1,3.2. Определение коэффициента гидравлического трения для вязко-пластичной жидкости

В нефтяном деле широко используются жидкости органического происхождения: нефти, жидкости для вскрытия пластов, для вытеснения нефти из пластов и др., а также смеси жидкостей и твердых частиц (глинистые и цементные растворы). Такие жидкости имеют сложную внутреннюю структуру, которая при изменении скорости движения перестраивается определенным образом. Это приводит к изменению сил взаимодействия между молекулами и, следовательно, вязкости жидкости.

Жидкости, у которых вязкость при данной температуре является величиной переменной и зависит от скорости движения, называются неньютоновскими.

Подробно о неньютоновских жидкостях можно прочитать, например, в [2, стр. 6-10].

Наиболее часто используемой моделью неньютоновской жидкости в нефтяном деле является вязко-пластичная жидкость Шведова-Бингама, свойства которой определяются тремя параметрами: плотностью r, начальным напряжением сдвига t₀ и коэффициентом пластической вязкости h. Для такой жидкости характерно наличие в неподвижном состоянии некой "кристаллической решетки" (которую создают твердые взвешенные частицы в растворе). Для того, чтобы привести в движение такую жидкость, необходимо “разрушить" структуру, прочность которой характеризуется начальным напряжением сдвига t₀ (справочная величина, Приложение 13). После этого деформация происходит так же, как и в ньютоновской жидкости с вязкостью h, которая носит название пластической или структурной вязкости. Эта вязкость имеет место в начальный момент движения (справочная величина, Приложение 13).

Для дополнительной характеристики свойств такой жидкости вводится критерий Бингама:

В гидромеханике вязко-пластичную жидкость удобно рассматривать

как ньютоновскую среду с переменной (эффективной) вязкостью, зависящей от скорости движения. При проведении гидромеханических расчетов эффективную вязкость рекомендуется вычислять по следующим формулам:

	hэ=h×(1+1/6 Bi)	- для канала круглого сечения
	hэ=h×(1+1/8 Bi)	- для канала кольцевого сечения

При движении вязко-пластичной жидкости реализуются два режима

движения: структурный и турбулентный ([l], стр.214-218, [3], стр. 23-25).

Для определения режима движения необходимо вычислить модифицированный критерий Re^* :

Re* =J×dг ×r/hэ

(32)

и затем сравнить вычисленное значение Re^* с критическим значением Re^* _кр.

	Re* кр = 2100	- для канала круглого сечения
	Re* кр = 1000	-для канала кольцевого сечения

При структурном режиме (Re^*  < Re^* _кр ) коэффициент трения l следует вычислять так:

	l = 64 / Re*	- для канала круглого сечения	(33)
	l = 96 / Re*	- для канала кольцевого сечения	(34)

Существует большое количество эмпирических формул для определения коэффициента гидравлического трения при турбулентном режиме.

Рекомендуются следующие:

Re* кр <Re* < 30000	l = 0,08 ×( Re* )-1/7	(35)
Re> 30000	l = 0,11×(68/ Re +Dэ/d) 0,25	(36)