение жидкости, зависит от радиуса и длины капилляра и разности давления, приложенной к его концам. Источником давления служит вес столба испытуемой жидкости в прибор (гидростатическое давление) или внешнее давление, подаваемое на мениск жидкости в вискозиметре, или сочетание обоих видов давления. В большинстве вискозиметров расход измеряется по времени истечения определенного объема жидкости из резервуара через капилляр в приемник. Капиллярные вискозиметры измеряют расход фиксированного объема жидкости через малое отверстие при контролируемой температуре.Ротационные вискозиметры или вискозиметры с коаксиальными цилиндрами состоят из двух соосных вертикальных цилиндров, между которыми помещается испытуемая жидкость. Исследуемая жидкость оказывает вязкое сопротивление его вращению и передает движение второму цилиндру. В зависимости от способа монтирования второго цилиндра ротационные вискозиметры делятся на две группы: с неподвижным цилиндром и торсионные вискозиметры. Следует, однако, отметить, что ошибки от краевых эффектов у вторичных ротационных вискозиметров с длинными и узкими цилиндрами не оказывают значительного влияния на измерения вязкости высоковязких веществ, но они снижают скорости, при которых соблюдается пропорциональность между крутящим моментом и угловой скоростью или угловой скоростью и углом закручивания цилиндра. Вязкость в Пуазах вычисляется по формуле где Р - вес груза, вращающий цилиндр вискозиметра, равный сумме весов двух грузов, подвешенных к обеим нитям прибора; Р0 - собственное трение подшипников (оно может быть снижено до 1-2 г); N - число оборотов цилиндра в секунду; К - постоянная прибора, зависящая от его размеров и высоты уровня испытуемой жидкости (глубины погружения внутреннего цилиндра): где А, В и С - постоянные для данного прибора; h - глубина погружения цилиндра.
План
Оглавление
Введение
1. Реология и нефть
2. Современные методы исследования реологических характеристик нефти и нефтепродуктов
3. Капиллярные вискозиметры
4. Ротационные вискозиметры
Список литературы
Введение
В настоящее время в условиях ухудшения структуры запасов углеводородного сырья и возрастающего потребления энергоносителей остро стоит проблема освоения трудно-извлекаемых запасов, к которым, в частности, относятся высоковязкая нефть (ВВН) и природные битумы (ПБ). Выработанность запасов благоприятных для извлечения нефти необратимо приведет к тому, что ВВН и ПБ станут важнейшим ресурсом стабилизации и повышения нефтедобычи. Удельный вес трудно-извлекаемых запасов в общем балансе неуклонно растет, поэтому в ближайшие годы прирост добычи нефти не менее чем на 10% будет обеспечен именно за счет ВВН и ПБ.
ПБ представляют собой естественные производные нефти, залегающие в недрах в твердом, вязком и вязко-пластичном состоянии. Помимо высокой плотности, другой важной отличительной особенностью ПБ является высокая вязкость в пластовых условиях, определяющая их поведение в пласте, сложность извлечения и транспортировки [1]. В этой связи, вязкость является более корректной, чем плотность, характеристикой, определяющей отнесение углеводородного сырья к тому или иному классу. В то же время плотность - интегральная характеристика, косвенно отражающая содержание смолисто-асфальтеновых веществ (САВ) и остатка и, следовательно, направления и сложность переработки данного сырья.
Суммарные мировые балансовые запасы ВВН и ПБ составляют, по разным оценкам, от 636-682 млрд. т до 1 трлн. т, что в 5-6 раз больше остаточных извлекаемых запасов традиционной нефти, составляющих ~162 млрд. т.
Считается, что Россия по запасам тяжелого углеводородного сырья уступает лишь Канаде и Венесуэле. Согласно зарубежным источникам, в России балансовые запасы ПБ составляют от 47-55 млрд. т до 214 млрд. т (последнее - с учетом сверхтяжелой нефти). Наибольшие запасы тяжелой нефти сосредоточены в Волго-Уральском (60,3%), Западносибирском (15,4%) и Северокавказском (11,3%) бассейнах.
Зачастую транспортировка ВВН и ПБ невозможна без их смешения с легкой нефтью или бензиновыми и керосиновыми фракциями, модифицирования присадками. Закономерности регулирования реологических свойств асфальтеновой нефти отличаются от таковых для парафинистой нефти, отличаются и принципы подбора присадок. В этой связи, представляет интерес изучение принципов регулирования вязкости нефти с высоким содержанием асфальтенов, а также подбор эффективных реагентов для снижения вязкости.
Список литературы
1. Временная инструкция по применению классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов природных нефтяных битумов. - М.: ГКЗ при СМ СССР, 1985.
2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Реология
3. http://studopedia.ru/11_10144_metodi-izucheniya-reologicheskih-i-filtratsionnih-svoystv-anomalnih-neftey.html, Работа "Методы изучения реологических и фильтрационных свойств аномальных нефтей".
4. Девликамов В.В., Хабибуллин З.А., Кабиров М.М. Аномальная нефть. М., "Недра", 1975, 168 с.
5. Ефремов Р.А., Копылов А.Ю., Абдрахманов Р.А. и др. Реологические характеристики смесей карбоновых и высоковязких битуминозной нефти Республики Татарстан // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - №3. - С. 205-208.
6. I. Henaut, L. Barr, J-F. Argillier, F. Brucy, R. Bouchard Rheological and Structural Properties of Heavy Crude Oils in Relation With Their Asphaltenes Content // SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, February 2001
7. А.А. Мухамедзянова, В.А. Будник, А.С. Алябьев, А.А. Хайбуллин Влияние температуры и концентрации асфальтенов на реологические свойства дисперсных систем гудрона западно-сибирской нефти // Башкирский химический журнал. - 2012. - т. 19, №4. - С. 125-127.
8. Фукс Г.И. Вязкость и пластичность нефтепродуктов. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003, 328 стр.
9. ГОСТ 1929-87 "Нефтепродукты. Методы определения динамической вязкости на ротационном вискозиметре".
10. ГОСТ 33-2000 (ИСО 3104-94) "Нефтепродукты. Определение кинематической вязкости и расчет динамической вязкости".