Основные понятия реологии

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ РЕОЛОГИИ

              РЕОЛОГИЯ – ОТ ГРЕЧЕСКОГО СЛОВА “RHEOS” – ТЕЧЕНИЕ, ПОТОК И “LOGOS” – УЧЕНИЕ, Т.Е. ЭТО НАУКА О ДЕФОРМАЦИЯХ И ТЕКУЧЕСТИ ВЕЩЕСТВ.

              ОСНОВНОЙ ЗАДАЧЕЙ РЕОЛОГИИ ЯВЛЯЕТСЯ ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПОВЕДЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ДЕФОРМИРУЮЩИХ УСИЛИЙ. ЭТА НАУКА ПОЯВИЛАСЬ В 1929 ГОДУ (АВТОР БИНГАМ).

              НЕФТИ, ОТЛИЧАЮЩИЕСЯ БОЛЬШИМ СОДЕРЖАНИЕМ АСФАЛЬТЕНОВ, СМОЛ И ПАРАФИНОВ, ОБЛАДАЮТ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ. ВЯЗКОСТЬ ТАКИХ НЕФТЕЙ НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ПОСТОЯННОЙ ВЕЛИЧИНОЙ, ОНА ЗАВИСИТ ОТ ДЕЙСТВУЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ СДВИГА. ПОЭТОМУ ИХ НАЗЫВАЮТ АНОМАЛЬНО-ВЯЗКИМИ ИЛИ НЕ НЬЮТОНОВСКИМИ НЕФТЯМИ.

              НАИБОЛЕЕ УПОТРЕБИТЕЛЬНЫЕ ТЕРМИНОЛОГИИ В РЕОЛОГИИ

ЛИОФИЛЬНОСТЬ – СКЛОННОСТЬ ВЕЩЕСТВА ВСТУПАТЬ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЖИДКОЙ СРЕДОЙ. ЛИОФИЛЬНОСТЬ ПО ОТНОШЕНИЮ К ВОДЕ НАЗЫВАЕТСЯ ГИДРОФИЛЬНОСТЬЮ.

ЛИОФОБНОСТЬ – ОТСУТСТВИЕ СКЛОННОСТИ ВЕЩЕСТВ ВСТУПАТЬ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЖИДКОЙ СРЕДОЙ. ЛИОФОБНЫЕ ВЕЩЕСТВА НЕ НАБУХАЮТ И НЕ СМАЧИВАЮТСЯ ЖИДКОСТЬЮ (ВОДОЙ, МАСЛОМ).

СОЛЬВАТАЦИЯ – ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАСТВОРЕННЫХ ЧАСТИЦ С МОЛЕКУЛАМИ РАСТВОРИТЕЛЯ.

МИЦЕЛЛЫ – СОЛЬВАТИРОВАННЫЕ ЧАСТИЦЫ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ ЗОЛЯ.

АСФАЛЬТЕНЫ – АМОРФНЫЕ ТВЕРДЫЕ ВЕЩЕСТВА ТЕМНО-БУРОГО ИЛИ ЧЕРНОГО ЦВЕТА. ПРИ НАГРЕВАНИИ НЕ ПЛАВЯТСЯ, А ПЕРЕХОДЯТ В ПЛАСТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ 300°С, А ПРИ БОЛЕЕ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ РАЗЛАГАЮТСЯ С ОБРАЗОВАНИЕМ ГАЗООБРАЗНЫХ, ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ И ТВЕРДОГО ОСТАТКА – КОКСА.

ВЯЗКОСТЬ – СВОЙСТВО ЖИДКОСТИ И ГАЗОВ ОКАЗЫВАТЬ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ОДНОЙ ЧАСТИ ИХ ОТНОСИТЕЛЬНО ДРУГОЙ ПРИ СДВИГЕ, РАСТЯЖЕНИИ И ДРУГИХ ВИДАХ ДЕФОРМАЦИИ. В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОИСХОДИТ РАССЕЯНИЕ В ВИДЕ ТЕПЛА - РАБОТЫ, ЗАТРАЧИВАЕМОЙ НА ЭТО ПЕРЕМЕЩЕНИЕ. ХАРАКТЕРИСТИКА ВЯЗКОСТИ – ДИНАМИЧЕСКАЯ ВЯЗКОСТЬ:

                                                        ɳ =              ,

где – касательное напряжение, действующее между слоями жидкости при сдвиге друг друга

              V – скорость относительного движения слоев

              h  - расстояние между слоями.

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ (РСН)

1.АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РСН

              ИСПОЛЬЗУЮТ РОТАЦИОННЫЕ И КАПИЛЛЯРНЫЕ ПРИБОРЫ (ВИСКОЗИМЕТРЫ), ПОЗВОЛЯЮЩИЕ С ТОЙ ИЛИ ИНОЙ СТЕПЕНЬЮ ПРИБЛИЖЕНИЯ МОДЕЛИРОВАТЬ РЕАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ИХ ТЕЧЕНИЯ.

              ДЛЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЕГАЗИРОВАННЫХ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ ИСПОЛЬЗУЮТ РОТАЦИОННЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ (ТИПА РЕОТЕСТ-2). ОНИ ПОЗВОЛЯЮТ ПРОВОДИТЬ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ДОСТАТОЧНО ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ СКОРОСТЕЙ И НАПРЯЖЕНИЙ СДВИГА И ОПРЕДЕЛЯТЬ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ.

ОДНАКО РОТАЦИОННЫЕ ПРИБОРЫ НЕ ПРИГОДНЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГАЗОНАСЫЩЕННЫХ ПЛАСТОВЫХ НЕФТЕЙ ПРИ ВЫСОКИХ ИЗБЫТОЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ. А БОЛЬШИНСТВО ИЗ ИЗВЕСТНЫХ И ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ЭТИХ ЦЕЛЕЙ КАПИЛЛЯРНЫХ ПРИБОРОВ ОБЛАДАЮТ НЕДОСТАТОЧНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ, НЕ ПОЗВОЛЯЮТ ПОЛУЧИТЬ ПОЛНУЮ РЕОЛОГИЧЕСКУЮ КРИВУЮ ИССЛЕДУЕМЫХ НЕФТЕЙ И ОПРЕДЕЛИТЬ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ МАЛЫХ СКОРОСТЯХ СДВИГА.

ОБЫЧНО ВЯЗКОСТЬ ПЛАСТОВЫХ НЕФТЕЙ ОПРЕДЕЛЯЮТ С ПОМОЩЬЮ ВИСКОЗИМЕТРОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ВВДУ) ПО ВРЕМЕНИ ПАДЕНИЯ ШАРИКА В ТРУБЕ, ЗАПОЛНЕННОЙ НЕФТЬЮ.

                            РЕОТЕСТ-2

              ПРИБОР ОТЛИЧАЕТСЯ ШИРОКИМ ДИАПАЗОНОМ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ СДВИГА, НАПРЯЖЕНИЯ СДВИГА И ВЯЗКОСТИ.ОН ЯВЛЯЕТСЯ ДВУХСИСТЕМНЫМ ПРИБОРОМ, В КОТОРОМ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ МОГУТ ИССЛЕДОВАТЬСЯ В ДВУХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ: ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ИЛИ УСТРОЙСТВЕ КОНУС-ПЛИТА.

              В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ ИССЛЕДУЕМОЕ ВЕЩЕСТВО НАХОДИТСЯ В КОЛЬЦЕОБРАЗНОМ ЗАЗОРЕ МЕЖДУ ДВУМЯ СООСНЫМИ ЦИЛИНДРАМИ : НЕПОДВИЖНЫМ НАРУЖНЫМ (РАДИУСА R) И ВНУТРЕННИМ (РАДИУСА r И ДЛИНЫ ℓ ), ВРАЩАЮЩИМСЯ С УГЛОВОЙ СКОРОСТЬЮ ω.

ВРАЩАЮЩИЙСЯ ОТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЦИЛИНДР ЧЕРЕЗ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ВАЛ СВЯЗАН С ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ВИНТОВОЙ ПРУЖИНОЙ. ОТКЛОНЕНИЕ ПОСЛЕДНЕЙ ПРЕДСТАВЛЯЕТ МЕРУ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА М, ДЕЙСТВУЮЩЕГО НА ВНУТРЕННЕМ ЦИЛИНДРЕ.

ТАК КАК КАСАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СДИГА τ И СКОРОСТЬ СДВИГА НЕ ПОСТОЯННЫ В КОЛЬЦЕВОМ ЗАЗОРЕ МЕЖДУ СООСНЫМИ ЦИЛИНДРАМИ ВИСКОЗИМЕТРА, ТО ЭТО ПРИВОДИТ К МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОМУ УМЕНЬШЕНИЮ ЭТОГО ЗАЗОРА И ОТНОСЯТ РАССЧИТАННЫЕ ПАРАМЕТРЫ τ И К РАДИУСУ r ВНУТРЕННЕГО ЦИЛИНДРА. МЕЖДУ ЭТИМИ ПАРАМЕТРАМИ ДЛЯ РЕОТЕСТ СУЩЕСТВУЮТ СЛЕДУЮЩИЕ СООТНОШЕНИЯ:

1.    КАСАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА

τr = M / 2πℓr2

2.    СКОРОСТЬ СДВИГА

                            r = ωR2 / R2 – r2

3.    ЭФФЕКТИВНАЯ ВЯЗКОСТЬ

                            μ = τr / r

                            КОНУС-ПЛИТА

              ИЗМЕРЯЕМОЕ ВЕЩЕСТВО НАХОДИТСЯ В КЛИНОВИДНОМ ЗАЗОРЕ МЕЖДУ СТАЦИОНАРНОЙ ПЛОСКОЙ ПЛИТОЙ И ВРАЩАЮЩИМСЯ ПРИ ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТИ ω КОНУСОМ РАДИУСА R. УГОЛ ЩЕЛИ φ В СИСТЕМЕ КОНУС-ПЛИТА СРАВНИТЕЛЬНО МАЛ (φ= 0,3).МЕЖДУ ВЫШЕ ПЕРЕЧИСЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ДЛЯ УСТРОЙСТВА КОНУС-ПЛИТА СУЩЕСТВУЮТ СЛЕДУЮЩИЕ СООТНОШЕНИЯ:

1.    КАСАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА

τ = 3M / 2πr3

2.    СКОРОСТЬ СДВИГА

                            = ω / tgφ

3.    ЭФФЕКТИВНАЯ ВЯЗКОСТЬ

                            μ = τr / r

I.                  РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ

ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА τr, ДЕЙСТВУЮЩЕЕ В ИССЛЕДУЕМОМ ВЕЩЕСТВЕ И ОТНЕСЕННОЕ К РАДИУСУ ВНУТРЕННЕГО ЦИЛИНДРА СИСТЕМЫ СООСНЫХ ЦИЛИНДРОВ, РАССЧИТЫВАЕТСЯ ПО ФОРМУЛЕ:

              τr = 0,1 ∙ Z ∙ α ,

где τr – напряжение сдвига, Па

              Z –константа цилиндра,(дин/см3)∙(1/дел.шкалы)

              α –               значение, отсчитанное со шкалы                                                                       индикаторного прибора (деление шкалы)

СКОРОСТЬ СДВИГА r (C-1), ЗАВИСЯЩАЯ ОТ РАЗМЕРОВ СИСТЕМЫ ЦИЛИНДРОВ И ПРОПОРЦИОНАЛЬНАЯ ЧИСЛУ ОБОРОТОВ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРА, УКАЗАНА В ПАСПОРТЕ ПРИБОРА ДЛЯ ВСЕХ СТУПЕНЕЙ ЧИСЛА ОБОРОТОВ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПРИ ЧАСТОТЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ʋ = 50 Ги.

ПРИ ОТКЛОНЕНИИ ЧАСТОТЫ СЕТИ ОТ ʋ = 50 Ги ЗНАЧЕНИЯ СКОРОСТИ СДВИГА КОРРЕКТИРУЮТСЯ ПО ФОРМУЛЕ:

              ∙ ʋ/50,

где корригированная скорость сдвига, С-1
              - скорость сдвига, взятая из паспорта прибора, С-1

              ʋ -  частота сети, Ги

ЭФФЕКТИВНАЯ ВЯЗКОСТЬ μ (Па С) ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ДЕЛЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ СДВИГА НА СКОРОСТЬ СДВИГА:

μ = τr /

II. РАСЧЕТНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВ КОНУС-ПЛИТА

              НАПРЯЖЕНИЕ СДВИГА τ, ДЕЙСТВУЮЩЕЕ В КЛИНОВИДНОМ ЗАЗОРЕ УСТРОЙСТВА КОНУС-ПЛИТА, РАССЧИТЫВАЮТ ПО ФОРМУЛЕ:

                            τ = 0,1 ∙ С ∙ α

где τ – напряжение сдвига, Па

              С – константа конуса, (дин/см3)∙( 1/дел.шкалы)

α - значение, отсчитанное со шкалы                                                                       индикаторного прибора (деление шкалы)

ПРИ ОТКЛОНЕНИИ ЧАСТОТЫ СЕТИ ОТ ʋ = 50 Ги ЗНАЧЕНИЕ СКОРОСТИ СДВИГА КОРРЕКТИРУЮТСЯ ПО ФОРМУЛЕ:

              ∙ ʋ/50