Библиографическое описание:

Жумаев К. К., Рахимов Б. Б., Дуров Ш. Ш. Экспериментальные исследования температурных зависимостей вязкости нефтяных шламов // Молодой ученый. — 2013. — №5. — С. 57-60.

При утилизации продукции нефтешламовых амбаров и донных отложений основной проблемой является их высокая вязкость. Одним из способов понижения вязкости — повышение температуры среды. Поэтому возникает необходимость определения зависимости вязкости данного продукта от температуры. С целью определения зависимости вязкости от температуры были проведены исследования реологических свойств нефтяного шлама.По своим реологических характеристикам нефтешламы относятся, как правило, к неньютоновским жидкостям. Решающее влияние на изменение реологических свойств таких систем оказывает макромолекулярный уровень организации их структуры и сильная зависимость от внешних факторов (температура, давление, физические поля, добавление реагентов и т. д.).

Макрореологические параметры несут информацию о микроструктуре нефтяных систем. Носителями структурно-механических свойств нефтяных систем являются высокомолекулярные компоненты. Присутствие высокоплавких парафинов и асфальтосмолистых веществ в нефтяных системах, их дисперсность и степень взаимодействия обеспечивают определенный уровень прочности структуры нефтяной дисперсной системы.Нелинейное изменение вязкости нефтяных систем при нагреве обусловлено внутренней перестройкой их структуры при нагреве и переходом ее из связанного дисперсного состояния в свободное. Переход твердой фазы в жидкую характеризуется не одной температурной точкой, а областями перехода. Разность между температурами плавления и температурой кристаллизации для смеси парафинов значительно больше, чем для отдельных компонентов.

В работе [1] подробно рассмотрены зависимости реологических характеристик различных эмульсий от соотношения воды, асфальтосмолистых веществ и парафинов. Результаты экспериментальных исследований показали, что вязкость нефтяных эмульсий увеличивается с увеличением содержания воды вплоть до того, пока она не обратится из системы «вода в нефти» в систему «нефть в воде», вязкость которых очень мала. В данной работе было установлено, что чем больше содержание асфальтосмолистых веществ в эмульсии, тем ниже температура ее застывания, а чем больше содержание парафинов, тем температура застывания выше.

Для исследования температурных зависимостей вязкости нами использовался вискозиметр «Rheometer» по Геплеру, принцип работы которого основан на падении шарика в исследуемой среде.

Вязкость рассчитывали по формуле:       

где t — время прохождения шариком фиксированного расстояния в исследуемой среде (сек.), p—давление, оказываемое шариком на исследуемую среду (), k —постоянная прибора.

На рис. 1 изображены графики зависимости вязкости образцов нефтешлама № 2 и № 4 от температуры. В температурном ходе образца № 2 можно выделить несколько характерных участков. На первом —до 32 °С — происходит плавное снижение значения вязкости. Второй участок — от 32 до 50 °С —характеризуется резким снижением вязкости, очевидно, за счет плавления парафинов и деструктуризации асфальтосмолистых веществ.

После того, как процесс плавления парафинов заканчивается (52–88 °С), увеличение температуры в меньшей степени влияет на изменение вязкости.

Для образца № 4 во всем диапазоне исследования происходит плавное снижение вязкости. Для исследования зависимости вязкости от содержания воды, изготавливали образцы водонефтяных эмульсий с различным содержанием воды.

Рис. 1. Зависимость вязкости от температуры для образцов № 2 (кривая 1) и № 4 (кривая 2).

На рис. 2. представлены кривые зависимости вязкости образцов от температуры при различном содержании воды, по которым видно, что вязкость нефтешлама уменьшается с повышением температуры и увеличивается с повышением концентрации воды в ней. При более высоких температурах разница в значениях вязкости становится незначительной.

Рис. 2. Зависимость вязкости образца № 3 от температуры при различном содержании воды.

Увеличение вязкости с повышением концентрации в них воды обуславливается увеличением взаимодействия между каплями, благодаря более тесному сближению глобул воды, вследствие чего трение между слоями увеличивается, и вязкость растёт. То есть с ростом концентрации воды резко возрастает агрегация капель, поскольку с увеличением содержания воды растет число капель, находящихся в тесной близости в каждый момент времени. При низких скоростях сдвига, не вызывающих серьезных изменений в структуре агрегатов, каждый агрегат ведет себя как отдельная сфера с объемом, большим, чем сумма объемов составляющих его капель, потому что внутри структуры удерживается некоторое количество непрерывной фазы. Это изменяет соотношение эффективных объемов дисперсной и непрерывной фаз. В условиях оптимальной упаковки агрегаты связываются в непрерывную сетку [2].

На рисунке 3 приведен график зависимости  от температуры для донных нефтешламовых остатков Бухарского нефтеперерабатывающего завода.

Рис. 3. Зависимость вязкости от температуры для донных остатков из Бухарского нефтеперерабатывающего завода.

Полученные результаты показали, что в зависимости  наблюдаются три характерных участка снижения вязкости, на каждом из которых функция  может быть описана экспоненциальной зависимостью с разными показателями степени.

На первом участке (35–48 °С) при увеличении температуры вязкость постепенно понижается. На втором же участке (48–54 °С) происходит резкое снижение вязкости, за счет плавления парафинов и деструктуризации асфальтосмолистых веществ. После того, как процесс плавления парафинов заканчивается (54–75 С), увеличение температуры в меньшей степени влияет на изменение вязкости.

Литература:

1.      Аванесян В. Г. Реологические особенности эмульсионных смесей. М., Недра, 1980.-116с.

2.      Елисеев Н. Ю. Вязкость дисперсных систем. М., фирма «Блок», 1998. -80с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle