Вязкость нефти

Вязкость_- важнейшее технологическое свойство нефтяной системы. Величина вязкости учитывается при оценке скорости фильтрации в пласте, при выборе типа вытесняющего агента, при расчёте мощности насоса добычи нефти других процессах. Нефть - неидеальная система. С точки зрения математики все наблюдаемые макропараметры нефтяных систем нельзя рассчитывать по принципу аддитивности, и это наиболее полно проявляется при оценке вязкости.

Вязкость (абсолютная, динамическая) характеризует силу трения (внутреннее сопротивление жидкости её движению), возникающую между двумя смежными слоями внутри - жидкости или газа на единицу поверхности при их взаимном -перемещении Вязкость жидкости проявляется толькo при её перемещении.

Динамическая вязкость -µ(коэффициент пропорциональности, абсолютная)[Па•с][Пз]

Кроме динамической вязкости для расчётов используют (особенно в гидравлике) параметр кинематическую вязкость - свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой с учётом силы тяжести: ν=µ/ρ [м²/с,]; [сТ (стокс)]

При повышении давления величина вязкости несколько возрастает, но незначительно.

С возрастанием температуры вязкость нефти уменьшается, а с понижением - возрастает, особенно интенсивно при отрицательных значениях температуры.

Удовлетворительная связь между вязкостью сепарированной нефти и температурой описываются известным уравнением Вальтера:

, (1.19)

где μ_н - относительная кинематическая вязкость сепарированной нефти при температуре t, численно совпадающей с кинематической вязкостью нефти, выраженной в квадратных миллиметрах на секунду; a1, a2 - эмпирические коэффициенты, зависящие от состава нефти.

Для применения (1.19) необходимо знание экспериментальных значений вязкости нефти при двух температурах, подставляя которые в (1.19), можно определить коэффициенты, зависящие от состава нефти.

Используя два экспериментальных значения вязкости нефти при температуре 20 и 50 ^оС, температурную зависимость динамической вязкости нефти можно описать:

, (1.20)

где μ₂₀, μ₅₀, μ_t -относительные динамические вязкости нефти при атмосферном давлении и температурах 20, 50, и t^оС соответственно, численно равные соответствующим значениям динамической вязкости сепарированной нефти, выраженной в миллипаскалях в секунду.

Если известно только одно экспериментальное значение вязкости нефти при какой-либо температуре t₀, то значение ее при другой температуре можно определить по формуле:

, (1.21)

где , (1.22)

μ_t, μ_t0 - динамическая вязкость нефти при температуре t и t₀ соответственно, мПа·с; а, С - эмпирические коэффициенты.

Если μ ≥ 1000 мПа·с, то

С = 10, 1/ мПа·с; а = 2,52·10^-3, 1/ ^оС; (1.23)

если 10 ≤ μ ≤ 1000 мПа·с, то

С = 100, 1/мПа·с; а = 1,44·10^-3, 1/ ^оС (1.24)

если μ < 10 мПа·С, то

С= 1000, 1/ МПа·с; а = 1,76·10^-3, 1/ ^оС (1.25)

При отсутствии экспериментальных данных для ориентировочных оценок вязкости нефти при 20 ^оС и атмосферном давлении можно воспользоваться следующими формулами:

если 845 < ρ_н < 924 кг/м³,

, (1.26)

если 780 < ρ_н < 845 кг/м³,

, (1.27)

где μ_н, ρ_н - вязкость и плотность сепарированной нефти при 20 ^оС и атмосферном давлении, мПа·С и кг/м³,соответственно.

По формуле Чью и Каннели можно рассчитать вязкость газонасыщенной нефти при давлении насыщения:

, (1.28)

где μ_s - вязкость нефти, насыщенной газом, при температуре t и давлении насыщения, мПа·с; μ_t - вязкость сепарированной нефти при температуре t, мПа·с; А, В - эмпирические коэффициенты, определяемые по формулам:

. (1.29)

(1.30)

Повышение температуры снижает вязкость нефти, увеличивает её текучесть. Количество энергии, которое необходимо затратить для нагревания аномальновязких или высокопарафинистых нефтей, зависит от их теплоёмкости.

Под теплоёмкостью понимается количество теплоты которое необходимо передать единице массы этого вещества, чтобы повысить его температуру на 1° Цельсия или Кельвина.

Для большинства нефтей величина теплоёмкости (с) лежит в пределах: 1500-2500 Дж/(кг-К) ~ 350-600 кал/(кг-К).

Теплоемкость пресной воды = 4190 Дж/(кг-К).

Для повышения температуры нефти объёма (V) с плотностью (р) от температуры (Tj) до значения (Т₂) необходимо затратить количество (Q) энергии, равное:Q=ρ∙c∙(T₂-T₁)∙V.

Величина теплоёмкости зависит от температуры, поэтому каждое её значение необходимо относить к определенной температуре или к интервалу температур.

Теплоемкость нефти может быть рассчитана по формуле:

, (1.31)

где ρ_н - плотность нефти, кг/м³; t - температура, ^оС