«Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса»

Зависимость вязкости нефтяных эмульсий от содержания частиц и воды

УДК: 665.61
DOI: 10.33285/1999-6934-2023-6(138)-24-28

Авторы:

¹ Институт катализа и неорганической химии НАНА, Баку, Азербайджан
² Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, Баку, Азербайджан

Ключевые слова: нефтяная дисперсная система, реология, вязкость, частица, структурообразование, коагуляция

Аннотация:

Показано, что динамическая вязкость играет ключевую роль в структурированных нефтяных дисперсных системах, определяя их реологические свойства. Рост концентрации частиц увеличивает эффективную вязкость линейно, в том случае, если частицы дисперсной фазы удалены друг от друга на значительные расстояния, что снижает вероятность их межмолекулярного взаимодействия. Для вычисления вязкости дисперсных сред имеется ряд эмпирических формул. При этом выбор модели основывается на адекватном описании экспериментальных данных, а не на механизме структурообразования. Важно отметить, что поиск общего реологического уравнения для различных систем считается невозможным. При увеличении размеров частиц повышается эффективная вязкость, при которой коагуляционные структуры и агрегаты не образуются, а происходит плотная упаковка частиц. Это связано с наличием частиц дисперсной фазы, которые искажают поток жидкости вблизи этих частиц, что влияет на вязкость дисперсной системы. Незначительная концентрация частиц исключает столкновения, и поток жидкости вблизи одной из частиц оказывает влияние на поток жидкости вокруг других. Исследования подтверждают, что эффективная вязкость дисперсной системы находится в сильной зависимости от объемной доли и размера частиц. На вязкость и, соответственно, на реологические свойства эмульсии одинаково влияют наличие в ней деформируемых капель и пузырей и их высокая концентрация, при которой образуются коагуляционные структуры, называемые флокулами. Приведены расчетные зависимости вязкости нефтяной эмульсии от содержания воды в объеме и напряжения сдвига, демонстрирующие ее изменение.

Список литературы:

1. Ходаков Г.С. Реология суспензий. Теория фазового течения и ее экспериментальное обоснование // Рос. хим. журн. – 2003. – Т. XLVII, № 2. – С. 33–44.
2. Механика и реология нефтяных дисперсных систем / Г.И. Келбалиев, С.Р. Расулов, Д.Б. Тагиев, Г.Р. Мустафаева. – М.: Маска, 2017. – 462 с.
3. Kelbaliyev G.I., Tagiyev L.B., Rasulov S.R. Transport Phenomena in Dispersed Media. – Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2019. – 456 p.
4. Vielma J.C. Rheological Behavior of Oil-Water Dispersion Flow in Horizontal Pipes: A Thesis for the Degree of Master of Science in the Discipline of Petroleum Engineering. – The University of Tulsa, 2006. – 107 p.
5. Kelbaliev G.I., Rasulov S.R., Mustafaeva G.R. Viscosity of Structured Disperse Systems // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. – 2018. – Vol. 52, Issue 3. – P. 404–411. – DOI: 10.1134/S0040579518020082
6. Droplet Dynamics of Newtonian and Inelastic Non-Newtonian Fluids in Confinement / N. Ioannou, Haihu Liu, M.S.N. Oliveira, Yonghao Zhang // Micromachines. – 2017. – Vol. 8, Issue 2. – P. 57. – DOI: 10.3390/mi8020057
7. Blanchette F., Bigioni T.P. Dynamics of drop coalescence at fluid interfaces // J. of Fluid Mechanics. – 2009. – Vol. 620. – P. 333–352. – DOI: 10.1017/S0022112008004801
8. Броунштейн Б.И., Щеголев В.В. Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах. – Л.: Химия, 1988. – 336 с.
9. An overview of heavy oil properties and its recovery and transportation methods / R.G. Santos, W. Loh, A.C. Bannwart, O.V. Trevisan // Brazilian J. of Chemical Engineering. – 2014. – Vol. 31, Issue 03. – P. 571–590. – DOI: 10.1590/0104-6632.20140313s00001853
10. Злобин А.А., Юшков И.Р. О механизме структурообразования нефтяных дисперсных систем // Вестн. Пермского гос. техн. ун-та. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2008. – Т. 7, № 3. – С. 13–20.
11. Ермаков С.А., Мордвинов А.А. О влиянии асфальтенов на устойчивость водонефтяных эмульсий // Электрон. науч. журн. Нефтегазовое дело. – 2007. – № 1. – С. 59.
12. Experimental investigation of non-Newtonian droplet collisions: the role of extensional viscosity / G. Finotello, Sh. De, J.C.R. Vrouwenvelder [et al.] // Experiments in Fluids. – 2018. – Vol. 59, Issue 7. – P. 113. – DOI: 10.1007/s00348-018-2568-2
13. Dissolution of Asphaltene in Binary Mixtures of Organic Solvents and Model Maltenes: Unambiguous Evidence for Asphaltene Preferential Solvation and Relevance to Assessing the Efficiency of Additives for Asphaltene Stabilization / L.P. Novaki, N. Keppeler, M.M.N. Kwon [et al.] // Energy & Fuels. – 2019. – Vol. 33, Issue 1. – P. 58–67. – DOI: 10.1021/acs.energyfuels.8b02892
14. Shear-induced sedimentation in yield stress fluids / G. Ovarlez, F. Bertrand, Ph. Coussot, X. Chateau // J. of Non-Newtonian Fluid Mechanics. – 2012. – Vol. 177–178. – P. 19–28. – DOI: 10.1016/j.jnnfm.2012.03.013
15. Осаждение частиц в неньютоновской нефти / Г.И. Келбалиев, С.Р. Расулов, М.Р. Манафов, Ф.Р. Шыхыева // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2022. – № 2(128). – С. 45–51. – DOI: 10.33285/1999-6934-2022-2(128)-45-51