Нефтяной прорыв: казанские ученые предложили уникальный метод расчета вязкости

Исследователи Института физики Казанского федерального университета разработали новое аналитическое выражение для расчета вязкости сырой нефти, которое демонстрирует значительно более высокую точность по сравнению с существующими методами. Это выражение способно описывать различные образцы нефти в широком диапазоне температур. Работа была поддержана программой стратегического академического лидерства «Приоритет – 2030».

Научная группа, работающая на базе НИЛ «Информационные технологии в физическом материаловедении» Института физики КФУ, включала профессора Анатолия Мокшина, доцента Булата Галимзянова и инженера Марию Доронину. Они предложили универсальное выражение, основанное на концепции температурного скейлинга, ранее разработанной физиками КФУ. Это выражение позволяет корректно прогнозировать вязкость нефти, учитывая ее многофазную и многокомпонентную природу. Выражение и результаты проведенной работы опубликованы в журнале Fuel.

Концепция температурного скейлинга подразумевает введение такой температурной шкалы, отличной от шкал Цельсия, Кельвина и других, в соответствии с которой значения ключевых температур, таких как температура стеклования, температура плавления, принимают одни и те же значения для любых систем. В этом случае температура как физический параметр будет безразмерной величиной. В данной работе концепция была использована для того, чтобы получить аналитическое выражение, которое было бы способно корректно воспроизводить температурные зависимости вязкости таких предельно сложных по своему составу реальных физических систем как сырая нефть.

• Анатолий Мокшин, профессор, заведующий кафедрой вычислительной физики и моделирования физических процессов Института физики, заведующий НИЛ

В ходе исследования были изучены образцы нефти из различных месторождений России, Китая, Саудовской Аравии, Нигерии, Кувейта и Северного моря. Впервые был применен метод регрессионного анализа для определения соответствия между параметрами модели вязкости и физическими характеристиками нефти, такими как температура аморфизации и показатель API.

Благодаря этому методу удалось выяснить то, каким образом плотность нефти, которая непосредственно определяется долей парафиновых и асфальтеновых фракций, долей растворенных солей, воды и другими факторами, влияет на способность нефти аморфизоваться, то есть затвердевать.

Например, различия в температурах аморфизации образцов сырой нефти, добытых на различных, хотя и близких месторождениях Республики Татарстан, могут составлять более 70 градусов. Аналогичные результаты получаются в случае образцов из Нигерии. Очевидно, что такое сильное различие в аморфообразующей способности связано с различиями в составе этих образцов нефти. При этом образцы, добытые в месторождениях Китая, Саудовской Аравии, Кувейта и Северного моря, имеют достаточно высокую температуру аморфизации порядка минус 65-70 градусов, что может быть обусловлено их высокой структурной неоднородностью.

• Анатолий Мокшин

По словам профессора, результаты исследования имеют важное фундаментальное значение – прежде всего, решается задача, связанная с выяснением физических механизмов, определяющих вязкое течение предельно сложных по своему составу многофазных и многокомпонентных систем – к таким относится сырая нефть. Кроме того, работа затрагивает задачу, связанную с аморфизацией нефти, то есть определение таких физических условий, при которых нефть, по сути, должна быть способна преобразовываться в твердое тело. Отсюда следует, что результаты должны иметь и практическую значимость. Так, например, знание о том, как вязкость изменяется с температурой, должно позволить осуществлять подбор оптимальных условий для добычи и транспортировки сырой нефти, отметил ученый Казанского федерального университета Анатолий Мокшин.

Источник: Минобрнауки РФ
Фото: Институт физики КФУ