МАГИСТРАЛЬНЫЕ НЕФТЕПРОВОДЫ

Коэффициент кинематической вязкости

Коэффициент ν кинематической вязкости нефти выражается зависимостью μ/ρ:

В СИ единицей измерения ν является м²/с, а единицей измерения кинематической вязкости - стокс, где 1 Ст = 10^-4 м²/с. Например, кинематическая вязкость воды составляет 0,01 Ст = 10^-6 м²/с = 1 сантистокс (сСт). Вязкость маловязких нефтей колеблется от 5 до 15 сСт, а вязкость высоковязких нефтей - от 15 до 35 сСт и даже 50, 100 сСт и выше.

Типы нефти значительно различаются в зависимости от скважины. Например, вязкость нефти северных месторождений Тимано-Печорского нефтегазоносного района (Усинское, Возейское, Харьягинское, Верхневозейское, Ардалинское и др.) колеблется от 812 до 965 кг/м³ и при температуре 20°С от 18 до 4600 сСт, с большими перепадами.

Если вязкая жидкость течет в круглой трубе с внутренним диаметром d послойно, то скорость потока Q связана с разностью давлений Δp, вызывающей этот поток, уравнением Пуазейля:

Если ламинарное течение вязкой жидкости вызвано только действием силы тяжести в вертикальной цилиндрической трубе, то уравнение Пуазейля приобретает вид:

Для измерения вязкости нефти используется специальный прибор, называемый вискозиметром. Наиболее широко используемым типом вискозиметра является капиллярный вискозиметр, а самым известным - вискозиметр Пинкевича (ВПЖ-1 и ВПЖ-2). Основной принцип работы капиллярного вискозиметра заключается в измерении времени, необходимого для свободного истечения исследуемого количества жидкости из камеры прибора через тонкую цилиндрическую трубку (капилляр). Это время рассчитывается по уравнению. Чем выше вязкость жидкости, тем больше времени требуется для ее вытекания. Измерительный прибор оснащен калибровочной таблицей для пересчета времени, необходимого для вытекания жидкости в зависимости от ее вязкости.

Существуют также ротационные вискозиметры, которые могут измерять не только вязкость нефти, но и другие свойства. Ротационный вискозиметр состоит из коаксиального цилиндрического сосуда, в котором расположены другие сосуды. Один сосуд (внешний или внутренний) неподвижен, а другой может вращаться вокруг одной оси. Испытуемый раствор помещается в зазор между сосудами, и один из сосудов вращается с постоянной угловой скоростью. Для этого вращения требуется постоянный момент силы, который определяется специальной механико-электрической системой. Момент выражается как тангенциальное напряжение τ силы вязкого трения на поверхности вращающегося сосуда и скорости сдвига, обусловленной угловой скоростью вращения, поэтому ротационный вискозиметр может рассчитать динамическую вязкость τ жидкости непосредственно из соответствующего уравнения (см.выше).

Вязкость ν нефти зависит от температуры T, то есть ν = ν(Т). Вязкость нефти уменьшается с повышением температуры и увеличивается с понижением температуры. Для расчета зависимости вязкости нефти, то есть кинематической вязкости ν, от температуры T используется несколько формул, включая формулу Рейнольдса-Филонова:

Данная зависимость отражает тот факт, что при изменении температуры происходит экспоненциальное изменение вязкости нефти (рисунок справа).

Чтобы использовать уравнение, необходимо знать коэффициент k или вязкость ν одной и той же жидкости при различных температурах, которые можно получить из уравнения: