Меню

Вязкость нефти при увеличении давления выше давления насыщения

Влияние давления на вязкость

Смазочные масла между трущимися поверхностями подвергаются высоким давлениям; при некоторых нефтескладских операциях нефтепродукты также находятся под повышенными давлениями. Влияние давления на вязкость имеет большое практическое значение.

Вследствие значительных методических трудностей этот вопрос менее изучен, чем зависимость вязкости от температуры . Бридж-мен провел обширные исследования о влиянии давления на вязкость жидкостей при давлениях до 12 000 кГ/см2. Во всех случаях (за исключением воды) он обнаружил, что с увеличением давления вязкость резко возрастает (табл.22).

Даже у одной из наименее чувствительных к влиянию давления на вязкость жидкостей, а именно у метилового спирта, вязкость при 12 000 кГ/см2 почти в 10 раз больше, чем при атмосферном давлении. У отдельных жидкостей под влиянием давления вязкость возрастает в тысячу раз и больше.

носит название пьезокоэфициента вязкости.

при атмосферном давлении.

В гомологических рядах углеводородов, спиртов, хлор-, бром-и иод производных алифатических углеводородов влияние давления на вязкость за небольшим исключением возрастает с длиной углеводородной цепи. Вязкость изосоединений более чувствительна к давлению, чем вязкость соответствующих нормальных соединений. То же справедливо для вязкости циклических углеводородов по сравнению с алифатическими. Метилирование циклов немного снижает зависимость вязкости от давления, но она быстро повышается с увеличением длины и числа боковых цепей. У бутилбензола она примерно такая же, как и у бензола, а у диэтилбензола несколько больше. В целом можно сделать вывод, что чем сложнее молекула жидкости, тем больше пьезокоэфициент вязкости.

Как правило, чем ниже температура, тем больше пьезокоэфи-циент вязкости. С повышением давления возрастает температурный коэфициент вязкости (см. табл. 22).

Гаузер, Бриджмэн и др. наблюдали интересную аномалию вязкости воды, заключающуюся в том, что ниже 30° при повышении давления вязкость вначале падает, а затем выше 1000 кГ/см2 начинает расти. Бриджмэн связывает аномальное поведение воды с влиянием давления на ассоциацию молекул. Выше 30°, когда ассоциация молекул исчезает, эффекта не наблюдается. Однако причина этого явления не вполне выяснена.

Вязкость смазочных масел сильно возрастает с повышением давления. При давлении 1000 am она возрастает в 8—40 раз. При давлениях в несколько тысяч кГ/см2 многие вязкие масла превращаются в мазеобразные вещества. Согласно измерениям Хайда , Герси и Кискальта зависимость вязкости от давления у разных масел может сильно различаться, но она всегда выше, чем у низших углеводородов и легких нефтепродуктов. Согласно Хайду вязкость минеральных масел более чувствительна к давлению, чем вязкость растительных масел. Хорошей иллюстрацией влияния давления на вязкость масел могут служить данные Дау (табл. 23).

Пьезокоэфициент вязкости в широком диапазоне давлений не остается постоянным. Вязкость в отличие от объема, термического расширения и ряда других свойств с повышением давления вначале растет менее круто, чем при больших давлениях.

Вследствие различной техники измерения давление выше атмосферного условно делят на высокие и сверхвысокие (выше 1000 am). Изменение характера зависимости вязкости от давления имеет место примерно на границе между ними. Варбург, Фауст и некоторые другие исследователи нашли; что при давлении ниже 700—800 am зависимость вязкости от давления близка к линейной и с некоторым приближением подчиняется простому уравнению

—вязкость при давлении р;

— вязкость при атмосферном давлении; щ —постоянная при данной температуре; р — избыток давления над атмосферным.

М. П. Воларович показал, что исследованные им отечественные вязкие смазочные масла при давлении до 1000 am с достаточным приближением подчиняются логарифмической зависимости (фиг. 64) вида

Величина постоянных аиЬ зависит от природы масла и температуры. Значение этих величин приведено в табл. 24.

Влияние давления на вязкость частично объясняется сжимаемостью жидкости и, как следствие этого, изменением расстояния между молекулами (уменьшение свободного пространства). Однако это не может быть единственной причиной влияния давления, особенно сверхвысокого. В то время как согласно уравнению А. И. Бачинского вязкость является линейной функцией удельного объема, вязкость при сжатии под давлением растет значительно быстрее. При 10 000—12 000 кГ/см2 объем жидкостей уменьшается на 20—26%, в то время как вязкость возрастает в десятки и сотни раз. Многие авторы допускают, что под влиянием давления изменяется объем молекул. Подтверждение этому предположению мы находим в более высоком пьезокоэфициенте вязкости жидкостей, состоящих из сложных молекул, которые более склонны к деформации.

Читайте также:  Что посоветовала бывшая свекровь ольги против низкого давления

Изменение механических свойств жидкости под влиянием давления связано также с воздействием давления на температуру плавления, особенно когда температура измерения вязкости не очень далека от температуры кристаллизации жидкости. Температура плавления бензола возрастает с 5,4° при 1 am до 96,6° при 40 000 am . А. Ф. Верещагин и В. А. Преображенский наблюдали кристаллизацию такой трудно кристаллизуемой жидкости, как чистый глицерин, при давлении 1000—1500 am. Кристаллизация углеводородов под давлением исследовалась Клау-зисом и Вейганд .

Влияние давления на вязкость не ограничивается чисто физическими факторами. Давление обусловливает различные химические реакции или способствует им, в частности конденсации, полимеризации и молекулярной перегруппировке (обзор с подробной библиографией см. ). Все эти процессы весьма значительно влияют на механические свойства веществ. Отметим, например, что олеиновая кислота под давлением порядка 3000 am твердеет и после снятия давления не возвращается в жидкое состояние. Такое сравнительно стойкое в химическом отношении соединение, как сероуглерод, необратимо твердеет при давлении 40 000 am. У минеральных масел, подвергнутых сверхвысоким давлениям, наблюдается необратимое повышение вязкости и необратимое затвердение.

Источник

Плотность, вязкость нефти и газа, давление насыщения, газовый фактор.

Нефть – горючая, маслянистая жидкость, преимущественно темного цвета, представляет собой смесь различных углеводородов. В нефти встречаются следующие группы углеводородов: метановые (парафиновые) с общей формулой СnН2n+2; нафтеновые – СnН2ni; ароматические – СnH2n-6. Преобладают углеводороды метанового ряда (метан СН4, этан С2Н6, пропан С3Н8 и бутан С4Н10), находящиеся при атмосферном давлении и нормальной температуре в газообразном состоянии. Пентан С5Н12, гексан С6Н14 и гептан С7Н16 неустойчивы, легко переходят из газообразного состояния в жидкое и обратно. Углеводороды от С8Н18 до С17Н36 – жидкие вещества. Углеводороды, содержащие больше 17 атомов углерода – твердые вещества (парафины). В нефти содержится 82¸87 % углерода, 11¸14 % водорода (по весу), кислород, азот, углекислый газ, сера, в небольших количествах хлор, йод, фосфор, мышьяк и т.п.

Основной показатель товарного качества нефти – ее плотность (r) (отношение массы к объему), по ней судят о ее качестве. Легкие нефти наиболее ценные.

Плотность (объемная масса) – масса единицы объема тела, т.е. отношение массы тела в состоянии покоя к его объему. Единица измерения плотности в системе СИ выражается в кг/м 3 . Измеряется плотность ареометром. Ареометр – прибор для определения плотности жидкости по глубине погружения поплавка (трубка с делениями и грузом внизу). На шкале ареометра нанесены деления, показывающие плотность исследуемой нефти.

Вязкость – свойство жидкости или газа оказывать сопротивление перемещению одних ее частиц относительно других. Зависит она от силы взаимодействия между молекулами жидкости (газа). Для характеристики этих сил используется коэффициент динамической вязкости (m). За единицу динамической вязкости принят паскаль-секунда (Па·с), т.е. вязкость такой жидкости, в которой на 1 м 2 поверхности слоя действует сила, равная одному ньютону, если скорость между слоями на расстоянии 1 см изменяется на 1 см/с. Жидкость с вязкостью 1 Па·с относится к числу высоковязких.

Читайте также:  Что такое уровень звукового давления оповещателя

В нефтяном деле, так же как и в гидрогеологии и ряде других областей науки и техники, для удобства принято пользоваться единицей вязкости, в 1000 раз меньшей – мПа·с. Так, пресная вода при температуре 20 0 С имеет вязкость 1 мПа·с, а большинство нефтей, добываемых в России, — от 1 до 10 мПа·с, но встречаются нефти с вязкостью менее 1 мПа·с и несколько тысяч мПа·с. С увеличением содержания в нефти растворенного газа ее вязкость заметно уменьшается. Для большинства нефтей, добываемых в России, вязкость при полном выделении из них газа (при постоянной температуре) увеличивается в 2¸4 раза, а с повышением температуры резко уменьшается.

Вязкость жидкости характеризуется также коэффициентом кинематической вязкости, т.е. отношением динамической вязкости к плотности жидкости. За единицу в этом случае принят м 2 /с. На практике иногда пользуются понятием условной вязкости, представляющей собой отношение времени истечения из вискозиметра определенного объема жидкости ко времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20 0 С.

Цвет нефти варьирует от светло-коричневого до темно-бурого и черного, плотность от 730 до 980¸1050 кг/м 3 (плотность менее 800 кг/м 3 имеют газовые конденсаты). По плотности нефти делятся на 3 группы: на долю легких нефтей (с плотностью до 870 кг/м 3 ) в общемировой добыче приходится около 60% (в России – 66%), на долю средних нефтей (871¸970 кг/м 3 ) в России – около 28%, за рубежом – 31%; на долю тяжелых (свыше 970 кг/м 3 ) – соответственно около 6% и 10%. Вязкость изменяется в широких пределах (при 50 0 С 1,2 ¸ 55·10 -6 м 2 /с) и зависит от химического и фракционного состава нефти и смолистости (содержания в ней асфальтеново-смолистых веществ).

Другое основное свойство нефти – испаряемость. Нефть теряет легкие фракции, поэтому она должна храниться в герметичных сосудах.

В пластовых условиях свойства нефти существенно отличаются от атмосферных условий.

Движение нефти в пласте зависит от пластовых условий: высокие давления, повышенные температуры, наличие растворенного газа в нефти и др. Наиболее характерной чертой пластовой нефти является содержание в ней значительного количества растворенного газа, который при снижении пластового давления выделяется из нефти (нефть становится более вязкой и уменьшается ее объем).

В пластовых условиях изменяется плотность нефти, она всегда меньше плотности нефти на поверхности.

При увеличении давления нефть сжимается. Для пластовых нефтей коэффициенты сжимаемости нефти bн колеблются в пределах 0,4¸14,0 ГПа -1 , коэффициент bн определяют пересчетом по формулам, более точно получают его путем лабораторного анализа пластовой пробы нефти.

Из-за наличия растворенного газа в пластовой нефти, она увеличивается в объеме (иногда на 50¸60%). Отношение объема жидкости в пластовых условиях к объему ее в стандартных условиях называют объемным коэффициентом «в». Величина, обратная объемному коэффициенту, называется пересчетным коэффициентом Q = . Этот коэффициент служит для приведения объема пластовой нефти к объему нефти при стандартных условиях.

Используя объемный коэффициент, можно определить усадку нефти, т.е. на сколько изменяется ее объем на поверхности по сравнению с глубинными условиями.

Усадка – И = · 100%.

Важной характеристикой нефти в пластовых условиях является газосодержание – количество газа, содержащееся в одном кубическом метре нефти. Для нефтяных месторождений России газовый фактор изменяется от 20 до 1000 м 3 /т. По закону Генри растворимость газа в жидкости при данной температуре прямо пропорциональна давлению. Давление, при котором газ находится в термодинамическом равновесии с нефтью, называется давлением насыщения. Если давление ниже давления насыщения, из нефти начинает выделяться растворенный в ней газ. Нефти и пластовые воды с давлением насыщения, равным пластовому, называются насыщенными. Нефти в присутствии газовой шапки, как правило, насыщенные.

Читайте также:  Советский плунжерный насос высокого давления

Дата добавления: 2015-10-26 ; просмотров: 1809 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Факторы, влияющие на вязкость нефти

На вязкость нефти влияют:

количество растворенного газа;

содержание и состояние асфальто-смолистых веществ;

содержание и состояние высокомолекулярных парафиновых углеводородов;

молекулярная масса углеводородов.

С повышением температуры, вязкость уменьшается, т. к. увеличивается среднее расстояние между молекулами за счет ослабления взаимного притяжения и, как следствие, уменьшается сила трения (рис. 2.2). С повышением давления вязкость возрастает.

Чем выше полярность компонентов нефти, тем выше вязкость.

Для пластовых нефтей вязкость уменьшается с увеличением количества растворенного в них газа до критической точки – давления насыщения (рис. 2.2). Кинематическая вязкость нефтей различных месторождений изменяется в довольно широких пределах: от 2 до 300 сСт при 20 °С. Однако в среднем вязкость большинства нефтей редко превышает 40–60 сСт.

Рис. 2.3. Температурные кривые вязкости нефтей: 1 – самотлорской; 2 – осинской; 3 – арланской; 4 – ножовской;5 – узеньской [1]

Рис. 2.2. Зависимость вязкости нефти от температуры и количества растворенного газа [42]

Температурная зависимость вязкости (рис. 2.3) является очень важной, так как влияет на расход энергии при транспорте, перемешивании, фильтрации нефтей, влияет на теплообмен, скорость отстаивания водонефтяных эмульсий. Она важна также и при применении готовых нефтепродуктов (слив, перекачка, фильтрование, смазка трущихся поверхностей и т. д.).

По характеру кривых ν = f(t) (рис. 2.3) можно косвенно судить о составе нефти. Крутую вязкостно-температурную зависимость малопарафинистым нефтям придают асфальто-смолистые вещества и полициклические углеводороды, особенно с короткими боковыми целями. Пологой вязкостно-температурной зависимостью обладают алкановые углеводороды (величина дипольного момента 0,08–0,1Д) и углеводороды, имеющие длинную алифатическую цепь, в частности, алкилароматические и алкилнафтеновые углеводороды. Относительно меньшей вязкостью обладают нефти, содержащие больше легких фракций [1].

Из отдельных компонентов нефти наибольшей вязкостью обладают смолистые вещества; из углеводородов наименьшая вязкость отмечается у алканов нормального строения, в том числе и у расплавленных парафинов.

Для углеводородов по мере увеличения их молекулярного веса и температуры кипения вязкость значительно возрастает. Так, например, если вязкость бензинов при 20 °С составляет порядка 0,6 сСт, то тяжелые остаточные масла характеризуются вязкостью порядка 300–400 сСт.

Для различных классов углеводородов вязкость растет в ряду алканы – арены – цикланы.

При одинаковом строении молекулы наличие нафтеновых колец повышает вязкость и иногда очень существенно по сравнению с ароматическими кольцами [9].

Это относится также и к углеводородам только с шестичленными циклами:

Чем больше циклов в молекуле, тем выше вязкость.

Чем больше в молекулах сложных углеводородов боковых парафиновых цепей при одинаковом числе одинаковых колец, тем также выше вязкость.

Разветвление боковых цепей, в свою очередь, увеличивает вязкость.

Характер изменения вязкости при изменении температуры принято определять отношением кинематической вязкости при 50 °С к кинематической вязкости при 100 °С, называемым индексом вязкости (ИВ). Отношение вязкостей при двух температурах является приближенной мерой оценки изменения крутизны вязкостной кривой в заданном интервале температур.

ИВ является функцией группового химического состава масла. Различные группы углеводородов по-разному изменяют вязкость от температуры. Наиболее крутая зависимость у ароматических углеводородов, а наименьшая – у алканов. Нафтеновые углеводороды в этом отношении близки к алканам.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Мы не исправляем ошибки в тексте (почему?), но будем благодарны, если вы все же напишите об ошибках.

Источник

Adblock
detector