Подобие реологических свойств и фазовых переходов в нефтяных и мицеллярных дисперсных системах

Вестник ТюмГУ. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика.


Выпуск:

2019. Том 5. №1

Название: 
Подобие реологических свойств и фазовых переходов в нефтяных и мицеллярных дисперсных системах


Для цитирования: Семихина Л. П. Подобие реологических свойств и фазовых переходов в нефтяных и мицеллярных дисперсных системах / Л. П. Семихина, И. В. Ковалева, Е. С. Демин, Д. В. Семихин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2019. Том 5. № 1. С. 10-26. DOI: 10.21684/2411-7978-2019-5-1-10-26

Об авторах:

Семихина Людмила Петровна , доктор физико-математических наук, директор центра «БИО и ПАВ», Тюменский государственный университет; semihina@mail.ru

Ковалева Ирина Владимировна, аспирант кафедры механики многофазных систем, Тюменский государственный университет; irishechka_72@mail.ru

Демин Евгений Сергеевич, магистр, Физико-технический институт, Тюменский государственный университет; diego96101@mail.ru

Семихин Дмитрий Витальевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры информационных систем, Тюменский государственный университет; assist@inbox.ru

Аннотация:

На примере образца нефти и используемого для ее обезвоживания деэмульгатора, а также на 50%-х и 98%-х формах двух неионогенных поверхностно-активных веществ с помощью ротационного вискозиметра Brookfield DV-II+Pro исследованы зависимости вязкости µ нефтяной и мицеллярных дисперсных систем (НДС и МДС) от температуры T при различных напряжениях сдвига.

Выявлено подобие всех исследованных дисперсных систем, которое проявляется в том, что зависимости lnµ от (1/T) для них с достоверностью не ниже 0,99 разбиваются на два линейных участка с резким перегибом при близком значении температуры T*=(40±5) °C, соответствующем температуре фазового перехода. Таким образом, различие во внутренней структуре частиц НДС и МДС не приводит к кардинальному отличию их реологических свойств, которое не превышает различие мицеллярных систем между собой.

Наиболее важным следствием выявленного подобия НДС и МДС является обнаружение у них очень близкого значения температуры фазового перехода T*=(40±5) °C, при котором у всех исследованных систем наблюдается скачок энергии активации вязкого течения и резкое изменение размеров частиц их дисперсной фазы. На примере МДС установлено, что данный фазовый переход практически не зависит от температуры плавления содержащихся в них компонентов, причем наблюдается и при отсутствии в них реагентов с температурой плавления порядка T*=35-45 °C. Таким образом, выдвигаемая в литературе гипотеза, что фазовый переход в НДС при T*= (40±5) °C обусловлен плавлением парафинов, не подтверждается. Выдвинута гипотеза, что при T* в МДС и НДС происходит фазовый переход из квазикристаллического в мицеллярное состояние частиц их дисперсной фазы, т. е. температура T* есть температура на линии Крафта, разделяющей два возможных состояния частиц ПАВ. Рассмотрены возможные модели данного фазового перехода и их хорошее соответствие полученным в работе экспериментальным данным.

Список литературы:

  1. Бартенев Г. М. Определение энергии активации вязкого течения полимеров по экспериментальным данным / Г. М. Бартенев // Высокомолекулярные соединения. 1964. Том 6. № 2. С. 335-340. DOI: 10.1016/0032-3950(64)90322-3
  2. Бойцова А. А. Исследование квазитермодинамических параметров активации вязкого течения многокомпонентных углеводородных систем / А. А. Бойцова, Н. К. Кондрашева // Успехи в химии и химической технологии. 2017. Том 31. № 4. С. 16-18. 
  3. Вережников В. Н. Организованные среды на основе коллоидных поверхностно- активных веществ / В. Н. Вережников. Воронеж: Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2008. 74 с. 
  4. Ганеева Ю. М. Асфальтеновые наноагрегаты: структура, фазовые превращения, влияние на свойства нефтяных систем / Ю. М. Ганеева, Т. Н. Юсупова, Г. В. Романов // Успехи химии. 2011. Том 80. № 10. С. 1034-1050. DOI: 10.1070/rc2011v080n10abeh004174
  5. Доломатов М. Ю. Взаимосвязь энергии активации вязкого течения ньютоновских углеводородных сред и интегральных характеристик их электронных спектров поглощения в видимой и УФ области / М. Ю. Доломатов, В. В. Леонов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2010. № 4 (16). С. 141-149. 
  6. Евдокимов И. Н. Особенности вязкого течения жидких углеводородных сред с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ / И. Н. Евдокимов, Н. Ю. Елисеев // Химия и технология топлив и масел. 1999. № 6. С. 32-34. 
  7. Задымова Н. М. Тяжелая нефть как эмульсия: состав, структура реологические свойства / Н. М. Задымова, З. Н. Скворцова, В. Ю. Траскин и др. // Коллоидный журнал. 2016. Том 78. № 6. С. 675-687. DOI: 10.7868/S0023291216060227
  8. Кондрашева Н. К. Сравнительная оценка структурно-механических свойств тяжелых нефтей Тимано-Печорской провинции / Н. К. Кондрашева, Ф. Д. Байталов, А. А. Бойцова // Записки Горного института. 2017. Том 225. С. 320-329. 
  9. Михеев М. М. Измерение температурных зависимостей вязкости и энергии активации смеси Усинской и Ярегской нефтей с помощью вибрационного вискозиметра SV-10 / М. М. Михеев, Д. М. Михеев // Приоритетные научные направления: от теории к практике. 2016. С. 15-22. 
  10. Нелюбов Д. В. Исследование реологических и низкотемпературных свойств модельных растворов твердых компонентов нефти / Д. В. Нелюбов, Л. П. Семихина, А. А. Федорец // Вестник Тюменского государственного университета. Физико- математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2015. Том 1. № 2 (2). С. 38-49. 
  11. Рогачев М. К. Реология нефти и нефтепродуктов / М. К. Рогачев, Н. К. Кондрашева. Уфа: Изд-во Уфимского государственного нефтяного технического университета, 2000. 89 с. 
  12. Русанов А. И. Мицеллообразование в растворах поверхностно-активных веществ / А. И. Русанов. СПб.: Химия, 1992. 280 с. 
  13. Русанов А. И. Нанотермодинамика: химический подход / А. И. Русанов // Российский химический журнал. 2006. Том 1. № 2. С. 145-151. 
  14. Сафиева Р. З. Химия нефти и газа. Нефтяные дисперсные системы: состав и свойства / Р. З. Сафиева. М.: Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина, 2005. 109 с. 
  15. Семихина Л. П. Влияние температуры и напряжения сдвига на реологические свойства нефтяных дисперсных систем / Л. П. Семихина, А. М. Пашнина, И. В. Ковалева, Д. В. Семихин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2018. Том 4. № 3. С. 36-52. DOI: 10.21684/2411-7978-2018-4-3-36-52
  16. Сюняев З. И. Нефтяные дисперсные системы / З. И. Сюняев, Р. З. Сафиева, Р. З. Сюняев. М.: Химия, 1990. 226 с. 
  17. Тухватуллина А. З. Влияние кристаллизации высокомолекулярных парафинов на реологические и диэлектрические свойства нефти / А. З. Тухватуллина, Т. Н. Юсупова, А. А. Шайхутдинов, Ю. А. Гусев // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 9. С. 560-567. 
  18. Унгер Ф. Г. Фундаментальные и прикладные результаты исследования нефтяных дисперсных систем / Ф. Г. Унгер. Уфа: Изд-во ГУП ИНХП РБ, 2011. 264 с. 
  19. Malkin A. Ya. Rheology: Concepts, Methods and Applications / A. Ya. Malkin, A. I. Isayev. Toronto: ChemTec Publishing, 2012. 528 p. DOI: 10.1016/B978-1-895198-49-2.50011-6
  20. Uriev N. B. Technology of Dispersed Systems and Materials: Physicochemical Dynamics of Structure Formation and Rheology / N. B. Uriev. Germany: Wiley-VCH, 2016. 192 p. DOI: 10.1002/9783527806195