2.2.1. Плотность, сжимаемость и температурное расширение

Плотность нефти ρ является важнейшей механической характеристикой нефти и показывает её массу в единице объема V, кг/м³:

. (2.1)

Плотность определяется физико-химическими свойствами. При изменении давления и температуры проявляются такие свойства нефти как сжимаемость и температурное расширение [9, 10], при этом плотность также изменяется, поэтому ρ есть функция от давления p и температуры T, т. е. ρ=f(p, T).

При колебании температуры нефти и нефтепродукты изменяют свой объем, а следовательно и плотность. Коэффициент объёмного (температурного) расширения ß_Т выражает относительное увеличение объема при повышении температуры на 1°С, 1/K

,

Принимая ß_Т постоянным, разделим переменные и проинтегрируем левую часть от T до 293 (т.к. расчётная температура нефти как правило меньше чем 293 K), а правую – от V(T) до V₂₉₃, получим

, откуда .

Учитывая равенство (2.1) получим следующую формулу

, (2.2)

или раскладывая функцию в ряд Маклорена и оставляя первые два слагаемых получим

. (2.3)

Довольно часто также пользуются зависимостью [18]

, (2.4)

где ξ – температурная поправка, ориентировочно рассчитываемая по формуле [18]

.

Приравняв уравнения (2.3) и (2.4) нетрудно определить формулу для ориентировочного определения коэффициента объёмного расширения

, (2.5)

Не смотря на то, что все нефти являются слабо сжимаемыми жидкостями, при изменении давления их плотность всё же изменяется. И хотя изменение плотности нефти мало по сравнению с номинальным значением его всё-таки необходимо учитывать при приёмосдаточных операциях и расчётах волновых процессов. Для учёта влияния давления на плотность вводится коэффициент объемного сжатия ß_V, который характеризует уменьшение объема жидкости под влиянием давления, 1/Па

. (2.6)

Знак минус в выражении (2.6) показывает, что приращению давления соответствует уменьшение объема жидкости. Рассуждая таким же образом, как и при определении влияния температуры, получим

или

, (2.7)

где K – модуль упругости жидкости, Па (для бензинов 10⁹ Па, для керосинов, дизельных топлив 1,510⁹ Па);

P, Р_атм – абсолютное давление нефти и атмосферное давление, Па.

Размерность давления обозначается как «Па» (паскаль), «кПа» (килопаскаль), «МПа» (мегапаскаль). В технике в настоящее время продолжают применять систему единиц МКГСС, в которой за единицу давления принимается 1 кгс/м² (1 Па=0,102 кгс/м² или 1 кгс/м²=9,81 Па ).

Обобщая сведения о сжимаемости и тепловом расширении можно записать:

. (2.8)