Индуцированные акустическими полями процессы структурообразования в высокомолекулярных средах (2021)
Рассмотрены механизмы разрушения и синтеза макромолекул, которые могут стимулироваться внешними акустическими полями в многофазной нефтяной дисперсной среде, содержащей большое количество растворенного в нефти газа. Предполагается, что динамика этих пузырьков зависит от изменения геометрии потока и возбуждения звуковых колебаний в потоке. Особое внимание уделено процессу изменения плотности жидкости за счет эффекта внутреннего эрлифта в жидкой дисперсной среде. Механически вызванные кинетические изменения макромолекул (разрушение и синтез коллоидных цепей) могут происходить, когда пузырьки схлопываются. Эти особенности могут быть использованы при обработке нефти и в геофизических исследованиях скважин для оценки нефтенасыщенности пластов.
The paper considers the mechanisms of destruction and synthesis of macromolecules, which can be stimulated by external acoustic fields in a two-phase, oil dis-persed medium containing a large number of gas bubbles. It is assumed that the dy-namics of these bubbles depends on changes in the geometry of the flow and the ex-citation of sound vibrations in the flow. Particular attention is paid to the process of changing the density of a liquid due to the effect of an internal airlift in a liquid dis-persed medium. Mechanically induced kinetic changes in macromolecules (destruction and synthesis of colloidal chains) can occur when bubbles collapse. These fea-tures can be used in oil processing and well logging to assess oil saturation of reservoirs.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- УДК
- 534.2. Физическая акустика. Распространение акустических колебаний. Звуковое поле и процессы в нем
534.8. Применение акустики
534-14. в жидкостях - Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2021-9-2-128-143
- eLIBRARY ID
- 45691137
В настоящей работе рассмотрены некоторые физико-химические особенности формирования структуры нефтяных дисперсных системах, при акустическом воздействии на поток нефти, содержащий огромное количество газовых пузырьков. В данном случае появление кавитационных зародышей обусловлено существованием пустот между коллоидными частицами и растворенным газом, который при понижении давления выделяется в пустотах. В условиях, когда длина акустической волны существенно меньше радиуса пузырька (2), в области, где происходит резкое увеличение давления, будет проходить схлопывание пузырьков с локальным вы-делением запасенной энергии, что может привести к разрыву существующих меж-молекулярных связей и образованию новых. Более того, в таких течениях при определенных начальных условиях (5) и (6) возможно развитие коллапсов плотности. В таких сингулярных точках возможно значительное ускорение различных кинетических процессов в потоке, а значит за счет изменения начальных или граничных условий можно управлять скоростью кинетических реакций (по этому поводу см. также [13–17]), селективным образом можно менять структуру среды, ее физико-химические свойства. В частности, такой динамики можно добиться за счет генерации звуковых волн определенного вида в потоке [7, 12].
В естественных условиях появление большого количества пузырьков в нефти при уменьшении давления в среде ниже давления насыщения нефти газом приводит к значительному охлаждению пласта за счет теплоты разгазирования. Тогда как в случае водонасыщенного пласта изменение температуры будет в основном обусловлено небольшим дроссельным разогревом при снижении давления в скважине. Данные особенности изменения температуры можно использовать для оценки характера насыщенности пласта по анализу изменения температуры на выходе из него, что будет предметом дальнейших исследований.
Экспериментальная проверка идеи совмещения гидродинамического и акустического воздействия на нефтяную дисперсию предлагается на установке, изображенной на рис. 3–6. Здесь кавитационная область представляет собой своеобразный трансформатор мощности, в кото-ром сравнительно медленно накапливаемая энергия освобождается в течение очень короткого времени, в результате чего мгновенная мощность во много раз превосходит среднюю, вводимую излучателем в кавитационную область.
В заключение следует отметить, что обсуждаемая концепция управления кинетическими превращениями в дисперсных средах и их диагностики также представляет интерес для других коллоидных систем.
Список литературы
- Сафиева Р. З. Химия нефти и газа. Нефтяные дисперсные системы: состав и свой-ства. – М.: РГУНГ, 2004.
- Келбалиев Г. И., Расулов С. Р., Тагиев Д. Б., Мустафаева Г. Р. Механика и реология нефтяных дисперсных систем. – М.: Маска, 2017.
- Сыркин А. М., Мовсумзаде Э. М. Основы химии нефти и газа. – Уфа: УГНТУ, 2002.
- Valiullin R. A., Sharafutdinov R. F., Rama-zanov A. Sh. // Powder Technology. 2004. Vol. 148. No. 1. Р. 72.
- Akartuna I., Studart A. R., Tervoort E. at al. // Langmuir. 2008. Vol. 24. Р. 7161.
- Berger K. J., Hrenya C. M. // Powder Technology. 2014. Vol. 264. P. 627.
- Акопян В. Б., Ершов Ю. А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. – М.: Из-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005.
- Физика простых жидкостей / Под ред. Г. Темперли, Дж. Роулинсона, Дж. Рашбрука. – М.: Мир, 1971.
- Conway J. H., Sloane N. J. A sphere pack-ings, lattices, and groups. – New York: Springer-Verlag, 1999.
- Рождественский В. В. Кавитация. – Ленинград: Судостроение, 1977.
- Наугольных К. А., Островский Л. А., Сутин А. М. «Нелинейная акустика». Нелинейные волны. – М.: Наука, 1981. Р. 166–185.
- Маргулис М. А. Сонолюминесценция // УФН. 2000. Т. 170. С. 263.
- Гуляев Д. Н., Лазуткина Н. Е., Жуйков Ю. Ф., Ильинский А. В., Рухман А. А., Шика-нов А. Е. // Нефтяное Хозяйство. 2018. № 8. С. 60.
- Karimov A. R., Korshunov A. M., Beklemishev V. V. // Physica Scripta. 2015. Vol. 90. Р. 185.
- Karimov A. R., Taleisnik M. A., Savenkova T. V., Aksenova L. M. // Physica Scripta. 2019. Vol. 94. Р. 045002.
- Karimov A. R., Schamel H. // Phys. Plasmas. 2001. Vol. 8. Р. 1180.
- Suslick K. S., Price G. J. // Annu. Rev. Mater. Sci. 1999. Vol. 29. Р. 295.
- Caruso M. M., Davis D. A., Shen Q. et al. // Chem. Rev. 2009. Vol. 109. Р. 5755.
- Бабаева Н. Ю., Berry R. S., Найдис Г. В. и др. // ТВТ. 2016. Т. 54. С. 792.
- Гиматудинов Ш. К., Ширковский А. И. Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра, 1982.
- Valiullin R. A., Sharafutdinov R. F., Sadretdinov A. A., Bochkov A. S. // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2008. Vol. 49. No. 6. P. 992.
- Валиуллин Р. А., Рамазанов А. Ш. Термические исследования при компрессорном освоении скважин. – Уфа: Изд-во Башкир. ун-та, 1992.
- Валиуллин Р. А., Рамазанов А. Ш., Шарафутдинов Р. Ф. // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 1994. № 6. С. 113.
- R. Z. Safieva. Chemistry of oil and gas. Oil dispersed systems: composition and properties (RGUNG, Moscow, 2004).
- G. I. Kelbaliev, S. R. Rasulov, D. B. Tagiev, and G. R. Mustafaeva, Mechanics and rheolo-gy of oil dispersed systems (Mask, Moscow, 2017).
- A. M. Syrkin and E. M. Movsumzade, Fundamentals of oil and gas chemistry (UGNTU, Ufa, 2002).
- R. A. Valiullin, R. F. Sharafutdinov, and A. Sh. Ramazanov, A Research into thermal field in Fluid-saturated Porous Media, Powder Technol-ogy 148 (1), 72 (2004).
- I. Akartuna, A. R. Studart, E. Tervoort at al., Stabilization of oil-in-water emulsions by col-loidal particles modified with short amphiphiles, Langmuir 24, 7161 (2008).
- K. J. Berger and C. M. Hrenya.Challenges of DEM: II. Wide particle size distributions, Powder Technology 264, 627 (2014).
- V. B. Akopyan and Yu. A. Ershov, Fundamentals of the interaction of ultrasound with biological objects (Iz-in MSTU named after N. E. Bauman, Moscow, 2005).
- Physics of simple liquids, ed. G. Temperley, J. Rawlinson, J. Rushbrook (Mir, Moscow, 1971).
- J. H. Conway and N. J. Sloane, A sphere packings, lattices, and groups (Springer-Verlag, New York, 1999).
- V. V. Rozhdestvensky, Cavitation (Shipbuilding, Leningrad, 1977).
- K. A. Naugolnykh, L. A. Ostrovsky, and A. M. Soutine, “Nonlinear Acoustics” Nonlinear Waves (Nauka, Moscow, 1981) pp. 166–185.
- M. A. Margulis, Sonoluminescence, UFN 170, 263 (2000).
- D. N. Gulyaev, N. E. Lazutkina, Yu. F. Zhuikov, A. V. Ilyinsky, A. A. Rukhman, and A. E. Shikanov, Oil Industry, No. 8, 60 (2018).
- A. R. Karimov, A. M. Korshunov, and V. V. Beklemishev, Physica Scripta 90, 185 (2015).
- A. R. Karimov, M. A. Taleisnik, T. V. Savenkova, and L. M. Aksenova, Physica Scripta 94, 045002 (2019).
- A. R. Karimov and H. Schamel, Phys. Plasmas 8, 1180 (2001).
- K. S. Suslick and G. J. Price, Annu. Rev. Mater. Sci. 29, 295 (1999).
- M. M. Caruso, D. A. Davis, Q. Shen et al., Chem. Rev. 109, 5755 (2009).
- N. Yu. Babaeva, R. S. Berry, G. V. Naidis et al., TVT 54, 792 (2016).
- Sh. K. Gimatudinov and A. I. Shirkovsky, Physics of oil and gas reservoir (Nedra, Moscow, 1982).
- R. A. Valiullin, R. F. Sharafutdinov, A. A. Sad-retdinov, and A. S. Bochkov, J. Applied Me-chanics and Technical Physics 49 (6), 992 (2008).
- R. A. Valiullin and A. Sh. Ramazanov, Thermal studies during compressor development of wells (Publishing house Bashkir. un-ta, Ufa, 1992).
- R. A. Valiullin, A. Sh. Ramazanov, and R. F. Sharafutdinov, Izv. RAS. Mechanics of liquid and gas, No. 6, 113 (1994).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Ковшов В. С., Никонов А. В., Пашкеев Д. А., Лопатина Е. А.
Современное состояние разработок и исследований сверхрешеток II типа для приборов ИК-фотоэлектроники (обзор) 97
Филатов А. В., Сусов Е. В., Карпов В. В., Гусаров А. В.
Фоторезисторы из материала СdxHg1-xTe (обзор) 112
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Каримов А. Р., Богданов В. К., Валиуллин Р. А., Шарафутдинов Р. Ф., Рамазанов А. Ш., Рухман А. А., Хабиров Т. Р., Шиканов А. Е.
Индуцированные акустическими полями процессы структурообразования в высокомолекулярных средах 128
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Барма Д. Д., Гейвандов А. Р., Денисов Д. Г.
Эффективность дифракционных решеток на основе жидких кристаллов 144
Денисов Д. Г., Золотухина А. А., Кудряшов А. В., Никитин А. Н.
Сравнительный анализ методов калибровки датчика волнового фронта Шэка-Гартмана 153
Гулаков И. Р., Зеневич А. О., Кочергина О. В.
Спектральные характеристики кремниевых фотоэлектронных умножителей 164
C O N T E N T S
PHOTOELECTRONICS
Kovshov V. S., Nikonov A. V., Pashkeev D. A., and Lopatina E. A.
The current state of the development and research of type II superlattices for infrared photodetective devices (a review) 97
Filatov A. V., Susov E. V., Karpov V. V., and Gusarov A. V.
Photoresistors made of CdхHg1-хTe material (a review) 112
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Karimov A. R., Bogdanov V. K., Valiullin R. A., Sharafutdinov R. F., Ramazanov A. Sh., Rukhman A. A., Khabirov T. R., and Shikanov A. E.
Induced by acoustic fields processes of structure formation in high-molecular media 128
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
Barma D. D., Geivandov A. R., and Denisov D. G.
Efficiency of diffraction gratings based on liquid crystals 144
Denisov D. G., Zolotukhina A. A., Kudryashov A. V., and Nikitin A. N.
Comparative analysis of methods for calibration of a Shack-Hartmann wavefront sensor 153
Gulakov I. R., Zenevich A. O., and Kochergina O. V.
Investigation of the spectral characteristics of silicon photomultiplier tubes 164
Другие статьи выпуска
Исследовано влияние температуры окружающей среды и напряжения питания на спектральную чувствительность и динамический диапазон опытных образцов кремниевых фотоумножителей производства ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь) и серийно выпускаемых фотоумножителей Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035. Определено, что максимум спектральной чувствительности кремниевых фотоумножителей сдвинут в коротковолновую область и соответствует длине волны оптического излучения 470 нм. Показано, что увеличение напряжения питания приводит к увеличению чувствительности исследуемых фотоприемников, а зависимость чувствительности от температуры по-разному проявляется при воздействии оптическим излучением разной длины волны.
Выполнен сравнительный анализ методов калибровки датчика волнового фронта Шэка-Гартмана по плоскому волновому фронту (калибровка по наклону датчика) и сферическому волновому фронту (абсолютная калибровка). Для сравнения был проведен общий анализ достоинств и недостатков методов калибровки. Показано, что калибровка датчика включает в себя следующие этапы: создание опорного волнового фронта и определение точных проектных параметров датчика. Значения проектных параметров используются в реконструкции измеряемого волнового фронта и определяют такие параметры датчика Шэка-Гартмана, как динамический диапазон и чувствительность. Также для численного сравнения был проведен анализ погрешностей динамического диапазона, определяемого по аберрациям типа наклон и дефокусировка, и построены зависимости этих погрешностей от погрешности проектных параметров датчика.
Методом голографии на тонком слое дихроичного ориентирующего красителя были записаны дифракционные решетки, собраны и исследованы жидко-кристаллические ячейки для получения электрически-управляемой дифракции в видимом диапазоне. При помощи программного обеспечения для моделирования электрооптических эффектов была рассчитана дифракционная эффективность (ДЭ) фазовой решетки на основе жидкого кристалла (ЖК) в зависимости от амплитуды напряжения на электродах и оценено изменение ДЭ в зависимости от толщины ячейки, двулучепреломления ЖК-материала и длины волны излучения. Экспериментальные результаты качественно совпали с результатами расчета. В случае фазовой решетки, сформированной в объеме ЖК-ячейки ДЭ в 1-м порядке достигала 16 % на длине волны 532 нм. Установлено, что ДЭ уменьшается с увеличением длины волны.
В обзоре выполнен анализ развития с 70-х годов прошлого века отечественной технологии изготовления высокочувствительных и стабильных фоторезисторов из твёрдых растворов тройной системы СdxHg1-xTe. Вольтовая чувствительность современных фоторезисторов из гетероэпитаксиальных структур n–CdxHg1–xTe, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложке из арсенида галлия и предназначенных на спектральный диапазона 3–5 и 8–12 мкм с размером фоточувствительной площадки 5050 и 3535 мкм, причем работающих в неравновесных условиях эксклюзии неосновных носителей заряда, достигает величины Suλmax 107 В/Вт с удельной обнаружительной способностью более 51011 см Гц1/2 Вт-1 при температуре жидкого азота и плоском угле зрения 14о. Высокая вольтовая чувствительность и малая выделяемая мощность (510–7 Вт) фоторезисторов в конструкции пиксела с радиальным смещением позволяют создавать на их основе фокальные матрицы с количеством пикселей 106.
Рассмотрены основные свойства композиционных сверхрешеток II типа (T2SL). Приведено описание различных типов гетеропереходов, энергетических условий их реализации, а также представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований оптических и электрических свойств T2SL на основе InAs/GaSb, InAs/GaInSb и InAs/InAsSb. По результатам качественного анализа и оценки характеристик сверхрешеток II типа относительно классических полупроводниковых соединений, используемых в ИК-фотоэлектронике (HgCdTe, InSb и QWIP-структур), выявлены и описаны преимущества и недостатки T2SL. Проведено сравнение сверхрешеток
II типа на основе InAs/GaSb, InAs/GaInSb и InAs/InAsSb, по результатам которого показаны перспективы применения T2SL в технологии изготовления современных и перспективных фотоприемников и фотоприемных устройств ИК-диапазона.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400