Особенности фильтрации неньютоновских жидкостей.

Классификация неньютоновских жидкостей.

Особенности фильтрации неньютоновских нефтей связаны с повышенным содержанием высокомолекулярных компонентов – смол, асфальтенов, парафина.

Классификация неньютоновских жидкостей обычно основывается на виде зависимости скорости сдвига g ’= dv / dr от величины касательного напряжения t.

Все неньютоновские жидкости могут быть разбиты на три класса:

1. Системы, для которых скорость сдвига зависит только от величины касательного напряжения, т.е dv / dr = f (t ), - неньютоновские вязкие жидкости.

2. Системы, для которых скорость сдвига зависит как от величины касательного напряжения, так и от времени dv / dr = f (t ,t). Если с течением времени при заданной величине g ’ напряжение уменьшается, то жидкость называется тиксотропной, а если возрастает – реопектической.

3. Системы, обладающие свойствами как твердого тела, так и жидкости и частично проявляющие упругое восстановление формы после снятия напряжения – вязкоупругие.

Тиксотропия - специфическое свойство коагуляционных структур. Разрушение структуры выражается в разрыве контактов между частицами дисперсной фазы, а ее тиксотропное восстановление - в возобновлении этих контактов вследствие подвижности среды и броуновского движения частиц. Неньютоновские вязкие жидкости в свою очередь могут быть разделены на две группы:

а) жидкости, обладающие начальным напряжением сдвига t₀, то есть жидкости, которые начинают течь лишь после того, как касательное напряжение превысит некоторый предел t;

б) жидкости, не обладающие начальным напряжением сдвига. Примером жидкости с начальным напряжением сдвига является вязкопластичная жидкость, или жидкость Бингама-Шведова. Ее реологическое уравнение имеет вид

где t-начальное напряжение сдвига, m - коэффициент пластической вязкости.

Модель вязкопластичной жидкости широко используется при описании поведения глинистых растворов, буровых шламов и т.п.

Важный эффект фильтрации с предельным градиентом давления – возможность образования в пласте застойных зон, где движение нефти отсутствует. Эти зоны образуются в тех участках пласта, где градиент давления меньше предельного.

Показано, что для получения качественных результатов при моделировании фильтрации сложных сред необходимо учитывать эффекты релаксации. При этом течение жидкости осуществляется по закону фильтрации, имеющему неравновесный характер, например

где t_w и t_р – время релаксации скорости фильтрации и давления