Свойства неньютоновских жидкостей

Фильтрация нефти в пористой среде идет согласно линейному закону трения Ньютона, то есть касательные напряжения сдвига прямо пропорциональны градиенту скоростей движения одних слоев жидкости относительно других. Зависимость скорости фильтрации (v) от градиента давления (grad P) таких жидкостей имеет форму прямой линии, проходящей через начало координат (рис. 5, линия 1). Такие жидкости называются ньютоновскими.

Для ньютоновской жидкости (нефти) основным параметром, характеризующим ее течение, служит коэффициент динамической вязкости - коэффициент пропорциональности в законе вязкого трения Ньютона:

где т - касательное напряжение сдвига;

- градиент скорости

в направлении, перпендикулярном к направлению течения х.

Однако не редко, когда на нефтяных месторождениях при их разработке нарушается прямолинейный закон трения Ньютона. В этих случаях зависимость скорости фильтрации от градиента давления имеет вид кривой, проходящей через начало координат выпуклостью к оси градиента (рис. 5, линия 2). Такие жидкости

Рис. 5. График зависимости скорости фильтрации ньютоновской и неньютоновской жидкости от градиента давления: 1 - дилатантная; 2 - ньютоновская; 3 - неньютоновская (псевдопластичная)

обладают структурно-механическими свойствами и называются неньютоновскими (вязкопластичными). Основным показателем неньютоновских свойств при фильтрации нефти (жидкости) в пористой среде является предельный (начальный) градиент давления (рис. 5, крив. 3), после превышения которого начинается движение нефти (жидкости) в горной породе.

Фильтрация неньютоновской жидкости в пористой среде описывается формулой

где ц' - структурная вязкость, аналогичная вязкости обычной , dp •• „

нефти, — - градиент давления, G - начальный, предельный градиент давления.

Неньютоновские свойства жидкостей обладают структурно-механическими свойствами, когда структурная вязкость нефти (жидкости) изменяется.

При небольших градиентах давления пластовая нефть, обладая структурно-механическими свойствами, как в капиллярах, так и в пористой среде, имеет при движении неразрешенную структуру. Но с увеличением градиента давления структура начинает разрушаться, и при достижении определенной величины структура разрушается полностью и жидкость начинает движение как ньютоновская жидкость.

Установлено, что особенности фильтрации неньютоновских свойств проявляются в основном при малых скоростях, то есть на удалении от скважины. Неньютоновские свойства нефти в пласте проявляются при высоком содержании в ней ас-фальтосмолопарафинистых веществ; при физико-химическом взаимодействии пластовой нефти и материала пористой среды с жидкостями, проникающими в пласт. Разработка месторождений с неньютоновскими (вязкопластичными) жидкостями связана со многими осложнениями при проведении геолого-технических мероприятий, исследовании скважин, подготовке и транспортировке нефти и так далее. Свойства неньютоновских нефтей исчезают при их нагреве и увеличении скоростей фильтрации.

Поиск по сайту: