Критические состояния нефтяных систем

Нефтяные системы можно отнести к объектам нового направления в физике конденсированных сред, получившем условное название физики мягкого состояния и объединяющем физику полимеров, жидких кристаллов, критических явлений, коллоидно-дисперсного состояния [4]. Существует значительная корреляция между свойствами на микро-, мезо- и макроуровнях их супрамолекулярной организации (рис. 1.) В соответствии с обобщенными принципами химической кибернетики [5] технологический процесс рассматривается как передача и закрепление в материале определенной информации, которая и определяет комплекс его свойств. Носителем информации является структура исходного материала. В замкнутом технологическом цикле 1Е=соп81, где I — уровень информации, заложенный в исходном сырье, а Е — энергетические затраты на технологической стадии. Чем больше информации заложено в исходном сырье, тем меньше необходимо за[тратить энергии для достижения необходимого уровня конечных свойств. Технологические режимы должны быть такими, чтобы уровень исходной структурной организации сырья не только не уменьшался в ходе превращений (такое возможно в силу неопределенности структурных перестроек в ходе технологического процесса), а возрастал, достигая максимальной степени в конечном продукте. Рис. 1 иллюстрирует возможности управления процессами на макроуровне влиянием на микроструктуру нефтяных систем. [c.174]

В процессах термолиза происходит непрерывная подача тепловой энергии к нефтяной системе, большая часть которой диссипирует в виде разрыва наиболее слабых межмолекулярных связей и испарения низкомолекулярных компонентов. Однако определенная доля вносимой энергии идет на увеличение внутренней энергии системы, которая, в конце концов, достигает критической величины. Тогда, во избежание разрушения, нефтяная система вынуждена осуществлять сброс этой энергии. Этот процесс является релаксационным и в некоторых случаях протекает почти мгновенно. Назовем его "быстрой диссипацией". Быстрая диссипация описывается теоремой Гленсдорфа-Пригожина, согласно которой открытая система в состоянии с максимумом энтропии всегда изменяет свое состояние в направлении уменьшения ее производства, пока не будет достигнуто состояние текущего равновесия, при котором производство энтропии минимально. Как правило, переход от максимума энтропии к минимуму ее производства означает формирование в системе новой структуры, обеспечивающей более эффективный механизм диссипации. Классическим примером этого является возникновение ячеек Бенара. [c.4]

В работе [34] формирование в нефтяных системах новой фазы рассматривается в качестве фазового перехода И рода, т.е. структурного фазового перехода, при котором не происходит изменения фазового состояния системы. Показано, что структурный фазовый переход имеет место при достижении критического состояния. Образование дисперсной фазы является механизмом диссипации запасенной в нефтяной системе энергии. [c.37]

Структурирование по иерархическому принципу предполагает, что в определенный момент в системе складываются условия, при которых дальнейший рост элементов дисперсной фазы невозможен. Наличие ряда иерархических ступеней структурирования указывает на возникновение в нефтяной системе ряда последовательных критических состояний. Чтобы [c.46]

Однако в работе [9] отмечается, что существует большой разрыв между уровнем теоретических представлений о критических явлениях в растворах и практикой переработки нефтяных систем в условиях, близких к критическим. Причина этой ситуации заключается в том, что если для индивидуальных компонентов можно точно определить температуры плавления и кипения, точки аллотропических и полиморфных переходов, то многокомпонентные системы неаддитивны с точки зрения сложения и усреднен свойств отдельных компонентов. Многокомпонентные нефтяные системы приобретают ряд свойств, нехарактерных для индивидуальных соединений (возможность возникновения явлений расслоения, выса-ждения осадка, формирования частиц новой фазы и др.). Все эти коллективные процессы происходят при достижении критических состояний, и в большинстве случаев их сложно определить расчетным путем. [c.57]

Таким образом, для интенсификации процессов нефтепереработки необходим поиск некоего универсального метода выявления критических состояний, возникающих в нефтяных системах. [c.58]

Попытаемся использовать принцип золотой пропорции для выявления критических состояний, возникающих в нефтяных системах. Сделать этот шаг нас подтолкнуло два обстоятельства наличие успешного применения золотой пропорции для описания различных явлений в области строения вещества в приведенных выше и других примерах, а также наличие многочисленных гомологических рядов органических соединений в химии нефти. [c.63]

Для эффективного использования золотых пропорций с целью выявления критических состояний в нефтяных системах необходимо ) меть осуществлять следующие действия [c.70]

Таким образом, для конкретной нефтяной системы во взаимосвязи с ее параметрами можно определить области ее стабильного существования, отличающиеся в некоторых случаях значительными пределами термобарических и других условий. В то же время любую нефтяную систему в этой области можно рассматривать с учетом ее готовности к восприятию различных воздействий. Тогда состояние системы можно считать переходным с различной степенью симметричного удаления в одну или другую сторону от кризисного состояния или собственно от критической точки перехода. [c.187]

Любая нефтяная система может рассматриваться как открытая физико-химическая или физико-механическая система. Это означает, что при некотором критическом значении внешнего или внутреннего воздействия происходят количественные и качественные превращения системы, приводящие ее в новое состояние, отличное от исходного. Подобные превращения в широком смысле происходят в любых технологических процессах, связанных с нефтяным сырьем и проходят в общем случае через стадии критической неустойчивости или кризисные состояния. Причем кризисные состояния могут наблюдаться далеко от равновесного состояния системы. Результатом превращения является новая система или системы, более упорядоченные и устойчивые. Следует отметить, что внешние или внутренние потоки воздействия могут наоборот привести систему из состояния неустойчивого в устойчивое, то есть определенным образом отрегулировать уровень свободной энергии системы. Научная и практическая реализация указанных представлений может существенно изменить подходы к разработке технологий процессов, связанных с нефтяным и газовым сырьем. [c.251]

Применение данного подхода не улучшило результатов прогнозирования фазового состояния нефтегазоконденсатных систем при пластовых давлениях, превышающих 25 МПа. Эту проблему позволил решить описанный ниже значительно более простой, но весьма эффективный метод расчета критического давления фракций группы С5 + или С7+, разработанный и апробированный авторами как на газоконденсатных, так и на нефтяных системах. [c.166]

В начале зоны ДЕ между лиофобными частицами (карбенами и карбоидами) устанавливаются химические связи и образуется твердая фаза. В зависимости от степени упорядоченности ассоциатов и комплексов твердая фаза может быть в виде кристаллической (анизотропной) структуры (например, игольчатый кокс) или стеклоподобной (коагуляционной) структуры (например, изотропный кокс). По аналогии с ранее предложенными критериями оценки структурной прочности нефтяных дисперсных систем предельное напряжение сдвига в точке Д (переход в состояние твердой пены) нами названо критическим напряжением сдвига (Рд) необратимо твердеющей системы. [c.40]

Вязкость нефтяных остатков при высоких температурах изменяется по сложной зависимости по мере увеличения концентрации дисперсной фазы она непрерывно возрастает. Только при замедлении скорости перехода системы из аномального жидкого состояния в твердое до оптимального ее значения, когда вязкость обеспечит диффузию молекул к центрам кристаллизации, возможен рост крупных кристаллов. При одних и тех же условиях (получения нефтяного углерода соответствие между указанными скоростями и ростом кристаллов создается подбором сырья определенной молекулярной структуры (крекинг-остатки дистиллятного происхождения, ароматические концентраты). В температурном интервале перехода системы из состояния с критическим напряжением сдвига предельно разрушенной структуры Рг к состоянию с критическим напряжением сдвига необратимо твердеющей системы Рд возможен, интенсивный рост кристаллов углерода с анизотропными свойствами. Величина температурного интервала зависит от температуры процесса перехода. При высоких температурах этот интервал минимален, что существенно ограничивает рост кристаллов. Он минимален также при использовании сырья, со- [c.47]

Одним из важных вопросов исследования механизма агрегирования частиц дисперсной фазы нефтяных систем является определение критической концентрации структурообразования. Увеличение концентрации структурообразующих элементов при некотором фиксированном состоянии системы является определяющим фактором и, несмотря на фрагментацию, смещает равновесие системы в сторону роста конденсированной фазы. [c.112]

Дальнейшее повышение температуры может вызвать полное растворение нефтяных фракций в растворителе. Эту температуру, называют критической температурой растворения (КТР), при которой и выше которой не удается получить двухфазную систему. Критические температуры растворения определяются экспериментальным путем. Откладывая на оси абсцисс содержание растворителя в смеси с маслом, а на оси ординат температуры растворения, можно получить типичную кривую, приведенную на рис. 3. Область внутри кривой характеризует двухфазное состояние системы вне кривой находится область [c.16]

Начиная с работ академика П.А. Ребиндера, в технологию нефтепереработки проникла мысль о том, что достижение оптимальных результатов при переработке нефти возможно лишь с использованием знаний о критических состояниях нефтяных систем. Иными словами, смевш этапов, либо иные характерные точки любого технологического процесса, должны строго соответствовать точкам достижения в нефтяной системе критических состояний. Это утверждение звучит совершенно естественно. Во всех технологических процессах стремятся достичь экстремальных значений какого-либо параметра "наиболее высокой степени конверсии", "наибольшего выхода", "максимальной растворимости", "минимума выхода побочных продуктов" и т.д. [c.57]

Золотая и другие пропорции, которым подчиняется возникновение критических состояний в нефтяных системах, несомненно, имеют под собой физическую основу. Очевидно, что в момент возникновения критического состояния в системе происходит некоторый конфликт. При этом в момент фазового перехода I рода происходит смена управляющего системой принципа, а при фазовом переходе II рода - смещение акцентов с одного управляюгцего принципа на другой. [c.71]

Таким образом, приведенный нами анализ поведения НДС в процессах жидкофазного термолиза с позиций классической и фрактальной физики, физ-химии и синергетики показал неизбежность возникновения вьссокоэнергетиче-ских критических состояний, наиболее вероятная релаксация которых должна протекать по механизму реструктуризации нефтяной системы, то есть возникновения фазового перехода второго рода. Было выявлено, что при фазовых переходах второго рода реализуется аномальная чувствительность нефтяной системы к внешним воздействиям, и этот факт необходимо учитывать в процессах их переработки. Далее мы попытаемся описать методы изучения НДС в критических состояниях и перспективные способы воздействия на НДС в этих точках с целью управления их свойствами. [c.8]

Смолисто-асфальтеновые вещества могут находиться в нефти в молекулярно-растворенном, коллоидно-диспергированном состоянии или в виде макрофазы. Переход из одного состояния в другое может быть вызван дс1 1ствием разнообразных внешних факторов, самыми распространенными среди которых являются изменение состава растворителя и температуры. На основе исследования поверхностной активности асфальтенов [68] в интервале 20—150°С была найдена критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) в групповых компонентах соответствующих нефтяных остатков, и показано, что при концентрации асфальтенов 0,005—0,60% (мае.) содержащие их нефтяные системы являются истинными растворами, С увеличением ко1щентрацин асфальтенов растворы переходят в дисперсные системы с последующим выделением асфальтенов в виде отдельной фазы. Частицы асфальтенов в коллоидных системах имеют размеры 2—30 нм и образуют коацерваты размером до [c.35]

Подробно описан критерий достижения в нефтяной системе критического состояния и возникновения структурного фазового перехода. Этот критерий связывается с достижением критического уровня "рыхлости" граничных областей растущего элемента. Это означает следующее если растущий элемент имеет топологическую размерность О, то в момент приближения свойств поверхностного слоя (в данном случае формальным критерием является значение фрактальной размерности самопо- [c.52]

Технология переработки нефти и газа основана на использовании отклика нефтепродуктов на различного рода управляющие воздействия. Причем монотонное изменение воздействия ведет к качественно однородному и количественно монотонному изменению отклика. Но подобная ситуация локальна, и в определенный момент дальнейшее монотонное изменение управляющего параметра приводит либо к скачкообразному изменению свойств нефтяной сисаемы, либо к нарушению монотонности изменения отклика. Это означает, что при достигнутых параметрах внешнего воздействия в нефтяной системе произошел один из многочисленных возможных фазовых переходов. Набор значений управляющих параметров, при которых был достигнут фазовый переход, впрочем, как и само состояние системы, называют критическим. [c.56]

Более сложное взаимодействие нефти и газа происходит при нагнетании в пласт жирных газов, содержащих значительное количество компонентов (С2-С(,), Во время перемещения в пласте нефть и жирный газ подвергаются существенным изменениям вследствие конденсации компонентов газа в нефти и явлений обратного испарения. В зависимости от пластовых условий и исходного состава системы нефть может вытесняться как в критических, так и в некритических условиях. Диаграммы физического состояния углеводородной системы при заданных температуре и давлении позволяют проследить за детальными различиями между упомянутыми видами газового воздействия на пласт, например между процессами перехода нефти в газоконденсатное состояние и закачкой газа под высоким давлением с частичным переводом компонентов нефти в газовую фазу. В качестве примера рассмотрим изменение свойств нефтяных смесей в процессе вытеснения нефти жирным газом, тяжелые компоненты которого конденсируются в пластовых условиях и переходят в нефтяную фазу с возникновением условий критического вьггеснения. При критическом вытеснении между нефтяной и газовой зонами образуется смесь углеводородов, находящихся в данных условиях в пласте в области выше критической (рис. 110). В таком случае нефть вытесняется газом, если отсутствуют мениски на разделе фаз, и нефтеотдача может быть повышена до значений, близких к 100%. [c.224]

Проведенные нами расчеты показывают, что переход природных нефтяных систем в критическое состояние для метаморфиэованной парафинистой УВ системы при газонасыщенности 1000-1500 м /м возможен при значительно меныпих, чем указывалось ранее /8, 10, II/ Рдр и Т5 р - соответственно 30-40 Ша и 150-200 °С. В большей части работ, обобщающих Р-Т зональность фазового размещения УВ скоплений, рассматривались координаты Р-Т, в/Рцд и др. вне учета флуктуации состава, полной зависимости Р-У -Т - N, в то время, как известно, что для систем жидкость-пар характерны процессы, в основе которых законы Гиббса, Гиббса-Коновалова, Коновалова и Вревского /1,4 и дрУ, которые устанавливают взаимосвязи составов и Р-Т условий, наличие экстремумов и др. [c.52]

Для превращения углеводородов требуются критические состояния. Сравнительно небольшие изменения температуры залегания менее цикличных нефтей по сравнению с более цикличными (или отсутствие такого изменения) в каждом регионе теоретически не могут сместить равновесие в системе исключительно в сторону метанизации. Кроме того, реакционная способность соединений зависит не только от запаса свободной энергии, но и от энергии активации. Последняя в значительной степени определяется, кроме температуры и давления, окружающей внешней средой, что не вполне учитывают сторонники метанизации. Одностороннее применение общих термодинамических положени когда-то привело к созданию знаменитой теории тепловой смерти вселенной. По отношению к нефти предлагается теория изменения ее в недрах главным образом в сторону упрощения молекул в пределе до метана и графита, что, по нашему мнению, принципиально неправильно. Конечно, при изучении изменения нефтей в природе важно учитывать термодинамический фактор данные свидетельствуют о том, что метанизация нефтяных углеводородов в недрах действительно может иметь место. Однако наряду с процессами разукрупнения молекул в природе известны и противоположные процессы — циклизации, конденсации и полимеризации, которые наряду с прямыми окислительными процессами могут играть большую роль в изменении нефтей в определенных условиях (например, в зоне гинергенеза). [c.236]

Для предотвращения закоксовывания осуществляют ввод турбулизатора во Бнутритрубное пространство. Как правило, в качестве турбулизатора используют водяной пар. С одной стороны, он изменяет гадродинамическое состояние внутри труб, с другой - изменяет растворяющую способность дисперсионной среды и повышает агрегативную устойчивость системы. В одних случаях его ввод не оказывает особого влияния на нефтяную систему и лишь незначительно смещает местоположение точки структурного фазовот о перехода в змеевике. В других это смещение может быть нас голько существенным, что точка фазового перехода может выйти за пределы змеевика и переместиться в реактор. Положительный эффект от ввода турбулизатора может наблюдаться и в том случае, если он приводит к эффекту "размазывания" массы отложений кокса в критической точке по большему участку трубы. [c.22]

Современное производство по переработке нефтяного сырья или вьшуску нефтехимической продукции- это чрезвьгчайно сложная иерархическая система, надежность которой обусловливается надежностью ее структурных составляющих [24, 25]. Функционирование подобного технического объекта происходит в соответствии с законами так назьшаемых больших систем, одним из фундаментальных свойств которых является специфическое реагирование в определенных состояниях (бифуркащюн-ных точках) на внешние воздействия. Поведение системы в окрестности бифуркационной точки может быть описано на основе принципа синергизма Согласно этому принципу в критической области даже незначительное внешнее воздействие может привести к тому, гто система выйдет из положения неустойчивого равновесия и резко изменит свое состояние [26, 27, 28]. [c.19]

Как уже говорилось ранее, понятие "фазовый переход" является чрезвычайно широким и охватывает круг явлений значительно больший, чем просто явления изменения афегатного состояния вещества. Под фазовым переходом или, точнее, под критическим состояиие.м нефтяных систем мы будем понимать достижение системой любого состояния, в котором наблюдается экстремальный характер зависимостей каких-либо параметров системы от управляющих воздействий. [c.56]