خام یکی از میادین نفتی ایران

Transcript

1 3 رفتار رئولوژيکی امولسيون های... رفتار رئولوژیکی امولسیونهای نفت خام یکی از میادین نفتی ایران محمد باقر صادقی * احمد رمضانی سعادتآبادی وحید تقیخانی و سیروس قطبی دانشگاه صنعتی شریف دانشکده مهندسی شیمی و نفت سال بيست و سوم شماره 75 صفحه تاريخ دريافت مقاله: 91/23 تاريخ پذيرش مقاله: 91/9/27 mbagher.66@gmail.com چكيده در این پژوهش امولسیونهای مختلفی با استفاده از نمونه نفت خام نوروز بهعنوان فاز نفتی آب یون زدوده شده به عنوان فاز آبی و سورفکتانت از نوع اسپان 40 به عنوان عامل امولسیون کننده تهیه شد و سپس پارامترهای مهم و تأثیرگذار بر خواص رئولوژیکی این امولسیونها و نیز نمونه نفت خام بررسی شد. همچنین جهت بررسی کیفیت امولسیونها پایداری آنها در یک دوره زمانی سه ماهه مورد مطالعه قرار گرفت. تابعیت گرانروی نسبت به نرخ برش با استفاده از مدل توانی و نسبت به کسر حجمی فاز پراکنده با استفاده از مدلهای کسر حجمی لیو ریچاردسون مونی و کریگر- داگرتی بررسی گردید و مشاهده شد که نتایج حاصل از مدلها با دادههای آزمایشگاهی سازگاری باالیی دارند. نتایج حاصل از بررسیهای میکروسکوپی نشان داد که پدیده وارونگی فازها در گستره کسر حجمی 40 تا %50 از فاز پراکنده اتفاق میافتد. همچنین با بررسی پارامترهای مختلف بر روی خواص رئولوژیکی مشخص شد که در کلیه نمونهها اعم از نفت خام و امولسیونها متغیرهای رئولوژیکی شدیدا تحت تأثیر تغییرات دمایی قرار میگیرند بدینصورت که با افزایش دما کاهش قابل مالحظهای در گرانروی تنش برشی و مدولهای دینامیکی نمونهها مشاهده میشود. افزایش کسر حجمی آب تا قبل از نقطه وارونگی فازها باعث افزایش گرانروی و مدولهای دینامیکی شد و پس از نقطه وارونگی با تغییر فاز پیوسته از نفت به آب این مقادیر کاهش یافت. با بررسی تغییرات نرخ برشی بر روی نمونهها مشاهده شد که نمونه نفت خام در بیشتر محدوده برش اعمالی رفتار سیال نیوتنی را دارد در صورتی که با تشکیل امولسیون و افزایش کسر حجمی فاز پراکنده رفتار کاهنده برشی افزایش مییابد. افزایش غلظت سورفکتانت در امولسیونها نیز باعث افزایش گرانروی تنش برشی و مدولهای دینامیکی و کاهش پارامتر اتالف شد و در نتیجه خاصیت االستیک امولسیونها افزایش یافت. واژههاي كليدي: نفت خام امولسیون خواص رئولوژیکی کاهنده برشی سورفکتانت

2 75 شماره 4 مقدمه از ناشی پدیدههای و خام نفت خواص شناخت همواره بوده برخوردار توجهی قابل اهمیت از گرانبها ماده این است امولسیون اهمیت حائز پدیدههای این از یکی است. مطرح نفت صنعت در رایج بسیار پدیده یک عنوان به که همراه به نفتی مخازن در آب توجهی قابل مقادیر می باشد. تزریق حرارتی فرآیندهای در همچنین دارد. وجود نفت سنگین نفت مخازن از برداشت ازدیاد جهت آب بخار اینرو از میشود. وارد مخازن درون به زیادی مقادیر برداشت ازدیاد فرآیند تولید واحدهای تمام در تقریبا خام نفت پاالیش و انتقال حفاری مراحل اکثر در و خواص از 2[. و ]1 دارند چشم گیری نقش امولسیونها آب با آن از حاصل امولسیونهای و نفت مهم بسیار به زمینه این در دانش داشتن که است رئولوژیکی خواص میشود. منجر نفت عرصه در موجود مسائل بیشتر درک یک حداقل پراکندگی از که هستند سامانههایی امولسیونها و ]3 میشوند تشکیل دیگر مایع در امتزاج قابل غیر مایع زمینههای در گستردهای کاربردهای دارای امولسیونها 4[. و آرایشی دارویی غذایی فرآیندهای نظیر متفاوتی سیستمهای در همچنین و میباشند نفت برداشت افزایش 8-5[. و ]3 دارند چشمگیری حضور بیولوژیکی در که دارد بستگی سورفکتانتی میزان به امولسیون پایداری جداشدن برای مایع دو کشش از مایع دو مشترک سطح [. و ]9 میکند جلوگیری خودی به خود به تمایل غالبا امولسیون در پراکنده فاز یا داخلی فاز ویژگیهای دارد. شکل کروی قطرات صورت به پراکندگی اندازه میانگین و قطرات اندازه توزیع نظیر امولسیون یک پایداری اینرو از نمیماند. ثابت زمان گذشت با قطرات خواص حفظ قابلیت و پراکندگی توانایی به امولسیون را امولسیونها ]9[. دارد بستگی زمانی بازه یک در خود کرد. تقسیمبندی مختلف ویژگیهای به توجه با میتوان آب محلول غیر مایع دو امولسیون ها سنتی دستهبندی در هر که است ذکر قابل دارند. نقش دستهبندی در نفت و فاز گاهی پراکنده فاز باشند. پراکنده فاز میتوانند مایع دو میشود نامیده نیز بیرونی فاز گاهی پیوسته فاز و درونی فاز فاز دو این از یک کدام اینکه به توجه با 11[. و ] میشود: استفاده زیر دستهبندی باشد پراکنده در نفت شده پراکنده قطرات برای )O/W( آب در نفت - آب در آب شده پراکنده قطرات برای )W/O( نفت در آب - نفت )O/W/O( نفت در آب در نفت - )W/O/W( آب در نفت در آب - که مواردی به و دارند نام چندگانه امولسیون آخر دسته دو دوم جنس پراکنده قطرات حاوی نیز خود پراکنده قطرات آبی در نفت است ممکن بنابراین میگردد. اطالق باشند نفتی در آب یا و )O/W/O( است پراکنده نفت در خود که که شود پراکنده )W/O/W( است پراکنده آب در خود که دوم مورد و آب اول مورد برای اینصورت در واقع در بهعنوان هم و پراکنده فاز هعنوان ب هم می تواند خام نفت از پیچیدهتری انواع شکلگیری کند. عمل پیوسته فاز تشکیل فرآیند به ][. میباشد امکانپذیر نیز امولسیونها تجهیزات در که میشود گفته 1 امولسیونسازی امولسیون توربینهای همگنسازها نظیر متفاوتی سامانههای و دیواره طول در فاز دو جریان 2 اولتراسونیکیتور اختالط ]9[. می شود تشکیل متخلخل ناحیه یا و استاتیک آمیزنده از بسیاری توجه امولسیونها رئولوژیکی رفتار مطالعه جلب خود به زمینهها از وسیعی گستره در را دانشمندان در گستردهای مطالعات اخير سالهاي در ]12[. است کرده حاصل امولسیونهای و خام نفت رئولوژیکی رفتار زمینه صورت کننده امولسیون عامل حضور در آب و خام نفت از هم میتواند امولسیون یک رئولوژیکی رفتار است. گرفته که باشد غیرنیوتنی صورت به هم و نیوتنی صورت به حجمی کسر پایین مقادیر در است. آن ساختار به وابسته رفته رفته و دارند نیوتنی رفتار امولسیونها )φ( پراکنده فاز یک رفتار امولسیونها پراکنده فاز غلظت افزایش با بررسی در میدهند. نشان را 3 برشی کاهنده سیال 1. Emulsification 2. Ultrasonicator 3. Shear-Thining

3 5 رفتار رئولوژيکی امولسيون های... رفتار رئولوژیکی امولسیونها باید به این نکته توجه کرد که عوامل متعددی در تغییرات این رفتار نقش دارند. همه این عوامل از طبیعت و خواص مواد و اجزای مورد استفاده و نیز شرایط حاکم بر انجام آزمایش ناشی میشوند. در کارهای منتشر شده از پرینسن ]13[ و همچنین پرینسن و کیس ]14 و 15 [ اثر غلظت فاز پراکنده بر روی خواص رئولوژیکی امولسیون نظیر گرانروی برشی تنش تسلیم و مدولهای دینامیکی بررسی شده است. در مقاالت علمی بر روی منحنی جریان امولسیونها مطالعات زیادی انجام شده است. ویژگی کلی این بررسیها و مشاهدات آزمایشگاهی وجود خصلت کاهنده برشی برای همه این امولسیونها میباشد. اثرات توزیع و میانگین اندازه قطرات فاز پراکنده بر خواص رئولوژیکی امولسیونها نیز توسط اوتسوبو و پرودهام ]16 و 17[ مطالعه شده است. آنها در بررسیهایشان در مورد خواص رئولوژیکی امولسیونهای W/O دریافتند که گرانروی به ویژه در غلظتهای باالی فاز پراکنده تابع قوی از تغییرات توزیع اندازه قطرات میباشد. با این حال برای امولسیونهایی که دارای توزیع اندازه ذرات نسبتا باریکی هستند این اثر را میتوان ناچیز فرض کرد. همچنین کارهای متعدد دیگری نظیر کارهای پال ]1 8 و [ در زمینه بررسی خواص و ساختار امولسیونها و مطالعات رئولوژیکی این سامانهها در حضور سورفکتانت انجام شده است. هدف از انجام این تحقیق شناسایی و درک بهتر خواص رئولوژیکی نفت خام و امولسیونهای حاصل از آن میباشد. لذا سعی شده است تا در این کار عالوه بر بررسی رفتار رئولوژيكي نمونه نفت خام سنگین نوروز اثر تغییر پارامترهای مختلف نظیر دما نرخ برش و غلظت سورفکتانت بر روی پایداری خواص میکروسکوپی و رفتار رئولوژیکی امولسیونهای تشکیل شده از ترکیب نمونه نفتی نوروز با آب در حضور یک سورفکتانت مناسب مورد مطالعه قرار گیرد. آزمایشگاهی مواد و روشها نفت خام مورد استفاده در این کار نفت خام نوروز میباشد. میدان نفتی نوروز از جمله میادین نفت سنگین کشور محسوب میشود. این میدان نفتی دارای وسعت 300 کیلومتر مربع میباشد که در فاصله 93 کیلومتری شمال غربی جزیره خارک واقع شده است. جنس این مخزن از نوع ماسه سنگ 1 میباشد و دارای شکل بیضی طاقدیسی است. خواص این نمونه نفت خام در جدول 1 آورده شده است. از سورفکتانت اسپان 40 2 ساخت شرکت مرک آلمان بهعنوان عامل امولسیون کننده استفاده شد. خواص این سورفکتانت در جدول 2 ارائه شده است. این نوع سورفکتانت غیریونی بوده و در فاز نفت انحاللپذیر میباشد. در شکل 1 ساختار شیمایی این ماده رسم شده است. در تمامی آزمایشها از آب یون زدوده 3 به عنوان فاز آبی استفاده شد. جدول 1 - خواص نمونه نفت خام نوروز نفت خام درصد آسفالتین درصد واکس درصد سولفور گرانروی در دمای 30 C چگالی در دمای 25 C API 0/9579) (g/cm 3 ) 1/39 (Pa.s) 3/7 1/4 12/6 نوروز 16/2 جدول 2 - خواص سورفکتانت )اسپان 40( HLB نوع مشخصات ظاهری فرمول مولکولی وزن مولکولی درصد رطوبت دمای ذوب )C ( 6/ /5 402/57 C 22 H 42 O 6 غیر یونی جامد زرد کم رنگ 1. Sand Stone 2. Span 3. Deionized Water

4 75 شماره 6 O O O OH 40( )اسپان سورفکتانت شیمیایی ساختار شکل 1 - HO OH امولسیونها آمادهسازی میشود. زده هم همگنسازی جهت نفتی نمونه ابتدا در شده ریخته بشر یک درون به نفتی نمونه از 50 ml آنگاه حاوی بشر به سورفکتانت از نیاز مورد مقدار سپس و گرمکن از استفاده با آن از پس میگردد. اضافه نفتی نمونه حدود سورفکتانت و خام نفت مخلوط حاوی بشر در میگیرد. قرار گرمایش تحت 80 C دمای در دقيقه این به گرمایش دمای عنوان به 80 C دمای انتخاب واقع همزدن فرآیند کمک به سورفکتانتها اوال که است دلیل گردند حل نفتی فاز در کامل صورت به گرمایش با همزمان دما این تا نمونهها رئولوژیکی رفتار آنجاییکه از ثانیا و نفت گرمایش با تا بوده این بر سعی میشود بررسی نیز تبخیر از حاصل تغییرات از آن شدن همگن و دما این در آزمایشها زمان در آن خواص تغییر و نفت سبک اجزای سپس آید. عمل به جلوگیری پایینتر دماهای به نسبت دور با مکانیکی همزن از استفاده با وضعیت همین در گرمکن اکنون میشود. همزده مخلوط 500 rpm حدود لحاظ از تا میشود داده اجازه مخلوط به و شده خاموش نمونه همزدن سپس برسد. تعادل به محیط دمای با دمایی شروع 2000 rpm حدود دور با مذکور مکانیکی همزن با زدوده یون آب همزدن فرآیند شروع زمان از و میشود اضافه مخلوط به تدریجی صورت به آبی فاز عنوان به شده به دقیقه 30 حدود همزدن فرآیند مرحله این در میگردد. امولسیون شدن آماده از پس نهایت در میانجامد. طول شرایط با تا میشود داده اجازه ساعت یک حدود آن به این طی آن در موجود حبابهای و برسد تعادل به محیطی تهیه نمونههای از میتوان مرحله این در گردد. خارج زمان تصاویر تهیه نیز و رئولوژیکی تستهای انجام جهت شده امولسیونهای کار این طی کرد. استفاده میکروسکوپی %20 % حجمی کسرهای با آب برشهای از متعددی از مختلف غلظتهای حضور در و %50 و %40 %30 شد. تهیه سورفکتانت رئولوژیکی و میکروسکوپی اندازهگیریهای میکروسکوپی بررسی منظور به نمونهها شدن آماده از بعد یک از شده تشکیل امولسیونهای ساختار نوع مطالعه و كشور ساخت )BH-2 )مدل Olympus نوری میکروسکوپ یک طریق از که مختلف بزرگنمایی درجههای با ژاپن )CoolSnap Pro, Media Cybernetics( دیجیتال دوربین گردید. استفاده میشد متصل رایانه یک به آنالیز جهت تصاویر تهیه جهت امولسیون نمونه هر تهیه از پس بسیار الیه صورت به امولسیون از قطره یک میکروسکوپی جهت المل از آن از پس شد. پخش الم روی بر نازک الم روی بر شده پخش امولسیون الیه باز سطح پوشاندن از شده استفاده میکروسکوپ که آنجا از گردید. استفاده نمونه از باال کیفیت با تصاویر تهیه لذا میباشد نوری نوع با و کند عبور نمونه از بتواند نور که است این مستلزم نمونه این عالوه به برسد. چشم به عدسیها از گذشتن وضوح به آن ساختاری جزئیات که باشد نازک قدر آن باید بسیار امولسیون نمونههای تا شد سعی رو این از شود. دیده گیرد. قرار الم روی بر شفاف و نازک الیهای صورت به تیره زا استفاده با نمونهها رئولوژیکی اندازهگیریهای کلیه آنتون شركت ساخت آر سی ام فیزیکا نوع رئومتر شد. انجام بود 3 رئوپالس نرمافزار به مجهز که اتريش 2 پار هندسه با اندازهگیری سیستم از اندازهگیریها تمام در 0/5( mm فاصله با و 25 mm قطر )با موازی صفحات شد. استفاده 1. Physica MCR Anton paar 3. Rheoplus

5 7... های امولسيون رئولوژيکی رفتار جهت بررسی با نظر مورد آزمونهای برای 0/5 mm فاصله این انتخاب با واقع در شد. انتخاب بهینه فاصله یافتن تقریبا آمد. دست به آزمونها تکرار در خطا کمترین فاصله گزارش براي شد. انجام تكرار بار سه با آزمونها همه مشاهدات و آزمايشات تكرار از آمده دست به اطالعات پیش که است ذکر به الزم شد. استفاده دادهها ميانگين از به مختلف دماهای در رئولوژیکی آزمونهاي همه انجام از به رسیدن جهت استراحت زمان دقیقه حدود نمونهها شد. داده تعادلی دماي نتایج و بحث میکروسکوپی بررسیهای پایداری بررسی امولسیونها ساختار نوع تشخیص جهت اندازه میانگین همچنین و قطرات اندازه توزیع ارزیابی و میکروسکوپ با شده تهیه میکروسکوپی تصاویر از آنها شد. استفاده نوری امولسیون نوع تشخیص تشخیص جهت اعتماد قابل و مستقیم راههای از یکی است. میکروسکوپی تصاویر از استفاده امولسیون نوع متعددی تصاویر امولسیونها تمامی از نیز کار این در تصاویر بررسی با شد. تهیه متفاوت بزرگنماییهای با برابر آب حجمی کسر با شده تهیه امولسیونهای به مربوط امولسیونها این همه که شد مشخص % و با در که صورتی در میباشند. )W/O( نفت در آب نوع از نوع از امولسیون آب حجمی % 50 حاوی امولسیون مورد در که گرفت نتیجه میتوان رو این از بود. )O/W( آب در نفت نقطه نوروز خام نفت برای شده تشکیل امولسیونهای مورد اتفاق آب از % 50 تا 40 بین حجمی درصد در فازی وارونگی بآ % 20 امولسیونهای به مربوط تصاویر 2 شکل در میافتد. داده نشان مختلف زمانهای در آب در نفت % 50 و نفت در است. شده 50µm 50µm 50µm 50µm 50µm (الف) (ب) (ج) 50µm (و) (ه) (د) پس ساعت یک نفت در آب % 20 امولسیون )الف( 40 اسپان % 5 حضور در نوروز خام نفت امولسیونهای میکروسکوپی تصاویر شکل 2 - )د( آمادهسازی از پس روز 90 آب در نفت % 30 امولسیون )ج( آمادهسازی از پس روز 30 نفت در آب % 20 امولسیون )ب( آمادهسازی از % 50 امولسیون )و( آمادهسازی از پس روز 30 آب در نفت % 50 امولسیون )ه( آمادهسازی از پس ساعت یک آب در نفت % 50 امولسیون آمادهسازی از پس روز 90 آب در نفت

6 75 شماره 8 در آب %20 امولسیون در میشود مشاهده که همانطور در میباشد. آب پراکنده فاز و نفت پیوسته فاز نفت آب پیوسته فاز آب در نفت % 50 امولسیون در که صورتی میباشد. نفت پراکنده فاز و پراکنده فاز قطرات اندازه توزیع و پایداری بررسی از پس شده تشکیل امولسیونهای پایداری بررسی جهت ماه یک زمانی فاصله به دیگر تصویر دو اولیه تصاویر تهیه مطالعه مورد نمونههای از آمادهسازی از پس ماه سه و امولسیون دو پایداری 2 شکل در نمونه برای گردید. تهیه % 5 حضور در آب در نفت % 50 و نفت در آب %20 است. شده داده نشان ماهه سه دوره یک طی 40 اسپان در شده تشکیل امولسیونهای همه که است ذکر قابل کامال محیط یک در و 27( C )حدود اتاق دمای شرایط نگهداری مشابه ظروف و یکسان کامال شرایط در و تاریک به سورفکتانت از الیهای کمک به پراکنده فاز است. شده این شدهاند. پراکنده پیوسته فاز در کروی قطرات صورت عامل و کرده احاطه را قطرات دور تا دور سورفکتانت الیه پایداری نتیجه در و پراکنده فاز قطرات پایداری اصلی امولسیونی سامانه یک پایداری واقع در میباشد. امولسیون باشند غالب دافعه نیروهای که زمانی سوسپانسیونی یا نیروهای وجود که حالی در است شده تضمین امری پراکنده فاز قطرات انعقاد و گردآمدگی باعث قوی جاذبه ]24[. شد خواهد ناپایداری نتیجه در و نقش قطرات شکلپذیر مشترک سطوح بین برهمکنشهای رئولوژیکی رفتار و ذرات اندازه توزیع پایداری در اساسی دارای که پراکنده فازهای برای میکند. ایفا امولسیونها هب برهمکنش مهمترین هستند تراکمناپذیری خاصیت دافعه برهمکنش میشود. مربوط 1 شده مسدود حجم باهم اعمالی نیروی تحت قطره دو که زمانی دیگر اساسی بین کشش مقابل در شده انجام کار از مییابند شکل تغییر ناشی قطرات بیشتر سطح مساحت ایجاد جهت سطحی کوتاه دافعه نیروی یک سورفکتانت نهایت در و میشود قطرات انعقاد از جلوگیری جهت جدایش( )فشار برد چگونه قطرات مشترک سطوح اینکه تفسیر میکند. فراهم بسیار مییابند شکل تغییر اعمالی نیروی تحت هم با سورفکتانت طریق از که دافعه نیروی سهم است. پیچیده حول سورفکتانت الیه ضخامت با واقع در میشود ایجاد ]12[. دارد مستقیم ارتباط پراکنده فاز قطرات قطرات است مشخص نیز 2 -)الف( شکل از که همانطور میباشند. کروی صورت به تقریبا نفت فاز در پراکنده آب که میشود مشاهده 2 -)ج( و 2 -)ب( شکلهای در ولی در شده انجام برهمکنشهای و زمان گذر اثر در قطرات فاز و قطرات نیز و قطرات بین دافعه و جاذبه نیروهای اثر زمان مدت گذشت رو این از دادهاند. شکل تغییر پیوسته از را خود پایداری کم کم امولسیون تا شده باعث ماه سه حال این با دهد. روی انعقاد پدیده نتیجه در و داده دست هم هنوز پراکنده فاز در موجود قطرات انعقاد وجود با با مدتها میتواند و است نفت در آب نوع از امولسیون در اولیه امولسیون از کمتر بسیار چند هر نسبی پایداری باشد. پایدار فازها جدایش مقابل 2 -)و(نیزتصاویرمیکروسکوپی و شکلهای 2 -)د( 2 -)ه( در زمانهای در ترتیب به آب در نفت % 50 امولسیون از شده تهیه ارائه امولسیون آمادهسازی از پس ماه سه و ماه یک ساعت یک مشخص نیز تصاویر از که همانطور حالت این در است. شده به نفت در آب % 20 امولسیون پیوسته فاز از نفت فاز است تبدیل آب پیوسته فاز در قطرات صورت به و پراکنده فاز آب % 20 امولسیون برخالف امولسیون این در است. شده امولسیونی نمونه تهیه از ماه سه حتی طی از پس نفت در اولیه امولسیون به نسبت امولسیون در توجهی قابل پایداری امولسیون در پراکنده نفتی قطرات اندازه و میشود مشاهده مقایسه با است. نکرده زیادی تغییر اولیه نمونه به نسبت که گفت میتوان نوروز خام نفت برای امولسیون دو این آب امولسیونهای به نسبت آب در نفت امولسیونهای زمان مدت قادرند و دارند بیشتری پایداری نفت در بمانند. پایدار پراکنده فاز قطرات انعقاد بدون طوالنیتری بررسیتأثیرغلظتسورفکتانتبرپایدارینمونهها بامطالعات آبدرنفتدرحضوردرصدهای % امولسیون 20 میکروسکوپی شد. انجام ماهه سه دوره یک طی سورفکتانت از مختلفی سورفکتانت غلظت افزایش با که می دهد نشان نتایج مییابد. افزایش امولسیون پایداری 1. Excluded Volume

7 9... های امولسيون رئولوژيکی رفتار سورفکتانت از % 2 از کمتر غلظتهای مورد در واقع در فاز قطرات ماه یک شدن سپری از پس که شد مشاهده شدهاند. انعقاده پدیده دچار مالحظهای قابل میزان به پراکنده که گرفت نتیجه میتوان بررسی این با که است توجه قابل این در سورفکتانت این برای شدن مایسلی بحرانی غلظت است % از باالتر غلظتی آزمایش شرایط تحت و نمونه نیستیم. مواجه امولسیونها در پدیده این با لذا و تهیه امولسیونی نمونههای کلیه که است ذکر به الزم یعنی میباشند. 1 چندپراکنشی نوع از کار این در شده متفاوت اندازه با قطرات از گسترهای حاوی امولسیونها پهن توزیع دارای آنها قطرات اندازه توزیع منحنی و بوده امولسیونهای در پراکنده فاز قطرات تمامی اندازه میباشد. میگیرند قرار میکرومتر 75 تا 0/5 محدوده در شده تهیه هب امولسیونها کالسیک تقسیمبندیهای در که آنجا از و در آنها در پراکنده فاز قطرات اندازه که امولسیونهایی ماکروامولسیون میگیرند قرار 0 μm تا 0/5 محدوده نیز کار این در شده تهیه امولسیونهای میشود گفته میانگین بررسی در میباشند. ماکروامولسیونها دسته جزء فاز حجمی کسر افزایش با که شد مشخص قطرات اندازه مثال برای مییابد. افزایش قطرات اندازه میانگین پراکنده % 50 نمونه و نفت در آب % 40 و % 20 نمونههای برای 16/6 μm و 12/3 9/1 ترتیب به میانگین این آب در نفت میانگین بر سورفکتانت غلظت تأثیر بررسی جهت میباشد. میکروسکوپی مطالعات پراکنده فاز قطرات اندازه توزیع و غلظتهای با شده پایدار نفت در آب % 20 امولسیون که میدهد نشان نتایج شد. انجام نیز سورفکتانت از مختلفی اندازه توزیع و میانگین قطر سورفکتانت غلظت افزایش با اندازه توزیع منحنی 3 شکل در مییابد. کاهش قطرات خام نفت در آب % 20 امولسیون در پراکنده فاز قطرات همانطور است. شده ارائه 40 اسپان % 5 حضور در نوروز در پراکنده فاز قطرات اندازه توزیع است مشخص که این میانگین قطر میباشد. پهن توزیع یک امولسیون این دارای قطرات از % 95 حدود و است 9/1 μm امولسیون توزیع اثر 3 جدول در هستند. 20 μm از کوچکتر قطری s 1- برش نرخ و 30 C در گرانروی بر قطرات اندازه داده نشان نوروز خام نفت در آب % 20 امولسیون برای کاهش با است مشخص نتایج از که همانگونه است. شده قطرات قطر میانگین و پراکنده فاز قطرات اندازه محدوده مییابد. افزایش امولسیون گرانروی فراوانی(%) کمتر و بیشتر (μm) پراکنده فاز قطرات قطر 40 اسپان % 5 حضور در نوروز خام نفت در آب % 20 امولسیون در پراکنده فاز قطرات اندازه توزیع منحنی شکل 3-1. Polydispers

8 75 شماره نوروز خام نفت در آب %20 امولسیون s 1- برش نرخ و 30 C در گرانروی بر قطرات اندازه توزیع اثر جدول 3 - (μm) قطرات میانگین قطر (μm) قطرات اندازه محدوده s 1- برش نرخ و 30 C در گرانروی (Pa.s) 28/7 35/1 0/8-73 0/ /8 11/9 49/6 67/4 0/5-55 0/5-46 9/1 7/5 فاز از مشخص حجمی کسر یک در باالتر گرانروی کوچکتر اندازه با قطرات حضور به مربوط پراکنده توجیه صورت این به میتوان را امر این علت میباشد. در و کوتاهتر قطرات بین فاصله حالت این در که کرد بزرگتر قطرات با مقایسه در آنها بین برهمکنشهای نتیجه قطرات اندازه میانگین کاهش با اینرو از است. قویتر 17[. و ]8 است چشمگیرتر نیز برشی کاهنده اثرات رئولوژیکی اندازهگیریهای پایا برشی آزمون شرایط در رئولوژیکی اندازهگیریهای اصلی اهداف از یکی ساختاری تغییرات مقابل در سیاالت توانایی بررسی پایا آزمونهاي انجام براي میباشد. ساده برشی جریان طی نرخ افزایشی تغییر ازای به پايا برشی شرایط در رئولوژيكی برشی تنش و گرانروی دادههای 0 s 1- تا s 1- از برش نرخ تغییرات مقابل در دادهها این رسم با آمد. دست به رد میشود. حاصل نمونهها برای جریان منحنیهای برش گرانروی و برشی تنش تغییرات ترتیب به 5 و 4 شکلهای امولسیون و خام نفت برای برش نرخ تغییرات حسب بر است. شده رسم خام نفت در آب % 20 وسیعی گستره در نوروز خام نفت که می دهد نشان نتایج امر این میکند. رفتار نیوتنی سیال یک همانند برش نرخ از نفت برای اینکه و 5 و 4 شکلهای به توجه با میتوان را است خطی برش نرخ حسب بر برشی تنش تغییرات خام توجیه میماند ثابت تقریبا برش نرخ افزایش با گرانروی و افزایش با که شد مشاهده امولسیون مورد در اما نمود. مشاهده برشی تنش افزایش در خطی روند برش نرخ مییابد. کاهش امولسیون گرانروی همچنین نمیشود. رفتار بودن دارا با امولسیونها که گفت میتوان واقع در میکنند. رفتار پالستیک شبه سیال یک نظیر برشی کاهنده با واقع در است. مشهود 5 و 4 شکلهای در نیز دما اثر در و شده شکسته مولکولی بین قوی نیروهای دما افزایش مییابد. کاهش گرانروی نتیجه و آرایش روی بر برشی حرکت امولسیونی سامانههای در است تأثیرگذار مولکولها کلیه همچنین و قطرات موقعیت ایزوتروپیک غیر امولسیون خواص تا میشود موجب و قابل و کلی روند 6 شکل شود. جهت تابع یعنی گردد اعمال اثر در پراکنده فاز قطرات کشآمدن توانایی پیشبینی کسرهای در ویژه به برشی کاهنده رفتار به منجر که برش میدهد. نشان را میشود پراکنده فاز باالی حجمی پراکنده فاز قطرات نیز و مولکولها آرایش توزیع انحراف سکون حالت در سیال وقتی که تصادفی توزیع حالت از حالت از سامانه انحراف نمایانگر شود می حاصل است سامانه گرانروی تغییرات اینرو از می باشد. آن تنش بدون پیکربندی و تعداد به بسته برش اعمال طی امولسیونی امولسیون غلظت میزان و امولسیون در پراکنده فاز قطرات به میتواند روند این که میشود مواجه کاهشی روند با کسر افزایش با باشد. تند شیب با یا و مالیم صورت لذا میشود کوچکتر قطرات اندازه پراکنده فاز حجمی در و یافته افزایش امولسیون حجم واحد بر قطرات تعداد باعث عامل این که مییابد کاهش قطرات بین فاصله نتیجه امولسیون مقاومت افزایش نتیجه در و قطرات تحرک کاهش حجمی کسر افزایش با اینرو از میشود جریان مقابل در ]25[. مییابد افزایش امولسیون گرانروی پراکنده فاز

9 11 رفتار رئولوژيکی امولسيون های (الف) (ب) 1 0/01 T=15 C T=45 C T=80 C (Pa) تنش برشي 0 1 T=15 C T=45 C T=80 C (Pa) تنش برشي ) -1 (s نرخ برش ) -1 (s نرخ برش شکل 4 - تغییرات تنش برشی بر حسب نرخ برش در سه دمای متفاوت )الف( نفت خام نوروز )ب( امولسیون %20 آب در نفت خام نوروز در حضور %5 اسپان 40 (Pa.s) گرانروي (ب) (الف) T=15 C T=45 C T=80 C T=15 C T=45 C T=80 C 1 (Pa.s) گرانروي 1 0 ) -1 (s نرخ برش 1 0 ) -1 (s نرخ برش شکل 5 - تغییرات گرانروی بر حسب نرخ برش در سه دمای متفاوت )الف( نفت خام نوروز و )ب( امولسیون %20 آب در نفت خام نوروز در حضور %5 اسپان 40 افزایش نرخ برش شکل 6 - شماتیک تغییر شکل قطرات فاز پراکنده در اثر اعمال برش آزمون برشی دینامیکی آزمون برشی دینامیکی به دو بخش پویش کرنش )γ( و پویش بسامد )ω( تقسیم میشود. در بخش پویش کرنش تغییرات مدول ذخیرهای یا االستیک )'G( مدول اتالفی یا ویسکوز )''G( و تانژانت اتالف )δ )tan برحسب تغییرات کرنش از %0/01 تا %00 انجام شد. در واقع هدف اصلی از انجام این آزمون تعیین ناحیه ویسکواالستیک خطی است. آزمون پویش بسامد نیز در گستره بسامد 0/05 تا 500 هرتز انجام گرفت. در این آزمون تغییرات بسامد از بسامدهای بزرگتر به سمت بسامدهای کوچکتر یعنی از 500 تا 0/05 هرتز اعمال گردید. در این آزمون سعی شد تا همه اندازهگیریها در محدوده ویسکواالستیک خطی اعمال شود. از آنجا که برای نمونههای متفاوت در آزمون پویش کرنش این محدوده تعیین شده بود لذا نتایج مربوط به آزمون در شرایط کرنش ثابت که منجر به قرارگیری تغییرات در گستره ویسکواالستیک خطی ميشود حاصل شد. قابل ذکر است که 'G معرف خواص االستیک ''G بیانگر خواص ویسکوز و تانژانت دلتا برابر با نسبت ''G به 'G و معیاري از نسبت رفتار میباشد. بدین ترتیب که ارقامی با میزان تانژانت دلتاي کمتر از 45 درجه بیشتر رفتار االستیک و تانژانت دلتاي بیشتر از 45 درجه بیشتر رفتار ویسکوز را دارا میباشند.

10 75 شماره 12 همچنین و اتالفی و ذخیرهای مدولهای تغییرات 7 شکل در امولسیون برای 30 دمایC در کرنش برحسب اتالف تانژانت نشان آب در نفت % 50 امولسیون همچنین و نفت در آب % است ثابت االستیک مدول آن در که ناحیهای است. شده داده مدول ميشود. شناخته خطی ویسکواالستیک ناحیه عنوان به باعث اعمالی شکل تغییر یا برشی کرنش که زمانی تا االستیک مشاهده با میماند. باقی ثابت شود قطرات ساختار شکستن بهعنوان را % تا 0/01 کرنش گستره میتوان تقریبا نتایج نمونهها این برای خطی ویسکواالستیک محدوده میانگین کرد. گزارش و اتالفی و ذخیرهای مدولهای تغییرات منحنی نیز 8 شکل در امولسیون برای 30 C دمای در بسامد برحسب اتالف تانژانت شده رسم آب در نفت %50 امولسیون و نفت در آب % میتوان زاویهای بسامد کاهش با که می دهد نشان نتایج است. امولسیونها دینامیکی مدولهای در را کاهشی روند یک را بسامد با االستیک یا ذخیرهای مدول افزایش کرد. مشاهده واقع در داد. نسبت قطرات قوی تجمعات تشکیل به میتوان دام به پیوسته فاز از زیادی مقادیر تجمعی ساختارهای در جاذبهای برهمکنشهای به منجر خود این که میشود انداخته ]24[. میشود قطرات بین (الف) 0/01 G' G'' tan δ 1 كرنش (%) 0 00 (ب) 40 اسپان %5 wt/vol حضور در =T 30 C دمای در کرنش برحسب اتالف تانژانت و اتالفی و ذخیرهای مدولهای تغییرات شکل 7 - آب در نوروز خام نفت % 50 امولسیون )ب( و نوروز خام نفت در آب % امولسیون )الف( برای G' G'' tan δ 0/ كرنش (%) )Pa( اتالفي و ذخيرهاي مدولهاي )1( اتالف تانژات )Pa( اتالفي و ذخيرهاي مدولهاي )1( اتالف تانژات (الف) G' G'' tan δ G' (ب) 00 G'' 00 tan δ )Pa( اتالفي و ذخيرهاي مدولهاي )1( اتالف تانژات )Pa( اتالفي و ذخيرهاي مدولهاي )1( اتالف تانژات 0/ / زاويهاي بسامد (s -1 ) زاويهاي بسامد (s -1 ) )الف( برای 40. اسپان %5 wt/vol حضور در 30 C دمای در بسامد برحسب اتالف تانژانت و اتالفی و ذخیرهای مدولهای تغییرات شکل 8 - آب در نوروز خام نفت % 50 امولسیون )ب( و نوروز خام نفت در %آب امولسیون

11 13... های امولسيون رئولوژيکی رفتار ویسکوز مدول مقادیر نفت در آب % امولسیون برای مدول از بررسی مورد بسامد محدودههای همه در باال بسامدهای در اختالف این که است باالتر االستیک این کننده بیان مسأله این واقع در می شود. مشاهده بیشتر که امولسیون این در ویسکوز خاصیت که است واقعیت رفتاری آن االستیک رفتار به نسبت میباشد رقیق نوع از مشاهده )ب( 7- شکل در که همان طور اما است. غالب یک تقریبا که آب در نفت %50 امولسیون در میشود محدوده در االستیک خاصیت میباشد غلیظ امولسیون این میباشد. امولسیون غالب رفتار بسامد از توجهی قابل نزدیکی علت به قطرات شبکهای ساختار از االستیک رفتار عواملی میشود. ناشی باال حجمی کسرهای در قطرات یا االستیک پاسخ و مشترک سطح در انرژی ذخیره نظیر االستیک رفتار در عمدهای سهم قطرات ویسکواالستیک دارند. امولسیونها رئولوژیکی خواص بر سورفکتانت اثر و داشته امولسیون پایداری در اساسی نقش سورفکتانت قطرات ساختار و پیکربندی در آن اثرگذار نقش دلیل به مؤثری صورت به میتواند آنها بین برهمکنشهای نیز و با باشد. تأثیرگذار امولسیون یک رئولوژیکی خواص بر قطرات اندازه توزیع و میانگین سورفکتانت میزان افزایش قطرات سطحی بین رئولوژی مییابد. کاهش پراکنده فاز برهمکنشهای روی بر مالحظهای قابل بهطور میتواند بیشتر میزان حضور با اثر این باشد. تأثیرگذار قطرات پیوسته و پراکنده فاز مشترک سطوح در سورفکتانت امولسیون عامل بیشتر مقادیر واقع در میشود. نیز برجستهتر و پراکنده فاز قطرات بین را بیشتری سطح مساحت کننده به منجر عامل این اینرو از و میآورد فراهم پیوسته فاز و 4 جدولهاي در ][. میشود کوچکتر قطرات تشکیل روی بر 40( )اسپان استفاده مورد سورفکتانت غلظت اثر 5 در نوروز خام نفت در آب %20 امولسیون جریانی خواص مشخص که همانطور است. شده داده نشان 15 C دمای برشی تنش گرانروی سورفکتانت غلظت افزایش با است پارامتر و افزایش امولسیون اتالفی و ذخیرهای مدولهای و میتوان واقع در مییابد. کاهش اتالفی تانژانت یا اتالف میزان افزایش با امولسیون االستیک خاصیت که گفت را تغییرات این اصلی علت مییابد. افزایش سورفکتانت نتیجه در و پراکنده فاز قطرات اندازه کاهش به میتوان برهمکنشهای ویژه به آنها بین برهمکنشهای افزایش داد نسبت سورفکتانت غلظت افزایش اثر در استریک دافعه بسیار پراکنده فاز قطرات غلیظتر امولسیونهای در ]23[. پیوسته فاز از نازکی فیلم با و هستند نزدیک دیگر هم به مشترک سطوح امولسیونها این در جداشدهاند. یکدیگر از نیز سورفکتانت از غلظتی شامل که پراکنده فاز قطرات امولسیونها االستیک طبیعت از که انرژی مقدار میباشد میکند. ذخیره خود در را میشود ناشی نوروز خام نفت در آب % 20 امولسیون T=15 C دماي در برشی تنش و گرانروی روی بر سورفکتانت غلظت اثر جدول 4 - γ. = s -1 τ (Pa) η (Pa.s) γ. = s -1 τ (Pa) η (Pa.s) )wt/vol( سورفکتانت غلظت /5 /23 2/3 0/ /8 12/49 124/9 0/ /7 13/84 138/4 0/ /4 15/23 152/3 0/ /3 16/36 163/6

12 75 شماره 14 % 20 امولسیون =ω 1 s 1- و T=15 C دماي در اتالف تانژانت و اتالفی و ذخیرهای مدولهای روی بر سورفکتانت غلظت اثر جدول 5 - نوروز خام نفت در آب tan δ (1) G'' (Pa) G' (Pa) )wt/vol( سورفکتانت غلظت 2/31 194/57 84/23 0/01 2/23 253/11 113/50 0/03 2/12 351/14 165/88 0/05 2/03 405/43 199/72 0/08 1/98 455/ power law model 2. Shear Thickening 3. Intrinsic viscosity اینانرژیذخیرهشده همانفشارجدایشاست.وجودنیروهای جاذبهواندروالسونیروهایدافعهالکترواستاتیکواستریکبین اینقطراتونیزفشارجدایشایجادشدهتوسطالیهسورفکتانت پیوسته فاز و پراکنده فاز قطرات بین مشترک سطح در موجود امولسیونها رئولوژی خواص کنترل و پایداری در مؤثر عوامل ]18[. میباشد رئولوژیکی مدلسازی مورد امولسیونهای رفتار که شد مشخص تجربی مشاهدات با بسیار مدلی 1 توانی قانون مدل لذا است برشی کاهنده بررسی n و m میشود. محسوب دادهها پیشبینی جهت مناسب ساده مدل این هستند. معادله اين در موجود پارامترهاي در ویژه به گرانروی تخمین در گستردهای کاربرد و بوده ]26[. دارد خام نفت از حاصل امولسیونی سامانههای η=m γ. n-1 )1( : نوشت نیز برشی تنش حسب بر میتوان را معادله این τ= m γ. n )2( n > 1 برشی: کاهنده یا پالستیک شبه سیاالت برای n < 1 : 2 برشی فزاینده یا دایالتنت سیاالت برای m η= و 1=n نيوتني: سياالت براي همبستگی ضرایب و توانی مدل پارامترهای 6 جدول در دماهای در نوروز خام نفت در آب % 20 امولسیون برای باال در که همانطور است. شده ارائه 45 C و شبه سیاالت برای توانی قانون مدل در n توان شد اشاره تمامی برای مهم این که است یک از کوچکتر پالستیک افزایش با که گردید مشاهده همچنین شد. مشاهده نتایج مییابد. کاهش m پارامتر مقدار دما مقایسه توانی قانون مدل با آزمایشگاهی نتایج 9 شکل در که شد مشاهده نمونهها برای مدل این بررسی از است. شده آزمایشگاهی دادههای با توانی قانون مدل از حاصل نتایج در شده گزارش موارد با نتيجه اين که است سازگار بسیار دارد. مطابقت خام نفت امولسیونهای برای علمی مقاالت کسر از استفاده با متعددی تئوری و تجربی مدلهای و پیشبینی برای اصلی کننده کنترل متغیر به عنوان حجمی گرانروی که آنجا از دارد. وجود امولسیون گرانروی تخمین پیوسته فاز گرانروی تأثیر تحت مستقیم طور به امولسیون بر علمی منابع در پیشنهادی روابط اکثر میباشد η( C ( میشوند: بیان η( r ( نسبی گرانروی حسب )3( یافت دست سادهای معادله به ریچاردسون 1933 سال در به و است حجمی کسر از نمایی تابعی گرانروی آن در که میباشد: زیر صورت η r =exp(αφ( )4( به ریچاردسون مدل است. تنظیم قابل پارامتری مدل این ضریب ]27[. دارد کاربرد خام نفت امولسیونهای در ویژه صورت غلظت بیشینه نظرگرفتن در با 1951 سال در ]28[ مونی بینهایت امولسیون گرانروی که زمانی در پراکنده فاز کرد: ارائه را زیر رابطه میشود )5( ]η[ و پراکنده فاز حجمی کسر بیشینه φ m آن در که تعریف زیر رابطه صورت به و است 3 ذاتی گرانروی میشود:

13 15 رفتار رئولوژيکی امولسيون های... جدول 6 - پارامترهای مدل قانون توانی و ضرایب همبستگی امولسیون %20 آب در نفت خام نوروز T = 45 C T = 30 C T = 15 C R 2 n m R 2 n m R 2 n m 0/9986 0/414 9/494 0/9962 0/3454 9/836 0/9931 0/ / نتایج آزمایشگاهی مدل قانونتوانی (Pa.s) گرانروي / ) -1 (s نرخ برش شکل 9 - مقایسه نتایج آزمایشگاهی با نتایج حاصل ازمدل قانون توانی امولسیون %20 آب در نفت خام نوروز در دمای 30 C )6( φ m برای امولسیونها اندازهگیری آزمایشگاهی مقدار φ الزم است نمودار φ m چندان ساده نیست. برای تخمین φ m از طریق برونیابی بر حسب رسم گردد و سپس بهدست آید )نقطهای که به ازای آن محور قائم صفر شود(. همانگونه که گرانروی نسبی امولسیون به سمت بینهایت φ m میل میکند. این روش میل میکند φ نیز به سمت φ m فراهم میآورد. برونیابی مقادیر قابل قبولی برای میتوان این مدل را به صورت زیر نیز نوشت: )7( که در آن ]η]= α و میباشد. کریگر و داگرتی ]29[ در سال 1959 با اصالح مدل مونی مدل تجربی زیر را ارائه کردند: )8( η r =(1-K φ) -α /K )9( این معادله یکی از پرکاربردترین معادالت جهت تخمین گرانروی در زمینه سامانههای امولسیونی و سوسپانسیونی میباشد ]27[. لیو ]30[ در سال 2000 مدل زیر را ارائه کرد: )( يا که در آن b K و n پارامترهای قابل تنظیم مدل هستند. با استفاده از دادههای آزمایشگاهی پارامترهای هر مدل در دماهای 30 C 15 C و 45 C تنظیم شدند. پارامترهای محاسباتی و ضرایب همبستگی مدلها با دادههای آزمایشگاهی در جدول 7 آورده شده است. نتایج حاصل از این مدلها نشان می دهد که مدل لیو نسبت به سه مدل دیگر بهتر میتواند دادههای آزمایشگاهی را پوشش دهد. یکی از دالیل این امر را میتوان وجود پارامترهای تنظیمپذیر بیشتر این مدل نسبت به مدلهای دیگر بررسی شده ذکر کرد. در واقع در این صورت هر مدلی بسته به مفاهیم فیزیکی پارامترها میتواند برای طیف گستردهای از دادههای آزمایشگاهی به کار گرفته شود.

14 75 شماره 16 مختلف دمای سه در 1 s 1- برش نرخ در همبستگی ضرایب و داگرتی کریگر- و مونی ریچاردسون لیو مدلهای پارامترهای جدول 7 - لیو مدل ريچاردسون مدل R 2 0/9845 0/9645 0/9631 α /269 /681 12/63 R 2 0/9948 0/9968 0/9983 n 2/55 1/793 1/997 K 1/807 2/126 2/182 b 1/290 1/285 1/347 دما T =15 C T =30 C T =45 C مونی مدل كريگر-داگرتي مدل R 2 0/9928 K 0/9791 α 8/13 R 2 0/9927 K 0/5499 α 8/047 دما T =15 C 0/9948 0/9979 1/595 1/786 6/761 7/243 0/9945 0/9977 1/003 1/178 6/446 6/723 T =30 C T =45 C همبستگی ضرایب که است مشخص 7 جدول از همچنین میباشند قبول قابل و باال نسبتا ریچاردسون مدل به مربوط با مقایسه در مدل این بودن ساده به توجه با امر این که دارد تنظیم قابل پارامتر یک تنها اینکه و دیگر مدلهای قبال که همانطور است. کرده برجستهتر را مدل این مزیت خام نفت امولسیونهای مورد در تنها مدل این شد گفته نیز عنوان به مدلسازی از بخش این در اینرو از دارد. کاربرد پارامترها 7 جدول در شد. انتخاب مناسب و ساده مدل یک نیز داگرتی کریگر- و مونی مدلهای همبستگی ضرایب و این به مربوط نتایج است. شده ارائه مختلف دمای سه در داگرتی کریگر- مدل که موضوع این به توجه با مدل دو موجود پارامترهای اینکه و است مونی مدل از تصحیحی دارند یکسانی فیزیکی اساس و هستند یکی مدل دو هر در کریگر- مدل حال این با میباشند. نزدیک هم به بسیار می بخشد. بهبود را نتایج کمی مقدار به داگرتی و مدلها این از یک هر نتایج از مقایسهای شکل در 30 C دمای و 1 s 1- برش نرخ در آزمایشگاهی دادههای با نتیجه بهترین است. شده ارائه نوروز خام نفت برای مونی مدلهای چند هر شد حاصل لیو مدل از استفاده دادهها با خوبی بسیار سازگاری نیز داگرتی کریگر- و اینکه به توجه با ریچاردسون مدل همچنین دادند. نشان دارد تنظیم قابل پارامتر یک تنها و است سادهتری مدل مدل سه به نسبت نتایج این گرچه دارد خوبی پیش بینی داشت. کمتری سازگاری آزمایشگاهی دادههای با دیگر آزمایشگاهی نتایج ریچاردسون مدل 60 مونی مدل کریگر-داگرتی مدل 50 لیو مدل )l( نسبي گرانروي 0 0 0/2 0/3 0/4 0/5 )l( پراكنده فاز حجمي كسر نوروز خام نفت 30 C دمای و 1 s 1- برش نرخ در آزمایشگاهی نتایج با حجمی کسر به وابسته مدلهای مقایسه شکل -

15 17 رفتار رئولوژيکی امولسيون های... نتیجهگیری امولسیونهای مختلفی با استفاده از نمونه نفت خام نوروز آب یون زدوده و اسپان 40 به عنوان سورفکتانت تهیه و اثر پارامترهای مختلف بر خواص رئولوژیکی نفت خام و امولسیونهای حاصل از آن بررسی شد. با توجه به مطالعات و بررسیهای انجام گرفته در این کار میتوان دما را به عنوان مهمترین عامل معرفی نمود. نتایج آزمایشگاهی نشان ميدهد که با افزایش دما پارامترهای رئولوژیکی نظیر گرانروی تنش برشی مدول ذخیرهای مدول اتالف و تانژانت اتالف با افت قابل مالحظهای مواجه میشوند. نتایج حاصل از بررسی اثر تغییرات نرخ برش بر گرانروی و تنش برشی مربوط به نمونه نفت خام و امولسیونهای حاصل از آن در دماهای متفاوت حاکی از این است که نفت خام نوروز در گستره وسیعی از نرخ برش همانند یک سیال نیوتنی رفتار میکند. اما در مورد امولسیونها مشاهده شد که با افزایش نرخ برش گرانروی امولسیون یک روند کاهشی را داشته و به صورت یک سیال شبه پالستیک رفتار میکند. تابعیت گرانروی نسبت به نرخ برش با استفاده از مدل توانی و نسبت به کسر حجمی فاز پراکنده با استفاده از مدلهای کاربردی مورد استفاده برای نفت خام نظیر مدل لیو ریچاردسون مونی و کریگر- داگرتی بررسی گردید و مشاهده شد که نتایج حاصل از این مدلها با دادههای آزمایشگاهی سازگاری بسیار مناسبی دارند. با بررسی تصاویر میکروسکوپی و مطالعات انجام شده جهت یافتن تابعیت کسر حجمی و غلظت سورفکتانت نسبت به توزیع و میانگین اندازه قطرات مشخص شد که با افزایش کسر حجمی میانگین اندازه قطرات فاز پراکنده افزایش مییابد. میانگین اندازه قطرات با افزایش غلظت سورفکتانت در یک کسر حجمی ثابت کاهش مییابد و همچنین امولسیون پایدارتری حاصل میشود که قادر است مدت زمان بیشتری را در مقابل انعقاد قطرات پایدار بماند. این مطالعات منجر به یافتن نقطه وارونگی فازها در کسر حجمی از فاز پراکنده برابر با % 45 شد. همچنین بررسیهای رئولوژیکی اثر این پارامترها را بر خواص رئولوژیکی مشخص کرد. بدین صورت که با افزایش کسر حجمی و غلظت سورفکتانت رفتار کاهنده برشی در امولسیونها چشمگیرتر میشود و گرانروی تنش برشی مدولهای ذخیرهای و اتالف افزایش و تانژانت اتالف کاهش مییابد. لذا با افزایش این دو پارامتر تأثیرگذار میتوان شاهد افزایش خاصیت االستیک در امولسیونها بود. تشکر و قدردانی بدینوسیله نویسندگان از همكاران در مرکز بیوشیمی دانشگاه صنعتی شریف به خاطر کمکها و راهنماییهای ارزشمندشان سپاسگزاری مینمایند. عالئم و نشانهها )Pa( مدول ذخیرهای 'G: )Pa( مدول اتالفی ''G: :HLB توازن چربی دوستی- آبدوستی ) C( دما :T :tan δ تانژانت اتالف )Pa( تنش برشی τ: φ: کسر حجمی فاز پراکنده φ: m بیشینه کسر حجمی فاز پراکنده )Pa.s( گرانروی :η ]η[: گرانروی ذاتی )Pa.s( گرانروی فاز پیوسته η: C )Pa.s( گرانروی فاز پراکنده η: D η: r گرانروی نسبی γ: کرنش )s -1 ( نرخ برش :γ. )s -1 ( بسامد زاویهای :ω

16 18 شماره 75 مراجع [1]. Pal R., Shear viscosity behavior of emulsions of two immiscible liquids, J. Colloid Interface Sci., Vol. 225, pp , [2]. Langevin D., Poteau S., Hénaut I. and Argillier J. F., Crude oil eemulsion properties and their application to heavy oil transportation, Oil Gas Sci. Technol., Vol. 59, pp , [3]. Datta S. S., Gerrard D. D., Rhodes T. S., Mason T. G. and Weitz D. A., Rheology of attractive emulsions, Phys. Rev. E, Vol. 84, , [4]. Derkach S. R., Rheology of emulsions, Adv. Colloid Interface Sci., Vol. 151, pp. 1 23, [5]. Dimitrova T. D., Leal-Calderonb F., Rheological properties of highly concentrated protein-stabilized emulsions, Adv. Colloid Interface Sci., Vol. 8 9, pp , [6]. Capron I., Costeux S. and Djaburov M., Water in water emulsions: phase separation and rheology of biopolymer solutions, Rheol. Acta., Vol. 40, pp , [7]. Windhab E. J., Dressler M., Feigl K., Fischer P. and Megias-Alguacil D., Emulsion processing from singledrop deformation to design of complex processes and products, Chem. Eng. Sci., Vol. 60, pp [8]. Pal R., Rheology of simple and multiple emulsions, Curr. Opin. Colloid Interface Sci., Vol. 16, pp , [9]. Schramm L. L., Petroleum emulsion: basic principles, in emulsions fundamentals and applications in the petroleum industry, Schramm, L. L., Editor, Advances in Chemistry Series-231: Washington DC, Chapter-1, []. Sjöblom J., Emulsions and emulsion stability, 2nd Edition, CRC press, Taylor and Francis group, [11]. Masmoudi H., Piccerelle P., Le Dréau Y. and Kister J., A rheological method to evaluate the physical stability of highly viscous pharmaceutical oil-in-water emulsions, Pharm. Res., Vol. 23, pp , [12]. Mason T. G., New fundamental concepts in emulsion rheology, Curr. Opin. Colloid Interface Sci., Vol. 4, pp , [13]. Princen H. M., The structure, mechanics and rheology of concentrated emulsions and fluid foams, in Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology, Sjöblom J., ed. CRC Press, [14]. Princen H. M. and Kiss A. D., Rheology of Foams and Highly Concentrated Emulsions: IV. An Experimental Study of the Shear Viscosity and Yield Stress of Concentrated Emulsions, J Colloid Interface Sci, Vol. 128, pp , [15]. Princen H. M. and Kiss A. D., Rheology of foams and highly concentrated emulsions: III. static shear modulus, J Colloid Interface Sci, Vol. 112, pp , [16]. Otsubo Y. and Prud homme R. K., Rheology of Oil-in-Water Emulsions, Rheol. Acta, Vol. 33, pp , [17]. Otsubo Y., Prud homme R.K., Effect of drop size distribution on the flow behavior of oil-in-water emulsions, Rheol. Acta, Vol. 33, pp , [18]. Pal R., Rheology of high internal phase ratio emulsions, Food Hydrocoll., Vol. 20, pp , [19]. Pal R., Viscosity models for multiple emulsions, Food Hydrocoll., Vol. 22, pp , 2008.

17 19 رفتار رئولوژيکی امولسيون های... [20]. Pal R., Shear viscosity behavior of emulsions of two immiscible liquids, J. Colloid Interface Sci., Vol. 225, pp , [21]. Pal R., Viscous behavior of concentrated emulsions of two immiscible Newtonian fluids with interfacial tension, J. Colloid Interface Sci., Vol. 263, pp , [22]. Pal R. and Rhodes E., Viscosity-concentration relationships for emulsions, J Rheol., Vol. 33, pp , [23]. Pal R., Effect of droplet size on the rheology of emulsions, AIChE J., Vol. 42, pp , [24]. Olhero S. M. and Ferreira J. M. F., Influence of particle size distribution on rheology and particle packing of silica-based suspensions, Powder Technology, Vol. 139, pp , [25]. Hayati I. N., Che Man Y., Tan C. P. and Idris N. A., Stability and rheology of concentrated O/W emulsions based on soybean oil/palm kernel olein blends, Food Res. Inter., Vol. 40, pp , [26]. Krishnan J. M., Deshpande A., Rheology of complex fluids, (chapter 1: Non Newtonian Fluids: An Introduction by Chhabra R.P.), New York, pp. 9 12, 20. [27]. Quintero C. G., Noik C., Dalmazzone C. and Grossiord J. L., Modelling and characterisation of diluted and concentrated water-in-crude oil emulsions: comparison with classical behaviour, Rheol Acta, Vol. 47, pp , [28]. Mooney M., The viscosity of a concentrated suspension of spherical particles, J. Colloid Interface Sci., Vol. 6, pp , [29]. Krieger I. M. and Dougherty T. J., A mechanism for non-newtonian flow in suspensions of rigid spheres, Trans. Soc. of Rheo., Vol. 3, pp , [30]. Liu D. M., Particle packing and rheological property of highly-concentrated ceramic suspensions: φm determination and viscosity prediction, J. Mater. Sci., Vol. 35, pp , 2000.