Определение динамической вязкости углеводородных жидкостей при атмосферном давлении с помощью ротационного вискозиметра LeVi V2-L
Общие положения
Вязкость нефти является одним из основных физико-химических свойств, определяющих процессы разработки и эксплуатации нефтяных месторождений, и входит во все гидродинамические расчеты.
Вязкость (внутреннее трение) - это свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц, вызываемому действием приложенной к жидкости силы.
Согласно закону Ньютона:
F= -μ*S* 
(1)
= τ = -μ* 
(2)
где τ – напряжение сдвига, Па;
– скорость сдвига, с-1;
μ - коэффициент пропорциональности или динамическая вязкость, Па*с;
F - сила, приходящаяся на единицу площади пластины S, Н.
Для ньютоновских жидкостей внутреннее трение (вязкость) при заданной температуре и давлении является величиной постоянной и не зависящей от условий определения и скорости течения, если не создаются условия для турбулентного движения.
В нефтепромысловой практике пользуются понятиями динамической и кинематической вязкости.
Кинематическая вязкость - это отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при той же температуре
(3)
где υ - кинематическая вязкость жидкости, м2/с;
μ- динамическая вязкость жидкости, Па*с;
ρ - плотность жидкости, кг/м3.
В зависимости от величины вязкости нефти можно классифицировать на следующие группы:
- маловязкие нефти (μ = 0,5...10 мПа*с);
- нефти со средней вязкостью (μ=10...30 мПа*с);
- высоковязкие нефти (μ =30... 100 мПа*с);
- битуминозные нефти (μ =100...1000 мПа*с);
- гудроны(μ =1000...50000 мПа*с)
Вязкость нефти зависит от температуры, давления, химического состава нефти и количества растворенного в пластовой нефти попутного газа.
Цель лабораторной работы
Целью лабораторной работы является определение динамической вязкости жидкостей при атмосферном давлении.
Для определения вязкости в нефтепромысловой практике используют следующие методы:
- способы измерения вязкости, основанные на истечении жидкости; используют различные виды стеклянных капиллярных вискозиметров (например, ВПЖ-2) для определения вязкости однородных жидкостей при атмосферном давлении;
- способы измерения вязкости, основанные на падении тела в исследуемой жидкости. Используют вискозиметры для определения вязкости при атмосферном давлении и вискозиметры для определения вязкости при пластовых термодинамических условиях (вискозиметр высокого давления);
- способы измерения вязкости, основанные на вращении тела в исследуемой жидкости (ротационный вискозиметр);
- способы определения вязкости, основанные на измерении скорости затухания колебаний магнитострикционного материала, помещенного в исследуемую жидкость (ультразвуковая вискозиметрия);
- способы измерения вязкости малых объемов жидкостей, основанные на подъеме жидкости под действием силы поверхностного натяжения.
В лабораторной работе используют ротационный вискозиметр LeVi V2-L с различными шпинделями (рисунок 1, 2).
1. Индикатор уровня
2. LCD дисплей
3. START - начать измерение
4. STOP - постановить измерение
5. UP - выбор параметра верхней строки
6. DOWN - выбор параметра нижней строки
7. ENTER - подтверждение выбранного
Рисунок 1 – Внешний вид вискозиметра (вид спереди)
8. Вкл./ выкл.
9. Гнездо подключения сетевого кабеля
10. Гнездо подключения датчика температуры Pt-100
11. Гнездо подключения RS232
Рисунок 2 – Внешний вид вискозиметра (вид сзади)
Принцип работы прибора
Вискозиметр — прибор для быстрого определения вязкости в соответствии со стандартами ISO 2555 и ASTM
Принцип работы данного прибора: измеряется усилие, которое необходимо для преодоления сопротивления вращению шпинделя (цилиндрического или дискового), погруженного в измеряемую жидкость. Шпиндель соединен пружиной с осью мотора, вращающегося с определенной скоростью. Угол отклонения шпинделя относительно пружины измеряется при помощи электронного блока, определяющего момент вращения. Момент вращения, определяется вискозиметром на основании скорости вращения и формы шпинделя. Результат выводится на дисплей в виде значений вязкости в мПа·с.
В зависимости от вязкости, устойчивость субстанции к вращению изменяется пропорционально скорости или размеру шпинделя.
Прибор калибруется путем получения значений вязкости в мПа·с или сП, с учетом скорости и типа шпинделя. Различные комбинации скоростей и шпинделей (табл.1) позволяют производить оптимальные измерения в широком диапазоне.