МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЯЗКОСТИ ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ПРИМЕСИ КОЛЛОИДНЫХ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ

Виктор Иванович Лесин

Аннотация


Разработка месторождений с высокой вязкостью нефти значительно осложняет ее извлечение и транспортировку. Для снижения вязкости используются различные физические методы воздействия на нефть, в том числе такие, как обработка магнитным полем и воздействие скоростью сдвига (напряжением сдвига) путем создания колебаний давления в скважинной жидкости. Магнитная обработка (МО) осуществляется путем установки устройств, оборудованных магнитами, внутри скважинного оборудования и в наземных трубопроводах. Продолжительность физических воздействий определяется эмпирическим путем на основе лабораторных и промышленных экспериментов.В связи с вышесказанным актуальным разработка математической модели, позволяющей установить общие закономерности эволюции вязкости при воздействии физическими полями для повышения успешности их применения. Целью предлагаемого исследования является создание математической модели вязкости, которая устанавливает закономерности эволюции вязкости нефти во времени при воздействии на нефть скорости сдвига и магнитного поля. Предложена система уравнений, описывающих зависимость вязкости тяжелой нефти от времени, скорости сдвига и концентрации магнитных частиц оксидов железа. Уравнения основаны на свойствах совместных агрегатов коллоидных частиц нефти и оксидов железа, имеющих структуру физических фракталов (фрактальных агрегатов), ранее изученных методами спектроскопии рассеяния. Система уравнений содержит дифференциальное уравнение с не разделяющимися переменными, не имеющее общего аналитического решения. Справедливость дифференциального уравнения подтверждена экспериментально для трех типов частных решений, соответствующих определенным физическим ситуациям.

Ключевые слова


нефть;вязкость;скорость сдвига;фрактальный агрегат;обработка магнитным полем;теория;уравнение;зависимость от времени;магнитные частицы;oil;viscosity;shear rate;fractal aggregate;magnetic treatment;theory;equation;dependence on time;magnetic particles;

Полный текст:

PDF

Литература


Lesin V.I., Koksharov Yu. A., Khomutov G.B. Viscosity of Liquid Suspensions with Fractal Aggregates: Magnetic Nanoparticles in Petroleum Colloidal Structures // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2011. Vol. 392. pp. 88-94.

Лесин В.И., Лесин С.В. Фрактальная формула зависимости вязкости неньютоновской жидкости от градиента скорости // Нефтяное хозяйство. 2012. № 3. C. 46-48.

Лесин В.И., Клепиков И.А., Лесин С.В. Использование сдвигового воздействия для снижения вязкости нефти // Актуальные проблемы нефти и газа. 2016. № 1 (13).

Жюльен Р. Фрактальные агрегаты // Успехи физических наук. 1989. Т. 157. № 2. С. 339 -357.

Лесин В.И. Особенности релаксации вязкости неньютоновской нефти после воздействия градиентами скорости и магнитными полями // Нефтепромысловое дело. 2008. № 1. С. 43-46.

Sontag R.C., Russel W.B. Structure and Breakup of Flocs Subjected to Fluid Stresses. 1 Shear Experiments // Journal of Colloid and Interface Science. 1986. Vol. 113. No. 2. pp. 399-413.

Ролдугин В.И. Свойства фрактальных систем // Успехи химии. 2003. Т. 72. № 11, C. 1027-1054.

Barthelmes G., Prastinis S.E., Buggisch H. Particle Size Distribution and Viscosity of Suspensions Undergoing Shear-Induced Coagulation and Fragmentation // Chemical Engineering Science. 2003. Vol. 58. pp. 2893-2902. DOI:10.1016/s0009-2509(03)00133-7.

Puertas A.M., Fernandez-Barbero A., de las Nieves F.J. Internal Structure of Clasters from Charge Heterocoagulation // Journal of Colloid and Interface Science. 2004. Vol. 274. pp. 346-348.

Долгоносов Б.М. Параметры равновесного спектра частиц в коагулирующей системе с распадом агрегатов // Коллоидный журнал. 2001. Т. 63. № 1. С. 39-42.

Nassar N.N., Betancur S., Acevedo S., et al. Development of a Population Balance Model to Describe the Influence of Shear and Nanoparticles on the Aggregation and Fragmentation of Asphaltene Aggregates // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2015. Vol. 54. pp. 8201-8211.

Pastor-Satorras R., Rubi J.M. Fractal Properties of Cluster of Colloidal Magnetic Particles // Progr. Colloid. Polym. Sci., 1998. Vol. 110. pp. 29-33.

Лесин В.И. Физико-химическая модель изменения нефтевытесняющих свойств воды после ее магнитной обработки // Нефтепромысловое дело. 2001. № 3. C. 15-17.

Aristizabal-Fontal J.E., Cortes F.B., Franco C.A. Viscosity Reduction of Extra Heavy Crude Oil by Magnetite Nanoparticle-Based Ferrofluids // Adsorption Science & Technology (Special Collection: III Workshop on Adsorption, Catalysis and Porous Materials). 2017. pp. 1-23. DOI: 10.1177/0263617417704309.

Лоскутова Ю.В., Юдина Н.В. Влияние постоянного магнитного поля на реологические свойства высокопарафинистых нефтей // Коллоидный журнал. 2003. Т. 65. № 4. С. 510–515.

Мартынова О.И., Гусев Я.Т., Леонтьев Е.А. К вопросу о механизме влияния магнитного поля на водные растворы солей // Успехи физических наук. 1969. Т. 98. Вып. 1. С. 195-199.

Tung N.P., Vinh N.Q., Phong N.T.P., Long B.Q.K., Hung P.V. Perspective for Using Nd–Fe–B Magnets as a Tool for the Improvement of the Production and Transportation of Vietnamese Crude Oil with High Paraffin Content // Physica B. 2003. Vol. 327. pp. 443-447.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2019-2-199-216

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.