Экспериментальные исследования течения водоуглеводородных и биологических дисперсий в микроканалах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, кандидат наук Рахимов, Артур Ашотович

• Рахимов, Артур Ашотович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Рахимов, Артур Ашотович

Оглавление

Введение

Глава 1. Дисперсные системы и их гидродинамические свойства

1.1. Характеристика и классификация дисперсных систем

1.2. Реология неньютоновских сред

1.2.1. Вязкопластичные среды

1.2.2. Псевдопластичные среды

1.2.3. Дилатантные жидкости

1.2.4. Реологические модели нелинейно-вязких сред

1.3. Общие представления об эмульсиях

1.4. Теоретические модели вязкости дисперсных систем и сравнение с экспериментом

1.5. Экспериментальное определение реологических свойств

1.6. Течение суспензии в микроканалах

1.7. Реологические параметры водоуглеводородных эмульсий различных по дисперсному составу и концентрации

1.8. Тестирование простейших эмульгаторов с дистиллированной водой и гексаном на образование обратных эмульсий

1.9. Выводы по проделанным экспериментальным работам

Глава 2. Течение эмульсии в цилиндрическом микроканале

и объёмной пористой структуре

2.1. Состав и способ приготовления эмульсий, методика эксперимента

2.2. Особенности течения в капилляре и реология эмульсий

2.3. Изучение течения в кернах

2.4. Течение эмульсий через цилиндрический микроканал с плавным сужением, изучение влияния механических включений

2.5. Предполагаемый физический механизм запирания

2.6. Проверка гипотезы механизма запирания, методика и результаты эксперимента, выводы

Глава 3. Радиальное течение эмульсии в модели трещины ячейке

Хили - Шоу

3.1. Особенности радиального течения

3.2. Экспериментальная установка 8

3.3. Реологические свойства водонефтяной дисперсии

3.4. Динамическое запирание при радиально-расширяющемся течении

3.5. Механические способы воздействия на запертую эмульсионную структуру

3.6. Влияние вращения пластины на состояние запирания

3.7. Сравнительный анализ проведенных экспериментов

3.8. Влияние УЗ воздействия на состояние запирания

3.9. Динамическое запирание при радиально-сходящемся течении

3.10. Микропотоки при радиально-расширяющемся и -сходящемся течениях эмульсии

3.11. Адаптации микромодели трещины и пористой структуры к условиям трещиноватых коллекторов нефти и газа

3.12. Изучение вытеснения нефтей и эмульсий водой при радиально-расширяющемся течении

Глава 4. Особенности течения биологической дисперсии - крови в цилиндрических микроканалах

4.1. Введение. Вязкость крови

4.2. Проведение эксперимента. Методы и материалы

4.3. Горизонтальное движение крови в капилляре с сужением

4.4. Горизонтальное движение крови в капилляре 100 мкм

4.5. Движение крови в вертикальном направлении

4.6. Заключение по течению крови в капиллярах

Глава 5. Микроканалы различной геометрии, изготовленные методами мягкой фотолитографии

5.1. Изготовление микроканала

5.2. Экспериментальное установка для движения жидкости в микроканалах, изготовленных методом мягкой фотолитографии

5.3. Проведение экспериментальных исследований 152 Заключение 172 Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальные исследования течения водоуглеводородных и биологических дисперсий в микроканалах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Микрогидродинамика (микрофлюидика) возникла с развитием нанотехнологий в 1990-х годах, а последующая миниатюризация технических устройств привела к её бурному развитию. Она применяется для создания лабораторий-на-чипе (англ. Ыэ-оп-Ле-сЫр), регулирования микропотоков и т. п. Для понимания законов микрогидродинамики требуется хорошее знание микромира и его влияния на макросвойства, а для этого необходимо углубленное изучение процессов в порах земных пород и в сосудистой системе живых организмов, что объясняет актуальность исследования.

Многие технологические и природные процессы связаны с движением дисперсных систем, в частности, к ним относится течение нефти и эмульсий в пористой среде. Высококонцентрированные обратные водонефтяные эмульсии обладают гидродинамической особенностью - высокой вязкостью, значительно превышающей вязкость несущей фазы. При их течении в капиллярах и пористой структуре проявляется эффект динамического запирания, который заключается в том, что течение жидкости, несмотря на постоянно действующий перепад давления, прекращается по показаниям прецизионных электронных весов, измеряющих с точностью до 0,1 мг. Детальное изучение структуры потока под микроскопом обнаруживает, что на самом деле течение прекращается не полностью, а уменьшается со временем более чем на 3 порядка, поэтому это явление было названо эффектом динамического запирания. Наличие данного эффекта объясняет успех применения водонефтяных эмульсий в потокоотклоняющих технологиях, в качестве жидкостей для глушения скважин и буровых растворов с кольматационными свойствами, однако механизм проявления этого эффекта до сих пор оставался неизученным.

Развитие гидродинамики дисперсий в микроканалах требует исследования различных типов течения и поведения микрокапель дисперсной фазы в микромасштабе, интерпретации эффектов, связанных с переходом от течения в трубках к течению в капиллярных системах. Микрогидродинамика биологической дисперсии - крови представляет особый интерес в связи с необходимостью детального исследования течения крови и её составляющих в человеческом организме для разработки препаратов и методов лечения людей с тяжелыми заболеваниями. Развитие этого направления в медицине требует экспериментальных исследований при гидродинамических условиях, приближенных к живым организмам.

Цели и задачи исследования.

Цель работы - экспериментальное исследование особенностей течения и гидродинамических эффектов, возникающих при движении эмульсий в различных типах микроканалов при постоянных перепадах давления, исследование течения биологической дисперсии, человеческой крови, в гидродинамических условиях, приближенных к живым организмам.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

• изучение особенностей течения обратных водоуглеводородных эмульсий в различных типах микроканалов (радиальной модели течения ячейки Хили-Шоу, стеклянных капиллярах, капиллярах с сужением, кернах, системах микроканалов, изготовленных методом мягкой фотолитографии) с целью обнаружения эффекта динамического запирания и определения взаимного соответствия исследуемых характеристик - свойства раствора и периода времени до проявления эффекта динамического запирания;

• экспериментальные исследования, направленные на выявление и ^изучение способов, ускоряющих наступление "эффекта динамического

запирания, и способов выведения эмульсий из этого состояния;

изучение движения биологической дисперсии - человеческой крови при течении в осесимметричном микроканале с различной ориентацией в гравитационном поле, а также при перепадах давления, соизмеримых с перепадами давления в человеческом организме;

экспериментальная проверка предложенной ранее гипотезы физического механизма динамического запирания эмульсиями микроканалов, объясняющая запирание эмульсий за счет «трения» между микрокаплями воды во входной зоне микроканала и их деформацией.

Научная новизна.

1. Установлено, что эффект динамического запирания водоуглеводородных эмульсий, обнаруженный ранее только для осесимметричных течений, проявляется также и для радиальных течений, объёмной капиллярной структуры (керн), капилляров с плавными сужениями. Выявлены основные этапы перехода в состояние динамического запирания для радиального течения: формирование радиальных трубок тока; их искривление - хаотизация течения, сопровождающаяся уменьшением расхода эмульсии; конвульсивный процесс приостановления движения (предшествующий запиранию), характеризующийся формированием «эквипотенциальных» линий. Показано, что в состоянии запирания возникают микропотоки, движение которых происходит не по радиальным направлениям, соответствующим течению подаваемой жидкости, а по каналам, случайно образовавшимся между неподвижными островками из капель.

2. Установлено, что эффект динамического запирания быстрее наступает для эмульсий с большей дисперсностью.

3. Показана существенная роль включений на возникновение эффекта динамического запирания: в капиллярах с плавным сужением динамическое запирание наблюдается только при наличии включений. Такие включения, хоть и единичные и несущественно перекрывают микроканал, кардинально

влияют на изменение структуры течения эмульсии и приводят к динамическому запиранию.

4. Исследованы способы воздействия для вывода эмульсии из состояния запирания; механические воздействия (разрушение «запертой» структуры во входной зоне микроканала) приводят только к кратковременным восстановлениям движения; одним из способов воздействия на запертую эмульсионную структуру для выхода из состояния динамического запирания является действие сильных ультразвуковых полей, длительность воздействия прямо зависит от периода времени до наступления запирания. При длительном УЗ-воздействии эмульсия приходила в повторное состояние динамического запирания.

5. Показано различие в проявлении эффекта динамического запирания при течении крови через стеклянный капилляр при малых перепадах давления и при различной ориентации в гравитационном поле: при горизонтальном движении происходит динамическое запирание, сменяющееся возобновлением движения с разным расходом; при течении вертикально вниз со временем наступает довольно устойчивое динамическое запирание, а при течении крови вверх после наступления запирания седиментационные процессы приводят к возобновлению течения, и далее обнаруживается подобие автоколебательного режима.

6. Полученный в состоянии запирания результат увеличения скорости движения эмульсии в капилляре с уменьшением перепада давления и визуально наблюдаемые, с помощью высокоскоростной съёмки, деформированные капли во входной зоне микроканала, изготовленного методом мягкой фотолитографии, подтверждают роль деформации капель в механизме динамического запирания.

Достоверность результатов обеспечивается применением— современных измерительных средств, методик измерения и согласием с доступными данными других авторов, независимыми литературными

данными, так и с существующими модельными представлениями. Качество и надежность регистрации изучаемых явлений и гидродинамических процессов были обусловлены тем, что она выполнялась с высоким пространственным (до 0,2 мкм) и временным разрешением (до 100 мкс). Проведённые измерения сопровождались оценками их погрешности и установлением взаимного соответствия (непротиворечивости) исследуемых характеристик, явлений и параметров. Значительная часть исследований поддерживалась многочисленными грантами, включающими как научную экспертизу на стадии подачи заявки, так и периодическую отчетность в процессе выполнения проекта, что является дополнительным подтверждением достоверности и актуальности работы. Результаты исследований не противоречат физическим законам и аналогичным результатам, полученным другими авторами.

Практическая значимость.

Эффект динамического запирания, обнаруженный для широкого класса течений водонефтяных эмульсий, и подтвержденная гипотеза механизма его возникновения, объясняющая запирание эмульсий за счет трения между микрокаплями воды и их деформацией, могут быть использованы для разработки новых принципов потокоотклоняющих технологий и глушения скважин, а также для подтверждения результатов методик по использованию кольматационных свойств эмульсий.

Выявленные в ходе экспериментальных исследований значительное влияние высокой дисперсности эмульсии и (или) наличие включений, на ускорение наступления эффекта динамического запирания, могут быть использованы при разработке эмульсий, обладающих кольматирующими свойствами.

Обнаружшное влияние сильного ультразвукового поля на углеводородные эмульсии в состоянии динамического запирания, приводящее к оперативному выходу из этого режима, (длительность

воздействия прямо зависит от периода времени до наступления запирания) может быть использовано в технологиях раскольматации скважин.

Динамическое запирание крови дает новое представление о возникновении инфарктов и инсультов и может лечь в основу новых методик для лечения этих и других сосудистых заболеваний.

На защиту выносятся:

1. Результаты экспериментальных исследований течения эмульсий в радиальной модели ячейки Хили-Шоу, кернах, стеклянных капиллярах и микрожидкостных устройств, изготовленных методом мягкой ф ото литогр афии.

2. Результаты, подтверждающие гипотезу о физическом механизме динамического запирания, связывающую этот эффект с деформацией капель.

3. Результаты исследования течения биологической дисперсии крови в цилиндрических микроканалах, при изменении ориентации микроканала в гравитационном поле.

Личный вклад.

Результаты, представленные в диссертации, получены лично автором, либо при его непосредственном участии. Автор диссертации участвовал в постановке задач, решаемых в диссертационной работе. Интерпретация полученных данных проведена автором совместно с научным руководителем и соавторами по публикациям.

Апробация работы.

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на Международной уфимской зимней школе-конференции по математике и физике для студентов, аспирантов и молодых ученых; Научной конференции молодых ученых по механике сплошных сред, посвященной 80-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР A.A. Поздеева «Поздеевские

чтения» в г.Перми (награжден дипломом за лучшую научную работу); Всероссийском съезде механиков в г.Нижнем Новгороде; VI региональной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии в Башкирском государственном университете. Уфа, 2006 (награжден дипломом I степени); Тринадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (награжден дипломом за доклад); Международной конференции «Потоки и структуры в жидкостях: физика геосфер» Москва, 24-27 июня 2009 г., Международной конференции «Краевые задачи механики сплошных сред и их приложения». Казань, 20 Юг; Международной школе-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании». Уфа, 2-6 октября 2011 (награжден дипломом I степени); X Международной конференции молодых ученых «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики». ИТ СО РАН, Новосибирск, 2012г; V Российской конференции с международным участием «Многофазные системы: теория и приложения». Уфа, 2012 г; Международной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых "Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании". БашГУ, Уфа, 2012 г. (награжден дипломом I степени за лучший доклад).

Совместно с коллегами было подготовлено 6 отчётов по договорам:

1. Программа фундаментальных исследований ОЭММПУ РАН «Динамика и акустика неоднородных жидкостей, газожидкостных систем и суспензий».

2. «Визуализация процессов, происходящих в призабойной зоне пласта при глушении и промывке, на микромодели пласта».

3. «Физическое моделирование процесса глушения скважин, ^работающих после гидроразрыва с проппантным наполнением трещин».

4. «Исследование фильтрационных свойств полимерных тампонажных материалов и эмульсий на ячейке Хиле-Шоу с целью оптимизации дизайна гидроразрыва пласта с водоизоляцией».

5. Программа фундаментальных исследований ОЭММПУ «Механика неоднородных жидкостей в полях внешних сил».

6. Грант Министерства образования и науки РФ (11.G34.31.00407.) Грант РФФИ № 12-01-31173 мол_а.

Публикации.

Материалы диссертации опубликованы в 43 работах, из них 5 научных статей в журналах, рекомендованных ВАК. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 183 листа машинописного текста. Диссертация содержит 118 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 89 наименований.

В первой главе рассматриваются дисперсные системы: классификация, основные характеристики, реологические параметры, способы их получения и области применения. Показаны экспериментальные исследования течения водоуглеводородных эмульсий в капиллярных каналах, реология и выводы по проделанным ранее работам.

Во второй главе рассматривается течение эмульсии через цилиндрический стеклянный капилляр постоянного диаметра и с плавным сужением. Приводится расчет погрешности при течении в капиллярах. Изучается течение эмульсии в 2-х видах кернов: мало и высокопроницаемом. Изучается влияние включений на возникновение эффекта динамического запирания. Проводится изучению физического механизма запирания,

формулируется ранее высказанная гипотеза и проводится её проверка при течении через капилляр.

В третьей главе рассматривается радиально-расширяющееся и сходящееся течения эмульсии в модели трещины ячейке Хили-Шоу, приводится формула для расхода при течении, оцениваются погрешности измерения. Приводятся визуализация и расходные зависимости течения. Изучаются способы воздействия на эмульсию для вывода из состояния запирания при радиально-расширяющемся течении. Проводится экспериментальное изучение вытеснения эмульсии и нефти водой при радиально-расширяющемся течении.

В четвертой главе изучается течение биологической дисперсии крови в цилиндрических микроканалах. Рассматривается горизонтальное и вертикальное движение крови при перепадах давления, сопоставимых с давлениями в человеческом организме.

В пятой главе изучается движение эмульсии в микроканалах различной геометрии, изготовленные методами мягкой фотолитографии. Рассчитывается формула расхода течения, оцениваются погрешности измерения. Проводится визуализация течения с использованием высокоскоростной камеры для визуального подтверждения гипотезы динамического запирания.

В заключении формулируются основные результаты диссертации.

Автор выражает благодарность сотруднику лаборатории «Экспериментальная гидродинамика» Института механики Уфимского научного центра РАН Васильеву Александру Васильевичу за изготовление стеклянных капилляров с плавными сужениями, используемые в экспериментах.

ГЛАВА 1. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В настоящее время водонефтяные эмульсии продолжают находить самое широкое применение в различных технологических процессах добычи нефти [1,2]. В частности, такие эмульсии используются в потокоотклоняющих технологиях и для глушения скважин, для выравнивания профиля приемистости скважин, что требует детального изучения движения эмульсий в пористой структуре, исследования механизма процессов преобразования дисперсных и дисперсионных фаз при фильтрационном течении [3-5]. В то же время на сегодняшний день нет однозначных представлений о поведении эмульсий при движении в пористых средах.

Закачиваемая в скважину жидкость в призабойной зоне образует радиально-расширяющееся течение, радиальная составляющая скорости замедляется по мере удаления от центра. При этом вследствие отсутствия идеальной однородности пласта, движение определяется как локальными свойствами породы, так и формирующимися локальными градиентами поля давлений. Поэтому для того, чтобы исследовать поведение нелинейных систем в неоднородном поле, важно изучить особенности их преобразования и движения не столько при постоянных скоростях подачи жидкости, сколько при постоянных перепадах давления.

На основе ранее проведенных экспериментов известно, что течение стабилизированной нефтенолом водонефтяной эмульсии в щелевидной модели (плоская ячейка Хили-Шоу) и в капиллярах разного диаметра при постоянном перепаде давления приводит к тому, что массоперенос эмульсии со временем прекращается - эффект динамического запирания [6-9]. При этом течение водонефтяных дисперсий, сопровождается значительными "изменениями их свойств, структуры и проявлшием совершенно неожиданных эффектов; развиваются необыкновенные структуры течения водонефтеэмульсионной системы.

1.1. Характеристика и классификация дисперсных систем

Дисперсные системы - это двух- или многокомпонентные системы, в которых одно или несколько веществ находятся в состоянии достаточно высокого измельчений и равномерно распределены в окружающей среде [10]. Совокупность измельченных частиц образует дисперсную фазу, а окружающее вещество - дисперсионную среду. Дисперсность - характеристика размеров частиц в дисперсных системах. Дисперсность обратно пропорциональна размерам частиц дисперсной фазы. Для сферических частиц в качестве размера используют диаметр, а в общем случае - поперечное сечение а:

где Б - дисперсность.

Дисперсность определяет число частиц, которые можно было бы уложить вплотную друг к другу на отрезке в 1 см. О дисперсности можно судить по так называемой удельной поверхности, обычно обозначаемой через

где - общая поверхность частиц дисперсной фазы; V - объем раздробленного вещества.

Чем меньше размер частиц дисперсной фазы, тем больше дисперсность (степень дисперсности). Для системы, содержащей кубические частицы с ребром I

£> = 1 /а,

(1.1)

=50/К = 6/2//3 =6//. Для системы, содержащей сферические частицы с радиусом г

а в общем виде

(1.2)

а

где К— коэффициент, зависящий от формы частицы.

Различают микрогетерогенные системы, в которых дисперсная фаза представлена частицами, имеющими размер больше 10~7 м, и ультрамикрогетерогенные (тонкодисперсные, часто называемые просто

О 7

коллоидными) системы с размером частиц дисперсной фазы порядка 10" -10" м(10"7-10"5 см).

Различают свободнодисперсные и связаннодисперсные системы. В первых частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом и могут свободно перемещаться. Они не оказывают сопротивления сдвиговому усилию. К подобным системам относятся разбавленные суспензии, эмульсии и др.

В системах второго типа частицы дисперсной фазы связаны друг с другом молекулярными силами и образуют в дисперсионной среде пространственные сетки, или каркасы (структуры), и не способны к свободному перемещению. Частицы могут совершать лишь колебательные движения. К таким системам относятся концентрированные эмульсии, концентрированные суспензии (пасты) и др.

В системах с твердой дисперсионной средой перемещение частиц затрудняется благодаря большой вязкости дисперсионной среды. Если все частицы дисперсной фазы имеют одинаковые размеры, то систему называют монодисперсной, а систему, в которой частицы дисперсной фазы различных размеров - полидисперсной.

Суспензия - микрогетерогенная система, в которой твердая (дисперсная) фаза распределена в жидкой (дисперсионной среде) [11].

Эмульсия - это микрогетерогенная дисперсная система жидкость-жидкость, состоящая из практически нерастворимых друг в друге жидкостей [11]. Так как диспергированное вещество находится в жидком состоянии, то для эмульсий, в отличие от других дисперсных систем, характерна шарообразная форма диспергированных частиц - капельки. Эмульсии классифицируют по характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды и по концентрации дисперсной фазы в системе.

Различают эмульсии, в которых дисперсная фаза представлена неполярной или слабополярной жидкостью (например, каким-нибудь жидким маслом), а дисперсионная среда — полярна (например, вода) [11]. Такие эмульсии называются эмульсиями первого рода, или прямыми, или масло в воде м/в (маслом условно называют органические нерастворимые в воде жидкости). Если наоборот, дисперсная фаза - полярная жидкость, а дисперсионная среда неполярна, то такие эмульсии называются эмульсиями второго рода, или в/м (обратные). Особый вид эмульсий - эмульсии в виде жидких металлов (ртуть, галлий), ибо в этом случае и дисперсная фаза и дисперсионная среда - полярны.

Тип эмульсии определяют по ее способности смачивать то или иное гидрофобное тело или по ее способности к разбавлению водой. Если эмульсия не смачивает гидрофобную поверхность, без видимых изменений разбавляется водой, то это эмульсия первого рода. Размеры капелек в эмульсиях обычно находятся в пределах 10"4 -10~5 м (10 ~2 - 10"3 см)[1].

Эмульсии обладают очень интересным свойством образовывать как дисперсию фазы 1 в фазе 2, так и дисперсию фазы 2 в фазе 1. По этой причине принят специальный способ обозначения типа эмульсии. Одна из фаз обычно представляет собой воду или водный раствор и обозначается буквой В. Другая фаза обозначается буквой М и независимо от своей природы называется маслом. Например, эмульсии воды в бензоле обозначаются как В/М, а эмульсии бензола в воде - как М/В.

При механическом перемешивании двух несмешивающихся жидкостей одновременно образуются два типа эмульсий: В/М и М/В. Образующиеся капли жидкостей двух видов в обеих фазах в размешиваемой системе растягиваются в струи. При достаточной степени растягивания (удлинения) капли приобретают неустойчивую форму и дробятся. Таким образом, возрастает дисперсность. С увеличением числа капель увеличивается и вероятность их обратного слияния, так что любое диспергирование приводит к установлению стационарного состояния, характеризующегося определенной,

максимально возможной степенью дисперсности и определенным распределением капель по размерам. Эмульсия, которая соответствует диспергированию жидкости, имеющей меньший объем, будет иметь меньшую концентрацию. При прочих равных условиях эта более разбавленная эмульсия будет более устойчивой, так как в ней меньше вероятность столкновения двух частиц. Эта вероятность приблизительно пропорциональна концентрации, а отношение концентраций двух эмульсий приблизительно пропорционально отношению объемов двух эмульгированных жидкостей. Из этого следует, что отношение устойчивости двух эмульсий будет приблизительно обратно пропорциональным отношению объемов использованных жидкостей. Так как, в конце концов, более устойчивая эмульсия «переживет» другую, то можно заранее предсказать окончательный результат эмульгирования.

Разные стабилизаторы по-разному влияют на эффективность столкновения частиц в эмульсиях типа В/М и М/В. Таким образом, в расчет следует принять и отношение эффективности соударений, приводящих к коалесценции (слиянию отдельных капель). Эффективность соударений измеряется временем т, в течение которого две капли жидкости, разделенные слоем другой жидкости, могут существовать в одинаковых условиях не сливаясь.

Умножив отношение объемов двух жидкостей на определенное таким образом время жизни двух возможных эмульсий, мы получим критерий относительной устойчивости двух эмульсий, учитывающий оба фактора, от которых зависит скорость коалесценции: вероятность столкновения двух частиц и вероятность их слияния. Если полученный критерий значительно больше единицы, другими словами, если прямая эмульсия намного более устойчива, чем обратная, то можно однозначно сказать, каким будет конечный продукт эмульгирования.

Сложнее обстоит дело, когда рассматриваемый критерий близок к единице, т. е. когда возможные эмульсии близки по устойчивости. В этом

случае заметное влияние оказывают стенки сосуда и другие предметы (например, мешалка), находящиеся в контакте со смесью. Если, например, одна из жидкостей смачивает их, а другая не смачивает, то на стенках сосуда создаются условия для разрушения эмульсии смачивающей жидкости, и она стремится стать дисперсионной средой. Указанный фактор может предопределить тип конечной эмульсии.

Помимо классификации эмульсий по характеру дисперсной фазы и дисперсионной среды, их классифицируют по концентрации дисперсной фазы. По этой классификации эмульсии делят на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные [12].

Разбавленные эмульсии содержат до 0,1% дисперсной фазы. Разбавленные эмульсии содержат, как правило, диспергированные капельки с диаметром около 10"7 м (т. е. приближающимся к размерам ультрамикрогетерогенных систем). Такие эмульсии наиболее агрегативно устойчивы за счет двойного слоя, и их образование возможно без специальных эмульгаторов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рахимов, Артур Ашотович, 2014 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Орлов ГА., Кендис М.Ш., Глущенко В.Н. Применение обратных эмульсий в нефтедобыче. - М.: Недра, 1991. - 224с.

2. Мухаметзянов Р.Н., Сафин С.Г., Каюмов Л.Х. Промысловые испытания эмульсионных композиций для выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин. - Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений (1999), № 4, с. 30-33.

3. Ахметов А., Михальчук Т., Решетников А., Хакимов А, Хлебникова М., Телин А. Физическое моделирование фильтрации водонефтяных эмульсий в пористой среде. - Вестник инжинирингового центра ЮКОС. №4. 2002 г. с. 25-31.

4. Ахметов А., Телин А., Корнилов А. Дисперсионные и реологические характеристики обратных водонефтяных эмульсий на основе нефтей приобского и мамонтовского месторождений. - Научно-технический вестник. ЮКОС. №9. 2004. С. 43-50.

5. Телин А., Ахметов А., Калимуллина Г. Тестирование обратных водонефтяных эмульсий с анолитом и сеноманской водой в качестве блокирующих жидкостей для глушения скважин. - Научно-технический вестник. ЮКОС. №10. 2004. С. 50-56.

6. Ахметов А., Телин А., Глухов В., Мавлетов М., Силин М., Гаевой Е., Магадов Р., Хлобыстов Д., Байкова Е. Особенности течения высококонцентрированных обратных водонефтяных эмульсий в трещинах и пористых средах. - Технологии ТЭК. Нефть и капитал, апрель, 2003 с. 54-58.

7. Ахметов А.Т., Телин А.Г., Мавлетов М.В., Здольник С.Е. Новые принципы применения обратных водонефтяных эмульсий в потокоотклоняющих технологиях и глушении скважин. - Нефтегазовое дело №3,2005.-С. 19-26/

8. Ахметов А.Т., Глухов В.В., Мавлетов М.В., Саметов С.П. Запирание плоских и цилиндрических капилляров при течении дисперсий типа

жидкость-жидкость. // Физико-химическая гидродинамика: Межвузовский научный сборник. 42. - Уфа: РИО БашГУ, 2004. С. 74-81.

9. Ахметов А.Т., Глухов В.В, Мавлетов М.В. Проблемы моделирования течения инвертных водонефтяных дисперсий в капиллярах // Труды Математического центра имени Н. И. Лобачевского. Т. 27 // Казанское математическое общество. Материалы XVII сессии Международной школы по моделям механики сплошной среды // Казань: Издательство Казанского математического общества. 2004. 234 с. С. 30-41.

10. Менковский М.А., Шварцман Л.А. Физическая и коллоидная химия. М.: Химия, 1981. - 296с.

11. Шелудко А.Д. Коллоидная химия. - М.: Мир,1984. - 320с.

12. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. - Л.: Химия. 1974. -

352с.

13. Мирзаджанзаде А.Х., Хасанов М.М., Бахтизин Р.Н. Этюды о моделировании сложных систем нефтедобычи. Нелинейность, неравновесность, неоднородность. - Уфа: Гилем, 1999. - 464с.

14. Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии. - М.: Колос, 2003.-312с.

15. Pearson J.R.A., Petrie C.J.S. On the melt flow instability of extruded polymers// Proceeding of the 4th International Congress on Rheology. Providence. R.I. - 1963. Part 3. -P.205-211.

16. Белкин И.М., Виноградов Г.В., Леонов А.И. Ротационные приборы. Измерение вязкости и физико-механических характеристик материалов. - М.: Машиностроение, 1987. - 272 с.

17. Мицеллобразование, солюбилезация и микроэмульсии. Под ред. К. Миттела. 598 с. / Мицеллобразование, солюбилезация и микроэмульсии. Глава 2. Л.М. Принс. / Изд. Мир, М. 1980.

18. Petsev D.N. Emulsions: Structure Stability and Interactions. Interface Science and Technology. Volume 4. - Albuquerque: Elsevier Academic Press, 2004. - 767 p.

19. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в 4 томах. - М.: Наука, т.З. - С.75-91.

20. Batehelor G.K., Green J.T. The determination of the bulk stress in a suspension of spherical particles to order c2. - Journal of Fluid Mechanics, 1972, V. 56, pt. 3.-P. 401^127.

21. Урьев Н.Б., Кучин И.В. Моделирование динамического состояния дисперсных систем // Успехи химии, Т. 75, № 1, 2006, с. 36-63.

22. Choi S.J., Schowalter W.R. Rheological properties of nondilute suspensions of deformable particles. - Phys. Fluids 18, 1975. - P. 420-427.

23. Yaron I., Gal-Or B. On viscous flow and effective viscosity of concentrated suspensions and emulsions. - Rheol. Acta, 11, 1972. - P. 242-252.

24. Федотовский B.C., Прохоров Ю.П., Верещагина Т.Н. Эффективная сдвиговая вязкость концентрированных эмульсий, суспензий и пузырьковых сред. - Обнинск: ФЭИ, 1997. - 15 с.

25. Rajinder Pal Evaluation of theoretical viscosity models for concentrated emulsions at low capillary numbers. - Chemical Engineering Journal 81, 2001. -P. 15-21.

26. Rajinder Pal. Effects of Droplet Size and Droplet Size Distribution on the Rheology of Oil-in-Water Emulsions. - The Proceedings from the 7th UNITAR Conference on Heavy Crude and Tar Sands, № 1998.053. - 10 p.

27. Шерман Ф. Эмульсии. - JI.: Химия, 1972. - 448 с.

28. Rajagopal E.S. The Viscosity of Polydisperse Emulsions. -Rheologica Acta,Band 1,N. 4-6,1961.-P. 581-584.

29. Mason T. G., Bibette J., Weitz D.A. Yielding and Flow of Monodisperse Emulsions. - Journal of colloid and interface science, № 179. 1996. - P. 439-448.

30. Denkov N.D., Tcholakova S., Golemanov K. and Lips A. Jamming in Sheared Foams and Emulsions, Explained by Critical Instability of the Films between Neighboring Bubbles and Drops // Physical Review Letters. 2009. PRL 103, 118302(4).

31. Denkov N.D., Tcholakova S., Golemanov K., Ananthapadmanabhan K.P. and Lips A. Viscous Friction in Foams and Concentrated Emulsions under Steady Shear // Physical Review Letters. 2008. PRL 100, 138301(18).

32. Denkov N.D., Tcholakova S., Golemanov K., Ananthapadmanabhan K.P. and Lips A. The role of surfactant type and bubble surface mobility in foam rheology // Soft Matter. 2009. 5, 3389-3408(20).

33. Sharp V. Kendra, Adrian J. Ronald. Shear-induced arching of particle-laden flows in microtubes. - CD-ROM Proceedings of 2001 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 2001.

34. Yamaguchi Eiichiro, Adrian J. Ronald. Theoretical and Experimental Study of MicroChannel Blockage Phenomena - Abstracts and CD-ROM Proceedings of XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM04). Warsaw: IPPT PAN., 2004. - P. 31.

35. Мирзаджанзаде A.X., Хасанов M.M., Бахтизин P.H. Этюды о моделировании сложных систем нефтедобычи. - Нелинейность, неравновесность, неоднородность. - Уфа: Гилем, 1999. - 464 с.

36. Никифоров А.И., Никанынин Д.П. Моделирование движения дисперсных частиц с двухфазным потоком. - Труды I международной конференции «Модели механики сплошной среды, вычислительные технологии и автоматизированное проектирование в авиа- и машиностроении». - Казань, 1997. - С. 27-33.

37. Никифоров А.И., Никаныпин Д.П. Моделирование переноса твердых частиц фильтрационным потоком. - Инженерно-физический журнал, 1998. Т. 71, № 6. - С. 971-975.

38. Сюняев 3. И., Сафиева Р. 3., Сюняев Р. 3. Нефтяные дисперсные системы. - М.: Химия, 1990. - 224 с.

39. Белкин И.М., Виноградов Г.В., Леонов А.И. Ротационные приборы. Измерение вязкости и физико-механических характеристик материалов. - М.: Машиностроение, 1987. - 272 с.

40. Химическая энциклопедия, т. 5. - М.: «Советская энциклопедия»,

1988.

41. Саметов С.П. Изучение течения водогексановых эмульсий в пористых каналах со сложной геометрией. — Тезисы докладов Международной уфимской зимней школы-конференции по математике и физике для студентов, аспирантов и молодых ученых. - Уфа: РИО БашГУ, 2005.-С. 198.

42. Akhmetov Al, Akhmetov Ar, Rakhimov A.A., Sametov S.P. The dynamic blocking phenomena of radial extending flow of invert water-oil emulsion in capillary channel. - CD-ROM Proceedings of ICMF 2007 6th International Conference on Multiphase Flow. Leipzig, 2007.

43. Отчёт о научно-исследовательской работе по программе фундаментальных исследований российской академии наук. Тема: «Гидродинамика дисперсных термовязких сред с физико-химическими превращениями».Книга 3. «Гидродинамика эмульсий и пузырьковых систем в микроканалах и неоднородных пористых средах» «28» января 2009 г.

44. Саметов С.П. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук на тему: «Гидродинамические эффекты при течении эмульсий в осесимметричных микроканалах». Уфа, 2011.

45. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 6. Гидродинамика. - М.: Физматлит, 2003. - 736 с.

46. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - Учеб. для вузов. -Изд. 6-е, перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 840 с.

47. Ахметов А.К., Рахимов A.A. Эффект динамического запирания обратной водонефтяной эмульсии в радиально-расширяющемся течении // Сборник трудов международной уфимской зимней школы - конференции по математике и физике для студентов, аспирантов и молодых ученых. - Уфа: РИО БашГУ, 2005. - Том 2. с.21-27.

48. Ахметов А.К., Рахимов A.A. Эффект динамического запирания обратной водонефтяной эмульсии в радиально-расширяющемся течении //

Сборник трудов международной уфимской зимней школы - конференции по математике и физике для студентов, аспирантов и молодых ученых. - Уфа: РИО БашГУ, 2005. - Том 2. с.21-27.

49. Ахметов А.К., Рахимов A.A. Изучение эффекта запирания обратной стабилизированной водонефтяной эмульсии при радиально-расширяющемся течении // Сборник трудов научной конференции молодых ученых по механике сплошных сред, посвященная 80-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР A.A. Поздеева. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. с.8-12.

50. Ахметов А.Т., Рахимов A.A., Ахметов А.К. Динамическое запирание обратной водонефтяной дисперсии при радиально-расширяющемся течении в ячейке Хили-Шоу // Современные методы физико-математических наук. Труды международной конференции. 9-14 октября 2006 г., г. Орел. Т.2. - Орел: Изд-во ОГУ, Полиграфическая фирма «Картуш», 2006 г. - 230 с. с. 83-89.

51. A.A. Рахимов. Дисперсия «жидкость-жидкость» при радиально-сходящемся и расходящемся течении. Влияние ультразвука // Сборник тезисов международной конференции «Потоки и структуры в жидкостях: физика геосфер», Москва, 2009. с. 291-297.

52. Ромм Е.С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1966,283 с.

53. Смехов Е.М. Теоретические и методические основы поисков трещинных коллекторов нефти и газа. JL: Недра, 1974, 200 с.

54. Саметов С.П., Рахимов A.A. Моделирование вытеснения нефтей и эмульсий водой на моделях пласта // VI Региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии: Сборник трудов - Уфа: РИО БашГУ, 2006. 6стр.

55. Захаров В.В. Геология. Справочные материалы. М., Издательский дом "Дрофа", 2008.

56. Ахметов А.Т., Рахимов A.A., Саметов С.П. Особенности течения обратных водоуглеводородных дисперсий в пористых структурах //

Повышение нефтеотдачи пластов на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов. Материалы Международной научно-практической конференции. -Казань: Изд-во «Фэн», 2007. - 726 е., с. 74-80.

57. Ахметов А.Т., Саметов С.П., Рахимов А.А., Латыпова Д.Р., Ханова М.Д., Докичев В.А. Эффект динамического запирания инвертно-эмульсионных растворов на основе эмульгатора-стабилизатора обратных эмульсий СЭТ-1 // Нефтегазовое дело. Научно-технический журнал, т. 11, № 2, 2013. С. 64-70.

58. Chhabra R. P., Richardson J.F. Non-Newtonian Flow and Applied Rheology, Second Edition: Engineering Applications (Butterworth-Heinemann/IChemE), 2008, 518 p.

59. Akhmetov, A.T., Telin, A.G., Mavletov, M.V., Sametov, S.P., Silin, M.J., 2006, "Flow of Invert Water-Oil Dispersions in Capillaries," International Conference. Fluxes and Structures in Fluids, Moscow, Institute for Problems in Mechanics of the RAS and Lomonosov Moscow State University, pp. 16-21.

60. Akhmetov, A., Mavletov, M., Rakhimov, A., Sametov, S., Akhatov, I.S., 2011, "Water-hydrocarbon emulsion flow in microchannels," Proceedings of ASME 2011 International Mechanical Engineering Congress & Exposition, IMECE2011, Denver, Colorado, USA, November 11-17, 8 p.

61. Alfir T. Akhmetov, Marat V. Mavletov, Sergey P. Sametov, Artur A. Rakhimov, Azat A. Valiev, Iskander S. Akhatov. Dispersion Flow In Microchannels // Proceedings of ASME 2012 International Mechanical Engineering Congress & Exposition. IMECE2012. 2012, Houston. 8 p.

62. A.A. Рахимов. Изучение эффекта динамического запирания в микроканале, влияние включений // Вестник Башкирского университета, т. 18, №2, 2013. С. 344—349.

63. Akhmetov A., Telin A., Glukhov V., Mavletov М. Flow of Emulsion through Slot and Pore Structures. - Progress in Mining and Oilfield Chemistry, vol. 5. - Budapest: Akademiai Kiado, 2003. - P. 287-295.

64. Akhmetov Alfir Т., Telin Alexey G.. Glukhov Vladimir V. Dynamic Blocking at the Flow of Invert Water-Oil Emulsions. - Abstracts and CD-ROM Proceedings of XXI International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM04). - Warsaw: IPPT PAN, 2004. - P. 162.

65. Ахметов A.T., Глухов B.B., Мавлетов M.B., Саметов С.П. Запирание плоских и цилиндрических капилляров при течении дисперсий типа жидкость-жидкость. - Межвузовский научный сборник «Физико-химическая гидродинамика», ч. 2. - Уфа: РИО БашГУ, 2004. - С. 74-81.

66. Ахметов А., Телин А., Глухов В., Силин М. Физическое моделирование и методы визуализации при разработке основ нетрадиционных технологий на базе инвертных дисперсий. Технологии ТЭК. Нефть и капитал, №1(14), 2004. - С. 33-36.

67. Ахметов А.Т., Глухов В.В, Мавлетов М.В., Телин А.Г. Физические основы применения потокоотклоняющих технологий на базе инвертных дисперсий. - Материалы III Всероссийской научно-практической конференции «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа». - Томск: Издательство Института оптики атмосферы СО РАН, 2004. - С 13-17.

68. Мавлетов М.В., Саметов С.П. Экспериментальное изучение течений водонефтяных и водогексановых эмульсий в капиллярах. - Сборник научных трудов научной конференции молодых ученых по механике сплошных сред «Поздеевские чтение». - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - С. 113-115.

69. С.П. Саметов. О механизме запирания водоуглеводородных эмульсий в капиллярах. Материалы Шестнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-16». Волгоград, 2010. - С. 251-252.

70. Саметов С.П., Ахметов А.Т. Гидродинамические эффекты при течении обратных эмульсий в микроканалах // Lambert Academic Publishing, 2011. 113 с.

71. Ахметов А.Т, Саметов С.П.. Особенности течения дисперсии из микрокапель воды в микроканалах // Письма в ЖТФ. Том 36, вып. 22, 2010. С. 21-28.

72. Peter N. Yaron, Philip A. Reynolds, Duncan J. McGillivray, Jitendra P. Mata, John W. White. Nano- and microstructure of high-integral phase emulsions under shear. J. Phys. Chem. В 2010, 114, 3500-3509.

73. Рахимов А.А. Изучение эффекта динамического запирания в микроканале // Тезисы докладов Международной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых "Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании". - Уфа: РИЦ БашГУ, 2012. - 304 е., с. 109.

74. А.А. Рахимов. Проявление неустойчивости при течении инвертных эмульсий в микроканалах // Вестник Башкирского университета, т. 18, №3, 2013. С. 668-673.

75. Левтов В.А., Регирер С.А., Шадрина Н.Х. Реология крови. М. Медицина. 1982. 270с.

76. Blood Rheology and Hemodynamics. Oguz К. Baskurt, M.D., and Herbert J. Meiselman, Sc.D.Seminars in thrombosis and hemostasis/volume 29, number 5 2003.

77. Rheology of human blood, near and at zero flow. Effects of temperature and hematocrit level. E.W. Merrill, E.R. Gilliland, G. Cokelet, H. Shin, A. Britten, and R.E. Wells, JR. Biophysical journal/ volume 3 1963, p. 199 - 213.

78. Tempelhoff, G. F. Prognostic role of plasma viscosity in breast cancer. G. F. Tempelhoff [et al] // Clinical Hemorheology and Microcirculation. - 2002. -Vol. 26. -№ 1. -p. 55-61.

79. Rabe K. F., Hurd S., Anzueto A., Barnes P. J., Buist S. A., Calverley P., Fukuchi Y., Jenkins C., Rodriguez-Roisin R., van Weel C., Zielinski J. Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease: GOLD executive summary. Am J Respir Crit Care Med. 2007.

80. Смирнов В. M. Физиология человека под редакцией профессора В. М. Смирнова — 1-е издание. — М.: Медицина, 2002. — 608 с.

81. Левтов В.А. Реология крови/ В.А. Левтов, С.А. Регирер, Н.Х. Шадрина/ Москва. «Медицина». 1982.

82. A.A. Рахимов, Ю.В. Бурдюк, А.Т. Ахметов. Особенности течения крови в капиллярах при малых перепадах давления // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 3; URL: http://www.science-education.ru/103-

83. Ахметов А.Т., Закиров К.Р., Саметов С.П. Возможный механизм возникновения инфаркта // Труды Института механики УНЦ РАН, вып. 6/ Под ред. С.Ф.Урманчеева, С.В. Хабирова - Уфа: Гилем, 2008, с.229, с. 13-18.

84. Merrill E.W. Rheology of human blood, near and at zero flow. Effects of temperature and hematocrit level. / E.W. Merrill, E.R. Gilliland, G. Cokelet, H. Shin, A. Britten, and R.E. Wells, JR. // Biophysical journal/ volume 3 1963, p. 199 -213.

85. Павловский Ю. H. О пристеночном эффекте // Механика жидкостей и газов. 1967. №2.

86. А.Т. Ахметов, С.П. Саметов. Особенности течения дисперсий «жидкость-жидкость» через цилиндрический микроканал // Труды Института механики Уфимского научного центра РАН. Вып. 7 / Под ред. С.Ф.Урманчеева. - Уфа: Гилем, 2010. - 231 с. С.60 - 71.

87. А.А. Rakhimov, Yu.V. Burdyuk, O.N. Gumerova. The character of capillary bloodflow within little pressure changes in normal condition and in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Характер течения крови в капиллярах при малых перепадах давления в норме и у больных хронической обструктивной болезнью легких // Медицинский вестник Башкортостана, т.7, № 6 (приложение), 2012. С. 116-123.

88. Clinical Applications of heamorheology / L. Dintenfass // The Rheology of blood, bloodvessels and associated tissues. - Oxford Press, 1981. - p.22-50.

89. С.В. Зеленцов, H.B. Зеленцова. Современная фотолитография. «Новые материалы электроники и оптоэлектроники для информационно-телекоммуникационных систем». - тт " "эвгород, ННГУ, 2006. - 56 с.

6375.