Вязкость нефти

Тема:

Вязкость, наряду с плотностью, одно из важнейших физических свойств нефти.

Кинематическая вязкость нефти изменяется в широких пределах: от 2 до 300 мм²/с (20 °С). Однако в среднем вязкость большинства нефтей не превышает 40 – 60 мм²/с.

По вязкости определяют и рассчитывают следующие технологические параметры:

подвижность нефти в пласте при ее добыче
скорость фильтрации в пласте
тип вытесняющего агента
мощность выкачивающего насоса
условия транспортировки по нефтепроводу
и др.

Зная вязкость нефти, можно грубо оценивать ее состав. Основная закономерность - это увеличение вязкости с возрастанием молекулярного веса фракций. Чем нефть тяжелее, тем, соответственно, больше в ее составе тяжелых фракций, и тем выше ее вязкость. Таким образом, высоковязкая нефть содержит в своем составе большое количество смолисто-асфальтеновых веществ, что делает переработку такой нефти более трудоемкой.

Растворенный газ также оказывает влияние на вязкость: углеводородные газы в общем случае разжижают нефть, азот, наоборот, вязкость увеличивает.

Вязкость, как физическая величина

Вязкость, или внутренне трение, - это свойство текучих тел оказывать сопротивление необратимому перемещению одной их части относительно другой. Главным образом вязкость зависит от химического строения, молекулярной массы вещества, а также от условий ее определения.

Согласно общему закону внутреннего трения Ньютона, сила внутреннего трения жидкости (f) зависти от:

площади соприкосновения ее слоев (S)
разности скоростей слоев (Δv)
расстояния между слоями (Δh)
молекулярных свойств жидкости

f = η·S·	ΔV
	Δh

Коэффициент пропорциональности η, присутствующий в формуле, и зависящий от молекулярных сил сцепления жидкости, получил название коэффициент внутреннего трения, или динамическая вязкость.

Динамическая вязкость

Динамическая вязкость определяется по формуле Пуазейля:

η =	π·P·r⁴	· τ
	8·v·L

где (P) – давление, под которым движется жидкость объемом (v), при протекании через капилляр длиной (L) и радиусом (r) за время (t).

В системе СИ динамическая вязкость выражается в паскаль-секундах (Па·с), а в системе СГС – в пуазах (пз). 1 Па·с = 10 пз.

Кинематическая вязкость

Большее распространение, в частности, для характеристики вязкости нефти, топлив, масел и др., получила кинематическая вязкость (удельный коэффициент внутреннего трения), которая представляет собой отношение коэффициента динамической вязкости вещества к его плотности.

ν =	η
	ρ

В системе СИ кинематическая вязкость выражается м²/с, в системе СГС - в стоксах (Ст). 1 Ст = 10^-4 м²/с.

В нефтехимии широко используются также условная и относительная вязкости.

Условная вязкость

Условная вязкость (ВУ) определяется отношением времени истечения определенного объема образца ко времени истечения того же объема стандартной жидкости через вертикальную трубу заданного диаметра и длины при одинаковых условиях.

Стандартно (ГОСТ 6258 - 85) используют 200 см³ определяемой жидкости и столько же дистиллированной воды, и определяют время их истечения с помощью специального вискозиметра при 20 °С. Выражается условная вязкость в градусах Энглера (°E, градус ВУ).

Относительная вязкость

Относительная вязкость – это отношение коэффициентов динамической вязкости определяемого раствора (μ) к коэффициенту динамической вязкости чистого растворителя (μ₀) при определенных условиях.

μ_r =	μ
	μ₀

В США распространено измерение вязкости в универсальных секундах Сейболта (УСС, SSU или SUS). Для этого используется специальный вискозиметр с калиброванным отверстием, через которое пропускается 60 см³ исследуемого образца при 37,8 °С (100 °F) или при 98,9 °С (210 °F) и засекается время его истечения (ASTM D88).

Секунды Сейболта FUROL (SSF) - единицы измерения вязкости на соответствующем вискозиметре Сейболта FUROL, который отличается от универсального вискозиметра Сейболта в два раза большим отверстием истечения. Он используются для более вязких веществ, например, для котельных топлив.