Лекционный курс «Физические основы измерений»

Лекционный курс
«МЕТОДЫ
И СРЕДСТВА
ИССЛЕДОВАНИЙ»
ЛЕКЦИЯ 5
ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ
НЕФТЕГАЗОВЫХ ФЛЮИДОВ.
ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ
НЕОБХОДИМОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ
ВЯЗКОСТИ ПРИРОДНЫХ
НЕФТЕЙ
• Прогнозирование однофазных и
многофазных потоков
• Конструирование трубопроводов
• Прогнозирование эффективности
методов разработки месторождений с
использованием вытеснения водой
или газом
СХЕМА ВЫТЕСНЕНИЯ
Продуктивная
скважина
НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ
ВОДА
ВОДА
Закон Дарси
•
Генри Дарси (1803-1858). Инженер - гидравлик
В 1856 г. сформулировал
знаменитый “закон Дарси”
–
Этот закон является
фундаментальным для многих
отраслей науки и техники, в том
числе и для нефтегазовой
промышленности.
–
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПОТОКИ В
ПОРИСТОЙ СРЕДЕ
q
k  dp 
ux     
A
  dx 
u – Скорость Дарси
(см/с)
q – поток (cм3/с)
A – сечение (cм2)
k – проницаемость (Д)
 - вязкость (сП)
dp - приращение
давления (атм)
dx - перемещение (см)
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ
• Динамическая вязкость 
• - сантипуаз (сП): 1 сП = грамм / 100 сек
см
• Кинематическая вязкость =/
• - сантистокс (сСт): 1 сСт = сП см3 / г
• В системе СИ :
• [] = кг/мс = Нс/м2 = Пас
• [] = м2/с
НЬЮТОНОВСКИЕ ЖИДКОСТИ
• В модели Ньютона
динамическая вязкость
является коэффициентном
пропорциональности
между напряжением
сдвига и скоростью сдвига
(градиентом скорости)
F
dV
 
S
dL

   
Линейная зависимость напряжения
сдвига от скорости сдвига для
ньютоновской жидкости
  
.
Наклон прямой  
ПРОФИЛИ СКОРОСТЕЙ ПРИ
ЛАМИНАРНОМ ТЕЧЕНИИ
ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ЛАМИНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ В
ТРУБАХ
Потери давления на трение
Скорость сдвига на стенке трубы
_
dp f
v

2
dL 1,500d

w
_
96 v

d
ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ.
ВИСКОЗИМЕТРЫ
- вискозиметры с падающим шариком
- капиллярные вискозиметры
- вискозиметры с вращающимися цилиндрами
Вискозиметр с падающим шариком
При установившейся скорости vуст
сумма всех сил равна нулю
FB
FD
v
расстояние
W
FD + FB – W = 0
FD = 3 p  vуст D
FB = liquid(pD3/6)
W = solid(pD3/6)
3pvустD + liquid(pD3/6) - solid(pD3/6) = 0
3vуст = (solid – liquid)(D2/6)
 = [(solid – liquid)D2]/18vуст
КАПИЛЛЯРНЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ
• Вискозиметр Освальда
Вискозиметр Уббелоде
КАПИЛЛЯРНЫЕ ВИСКОЗИМЕТРЫ
• Измеряют время t протекания жидкости сквозь
капилляр длиной L
• перепад давления в столбе жидкости высотой L :
P = gL ,
•  = pR4tP / 8VL ,
• где R - радиус капилляра,
• V - объем протекшей жидкости
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ
КАПИЛЛЯРНЫЙ ВИСКОЗИМЕТР
• Вискозиметр с автоматическим
измерением времени протекания
Materials Science & Engineering, K-JIST
15
Materials Electrochemistry Lab.
Вискозиметр
с вращающимися
цилиндрами
В таких
приборах
измеряют
вязкость
буровых
растворов
Вращающийся
вискозиметр
Цилиндры - как
бесконечные
параллельные
пластины
M(R i )
( r ) 
2 pr 2 L
R
 






  f ( )