УДК 622.244.442.063
В.И. Лесин
ФРАКТАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ВЯЗКОСТИ НЕНЬЮТОНОВСКОЙ НЕФТИ, ОСНОВАННАЯ НА УЧЕТЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ: ОБЗОР И НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Аннотация
Для описания вязкости нефти автором была предложена теория, основанная на новой физической модели, которая заключается в учете взаимодействия отдельных коллоидных частиц и их агрегатов фрактальной структуры. Этот процесс сопровождается присоединением к агрегатам отдельных частиц и их отрывом под действием напряжения сдвига, что отражается на затратах энергии движения флюида и проявляется как зависимость вязкости от скорости сдвига.
Цель обзора состоит в демонстрации применения фрактальной теории вязкости для интерпретации результатов известных экспериментальных исследований. Обзор также содержит результаты новых экспериментальных исследований модельного образца нефти для иллюстрации ряда утверждений теории. Указаны детальные параметры физической модели, на основе которой предложена фрактальная теория вязкости, получена система двух уравнений, позволяющая описывать зависимости вязкости от скорости сдвига и времени.
Продемонстрировано соответствие вытекающих из теории выводов известным и вновь полученным экспериментальным данным. Подтверждены экспериментально предсказанные теорией закономерности релаксации вязкости при росте и снижении скорости сдвига. Предложена методология, основанная на законах термодинамики и позволяющая выбирать режим воздействия скоростью сдвига на тяжелую нефть для снижения ее вязкости.
Ключевые слова: нефть, вязкость, фрактальная теория, физическая модель, зависимость вязкости от скорости сдвига, зависимость вязкости от времени.
V.I. Lesin
FRACTAL THEORY OF NON-NEWTONIAN OIL VISCOSITY BASED ON THE MUTUAL INTERACTION OF COLLOIDAL PARTICLES: A REVIEW AND NEW RESULTS
Abstract
To describe the viscosity of oil, the author proposed a theory based on a new physical model, which takes into account the interaction of individual colloidal particles and their aggregates of fractal structure. This process is accompanied by the addition of individual particles to aggregates and by their separation under the action of shear stress, which is reflected in the energy consumption of the fluid movement and manifests itself as a dependence of the viscosity on the shear rate.
The purpose of the review is to demonstrate the application of fractal viscosity theory to interpret the results of known experimental studies. The review also contains the results of new experimental studies of a model sample of oil to illustrate a number of statements of the theory. The detailed parameters of the physical model are specified, on the basis of which a fractal theory of viscosity is proposed; a system of two equations is obtained that allows to describe the dependence of viscosity on the shear rate and time.
It is demonstrated that the conclusions drawn from the theory correspond to the known and newly obtained experimental data. The regularities of viscosity relaxation predicted experimentally by the theory with increasing and decreasing shear rates are confirmed. A methodology based on the laws of thermodynamics is proposed that allows to select the mode of shear rate action on heavy oil to reduce its viscosity.
Keywords: oil, viscosity, fractal theory, physical model, dependence of viscosity on shear rate, dependence of viscosity on time.
DOI 10.29222/ipng.2078-5712.2021-32.art3
Полный текст статьи в формате PDF
