Існує багато середовищ, які добре описуються моделлю (1) вузький (ньютонівської) рідини. У той же час є й інші рідкі середовища, для опису яких модель в'язкої рідини не підходить. Ці рідини називаються неньютоновскими.
Якщо нафта не містить складної структурної одиниці (ССЕ), то вона являє собою молекулярний розчин різних низько- і високомолекулярних сполук і підкоряється закону в'язкого тертя Ньютона (1). При русі в'язкої ньютонівської рідини по круглій трубі дотичне напруження t пропорційно градієнту швидкості u:
=m * du/dr, (2)
де r - радіус;/dr - швидкість зсуву.
Це найпростіше реологічне рівняння рідини. Воно містить єдиний реологічний параметр - динамічну в'язкість.
Залежність дотичного напруження від швидкості зсуву називається кривою течії або реологической кривої.
У координатах t-du/dr поведінку нафти зазначеного вище типу буде описуватися прямий 1, виходить з початку координат (рис.1).
Рис.1. Криві течії
- ньютонівська рідина; 2 - псевдопластічная; 3 - ділатантная; 4 - в'язкопластичні рідини
Тангенс кута нахилу прямої 1 до осі ординат характеризує в'язкість рідини (нафти) і при постійній температурі є величина постійна:
tg a=m=const (3)
Фізико-хімічні та механічні властивості нафтових дисперсних системах (ПДВ) залежать від ступеня структурування високомолекулярних сполук (ВМС) і від співвідношення дисперсної фази і дисперсійного середовища.
Якщо нафта являє собою вільнодисперсні систему, то її перебіг якісно збігається з плином гомогенних рідин, тобто при ламінарному режимі течії зберігається пропорційність між напругою зсуву і швидкістю зсуву. Кількісно відмінність виражається в тому, що в'язкість системи виявляється вище в'язкості чистої (гомогенної) рідини, тому дисперсні частинки чинять додатковий опір переміщенню шарів рідини.
Наявність структури в рідині змінює характер кривих течії.
Широкий спектр розмірів часток в ПДВ і їх взаємодію між собою обумовлює велику різноманітність реологічних властивостей нафт.
Нафти, що представляють собою связнодісперснимі систему, рівнянню Ньютона не підкоряються, тому при їх течії втрачається пропорційність між прикладеною навантаженням (напругою зсуву) і спричиненої нею деформацією (швидкістю зсуву), крива 2, рис.1. Рідина продовжує зберігати здатність до течії при як завгодно малих напругах зсуву, але в міру збільшення швидкості зсуву в рідині відбувається руйнування ще слабких зв'язків між асоцоатами, впорядкування взаємного положення і орієнтація часток щодо напрямку потоку. Все це призводить до відносного зменшення прикладеного до рідини напруги зсуву t і крива течії 2 стає зверненої опуклістю до осі t. Такі рідини називаються псевдопластічнимі.
Перебіг псевдопластічной рідини підпорядковується статечному закону:
=k * (du/dr) n, (4)
де k - консистентность системи; - індекс течії.
Індекс течії характеризує відхилення системи від стану ньютонівської рідини:=1 - ньютонівська рідина; lt; 1 - псевдопластічная рідина; gt; 1 - ділатантная рідину, крива 3, рис.1.
Криві течії статечних рідин проходять через початок координат.
Системи, в яких рідка фаза пронизана суцільний структурної сіткою, набувають здатність до течії тільки після руйнування тієї сітки. Прикладом такої системи є нафта, що містить сітку з кристалів парафіну або частинок асфальтенов. Ідеальне в'язкопластичний протягом описується прямий 4, тангенс кута нахилу якої до осі швидкості зсуву чисельно дорівнює пластичної в'язкості m *. Перебіг таких рідин (нафт, водонафтових емульсій) починається тільки після того, як напруга зсуву перевищить певний межа t0. При цьому структура повністю руйнується і рідина тече потім як ньютонівська.
Рівняння, що описує протягом в'язко-пластичних рідин, відоме як рівняння Шведова-Бінгама:
=t0 + (m *) * du/dr. (5)
При розгляді кривих течії реальних в'язкопластичних рідин можна спостерігати три характерні точки: С - напруга зсуву, при якому починається перебіг (статичну напругу зсуву); - граничне (динамічний) напруга зсуву; Р - напруга зсуву, при якому структура повністю зруйнована і рідина починає текти як ньютонівська.
Дослідження реологического поведінки нафт показали, що при температурах близьких до температури застигання нафти добре підкоряються моделі Швідова-Бінгама.
Пластичну в'язкість можна виразити чере...
