Summary
É apresentado um método para medir a reologia do petróleo bruto em equilíbrio com o dióxido de carbono nas condições do reservatório.
Abstract
É descrito um sistema reómetro para medir a reologia do petróleo bruto em equilíbrio com dióxido de carbono (CO 2 ) a altas temperaturas e pressões. O sistema compreende um reómetro de alta pressão que está ligado a um circuito de circulação. O reômetro possui uma célula rotativa de medição de fluxo com duas geometrias alternativas: cilindro coaxial e abertura dupla. O circuito de circulação contém um misturador, para levar a amostra de petróleo bruto em equilíbrio com CO 2 e uma bomba de engrenagem que transporta a mistura do misturador para o reômetro e recicla de volta ao misturador. O CO 2 e o óleo bruto são levados ao equilíbrio por agitação e circulação e a reologia da mistura saturada é medida pelo reômetro. O sistema é usado para medir as propriedades reológicas do óleo bruto de Zuata (e sua diluição de tolueno) em equilíbrio com CO 2 em pressões elevadas até 220 bar e uma temperatura de 50 ° C. Os resultados mostram tO aumento da adição de CO 2 altera significativamente a reologia do óleo, reduzindo inicialmente a viscosidade à medida que a pressão do CO 2 aumenta e, em seguida, aumenta a viscosidade acima de uma pressão limiar. A resposta não-newtoniana do petróleo bruto também é vista para mudar com a adição de CO 2 .
Introduction
Na maior parte da literatura sobre as propriedades físicas do CO 2 e misturas de óleo bruto, a viscosidade é medida usando um viscosímetro, o que significa que a medição é feita com uma taxa de cisalhamento constante ou esforço de cisalhamento. Nestes estudos, a viscosidade da mistura de CO 2 e óleo bruto é investigada de forma simples: o foco de interesse é a relação entre a viscosidade e outros parâmetros, como temperatura, pressão e concentração de CO 2 . O pressuposto chave feito nestes estudos, embora raramente mencionado explicitamente, é que a mistura de CO 2 e petróleo bruto se comporta como um fluido newtoniano. No entanto, é bem sabido que alguns óleos brutos, especialmente o grosso pesado, podem mostrar comportamento não-newtoniano sob certas condições 1 , 2 , 3 , 4 . Portanto, para entender completamente o efeito CO 2 , a viscosidade do CO 2
A nosso conhecimento, apenas o estudo de Behzadfar et al . Relata a viscosidade de um óleo bruto pesado com adição de CO 2 a diferentes taxas de cisalhamento usando um reômetro 5 . Na medida de Behzadfar et al ., A mistura entre o CO 2 e o petróleo bruto é conseguida pela rotação do cilindro interno da geometria do cilindro coaxial, processo muito lento. Além disso, o efeito da dissolução de CO 2 na reologia das fusões de polímero tem sido relatado na literatura, o que poderia esclarecer o estudo de misturas pesadas de petróleo bruto e CO 2 . Royer et al . Medir a viscosidade de três fusíveis de polímero comercial em várias pressões, temperaturas e concentrações de CO 2 , utilizando um reômetro de matriz de fenda de extrusão de alta pressão 6 . Eles então analisam os dados através do volume livre E teoria. Outros estudos semelhantes podem ser encontrados em Gerhardt et al . 7 e Lee et al . 8 . Nosso método, onde a mistura é realizada em um mixer externo e a medida de reologia em uma geometria de cilindro coaxial, permite uma medição mais completa da reologia de CO 2 e mistura de óleo bruto.
O sistema de circulação que desenvolvemos contém quatro unidades: uma bomba de seringa, misturador, bomba de engrenagem e reómetro, como mostrado na Figura 1 e na Figura 2 . Uma barra de agitação é colocada na parte inferior do misturador e acoplada magneticamente com um conjunto de ímã rotativo. A agitação é utilizada para melhorar a mistura entre o CO 2 e o petróleo bruto no misturador, acelerando a aproximação ao equilíbrio entre as fases. A fase de óleo saturado de CO 2 é retirada de perto da parte inferior do misturador usando um tubo de imersão e circula através do sistema de medição.
Nt "> A viscosidade é medida por uma célula de alta pressão montada em um reômetro. Existem dois tipos de células de pressão: uma é com uma geometria coaxial do cilindro, projetada para a medição de fluido viscoso, e a outra com uma Geometria de duplo espaço para aplicações de baixa viscosidade.
Figura 1: Esquema do sistema de circulação com célula de pressão de geometria cilíndrica coaxial. A linha azul representa o fluxo de CO 2 , e a linha preta representa as misturas de petróleo bruto. Reimpresso com permissão de Hu et al. 14 . Copyright 2016 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
E 2 "class =" xfigimg "src =" / files / ftp_upload / 55749 / 55749fig2.jpg "/>
Figura 2: O esquema do sistema de circulação com célula de pressão de geometria de intervalo duplo. A linha azul representa o fluxo de CO 2 , e a linha preta representa as misturas de petróleo bruto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: A célula de pressão da geometria coaxial do cilindro. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
A célula de pressão da geometria do cilindro coaxial ( Figura 3 ) possui um intervalo de 0,5 mm entre o cilindro interno e externo, levando a um volume de amostra de 18ML. O cilindro interno é acoplado magneticamente com um copo giratório, que está preso ao fuso do reómetro. Existem dois rolamentos de safira na parte superior e inferior do cilindro interno, que estão diretamente em contato com o eixo de rotação do cilindro interno. Uma vez que os rolamentos de safira são expostos à amostra por design, o atrito do rolamento pode variar de acordo com as propriedades de lubrificação da amostra.
Figura 4: A célula de pressão de geometria de intervalo duplo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Por outro lado, a célula de pressão de abertura dupla compreende um rotor cilíndrico em uma geometria de duplo espaço, conforme ilustrado na Figura 4 . O cilindro de medição está montadoNa cabeça de pressão através de dois rolamentos de esferas e acoplado magneticamente com o copo de rotação, que está conectado ao fuso do reómetro. Os rolamentos de esferas estão localizados dentro da cabeça de pressão e não estão em contato com a amostra, que é injetada no espaço de medição e transborda em um recesso no estator do qual é devolvido ao recipiente de mistura.
Em um experimento típico, a amostra de petróleo bruto é primeiro carregada no misturador. Depois de iniciar o sistema completo com o óleo bruto, o volume restante no sistema é evacuado usando uma bomba de vácuo. O CO 2 é então introduzido no misturador através da bomba da seringa e o sistema é levado à temperatura e pressão desejadas. A pressão do sistema é controlada através da fase de CO 2 pela bomba da seringa. Quando a pressão se estabiliza, o agitador é ligado para misturar o CO 2 eo óleo cru dentro do misturador. Em seguida, a bomba de engrenagens é ligada para retirar a fase de óleo daMisturador, preencha o reômetro e recicle o fluido de volta ao misturador. Portanto, a mistura entre o CO 2 e o óleo bruto é feita agitando simultaneamente no misturador e circulando no circuito. O estado de equilíbrio é monitorado por medição periódica tanto do volume na bomba da seringa quanto da viscosidade da mistura. Quando não há mudança (≤ 4%) tanto no volume como na viscosidade, o equilíbrio é confirmado. Nessa fase, a bomba de engrenagens e o agitador são desligados, suspendendo o fluxo através da célula de medição e a medição de reologia é realizada.
Protocol
Nota: Uma vez que o experimento funciona a alta temperatura e pressão, a segurança é primordial. O sistema está protegido contra a sobrepressão pelo limite do software no controlador da bomba da seringa e nos discos de ruptura no misturador e entre a bomba de engrenagem e o reómetro (ver Figura 1 e Figura 2 ). Além disso, antes de cada experimento, recomenda-se uma verificação de vazamento regular. Também é recomendado realizar a verificação de fricção da geometria da célula de pressão para garantir que o reómetro esteja funcionando bem 9 , 10 .
1. Preparando a amostra de petróleo bruto
NOTA: Use a amostra de óleo bruto de Zuata conforme recebido. A tabela a seguir mostra as propriedades físicas básicas do óleo bruto de Zuata.
ChaRacterísticas | Valor |
API Gravity | 9.28 |
Fator do barril (bbl / t) | 6.27 |
Enxofre total (% em peso) | 3.35 |
Reid Pressão de vapor (kPa) | 1 |
Ponto de despejo (° C) | 24 |
Conteúdo H 2 S existente (ppm) | - |
Conteúdo Potencial de H 2 S (ppm) | 115 |
Conteúdo Potencial de HCl (ppm) | - |
Calc. Gross Cal. Valor (kJ / kg) | 41.855 |
Tabela 1: Propriedades físicas do óleo bruto de Zuata.
- Adicionar 128,57 g de tolueno a 300 g de óleo bruto de Zuata para preparar a diluição com 70% em peso de óleo bruto de Zuata e 30% em peso de tolueno. Balance a mistura à temperatura ambiente por 3 h.
2. Carregando a amostra de óleo bruto no misturador
- Desconecte o misturador do sistema e abra-o. Coloque um agitador na parte inferior do misturador. Carregue 200 mL de amostra de óleo bruto no misturador. Depois de apertar todos os parafusos, conecte o misturador de volta ao sistema.
3. Primando o sistema inteiro com a amostra de petróleo bruto
- Prime o sistema com a célula de pressão da geometria cilíndrica coaxial.
NOTA: Consulte a Figura 1 para localizar a válvula.- Feche a célula de pressão do reômetro apertando a cabeça de pressão 9 . Monte o copo de rotação no fuso do reómetro. Ajuste-o para a posição de medição 9 .
- Feche as válvulas A, D, E, F, G e H. Abra a válvula C.
- Abra o cilindro de nitrogênio. Introduza o gás comprimido no misturador abrindo as válvulas H e E. Quando o gás atingir o misturador, Feche a válvula H e a garrafa de gás.
- Abra a válvula A. O gás comprimido empurrará a amostra de óleo bruto para o circuito de circulação através do tubo de sucção. Quando a amostra de óleo bruto está escorrendo da válvula C na Figura 1 , todo o sistema é preparado pela amostra de petróleo bruto.
- Abra a válvula F para liberar o gás restante. Feche a válvula C e abra a válvula D. Ligue a bomba de engrenagem para circular o fluido por um tempo. Dependendo da viscosidade da amostra de óleo bruto, isso pode levar de 1 a 5 h.
NOTA: A pressão do nitrogênio comprimido introduzido no misturador depende da viscosidade da amostra de petróleo bruto. Se a viscosidade da amostra de petróleo bruto for superior a 5 Pa ∙ s, a pressão do gás comprimido pode ser maior do que 15 bar.
- Prime o sistema com a célula de pressão da geometria do duplo espaço.
NOTA: Consulte a Figura 2 para localizar a válvula.- Remover tEle pressiona a cabeça e o cilindro de medição da célula de pressão.
- Feche as válvulas A, D, E, F, G, H e I. Abra a válvula C.
- Abra o cilindro de nitrogênio. Introduza o gás comprimido no misturador abrindo as válvulas H e E. Quando o gás chegar ao misturador, feche a válvula H e a garrafa de gás.
- Abra a válvula A. O gás comprimido empurrará a amostra de óleo bruto para o circuito de circulação através do tubo de sucção. Quando a amostra de óleo bruto mergulhe a parte interna da geometria do duplo espaço, abra a válvula F para liberar a pressão no misturador.
- Ligue a bomba de engrenagens. Ajuste cuidadosamente a velocidade de rotação da bomba de engrenagem. Certifique-se de que a taxa de fluxo de entrada para a célula de pressão, que é determinada pela bomba de engrenagem, é menor ou igual à taxa de fluxo da saída da célula de pressão, que é determinada por gravidade. Quando uma velocidade de rotação razoável da bomba de engrenagem é encontrada e a amostra de óleo bruto está escorrendo da válvula C, todo o sistema é preparado pelo óleo. TGalinha apague a bomba de engrenagem.
- Monte o cilindro de medição e a cabeça de pressão na célula de pressão 10 . Feche a válvula C e abra a válvula D. Ligue a bomba de engrenagem para circular o fluido.
NOTA: Se a amostra de óleo bruto tiver uma viscosidade semelhante à água, o gás comprimido com pressão de 3 a 4 bar é suficiente.
4. Evacuando o volume restante no sistema
- Feche as válvulas A e D na Figura 1 ou na Figura 2 . Conecte a bomba de vácuo à válvula F. Ligue a bomba de vácuo por 15 min.
- Feche a válvula F e depois desligue a bomba de vácuo.
5. Introdução de CO 2 no Mixer
- Com célula de pressão de geometria cilíndrica coaxial
- Abra a válvula G e o cilindro de CO 2 na Figura 1 . Abra a válvula D na Figura 1 . Li>
- Depois que o CO 2 enche o espaço restante no sistema, feche a válvula G e o cilindro de CO 2 para evitar que o CO 2 flua para o cilindro.
- Com célula de pressão de geometria de intervalo duplo
- Abra a válvula G e o cilindro de CO 2 na Figura 2 . Abra a válvula D e I na Figura 2 .
- Depois que o CO 2 enche o espaço restante no sistema, feche a válvula G e o cilindro de CO 2 para evitar que o CO 2 flua para o cilindro.
6. Configuração da temperatura e pressão
- Introduza o valor da temperatura desejada no misturador e no reómetro. Insira o valor da temperatura desejada no sistema de aquecimento da rede da tubulação. Insira o valor da pressão desejada na bomba da seringa.
- Aguarde a estabilização da temperatura e da pressão.
- Abra as válvulas na parte a jusante e a montante da bomba de engrenagem.
8. Monitorando o Volume no Misturador e a Viscosidade da Mistura
- Grave a leitura do volume em bomba de seringa por cada 6 h.
- Após todas as 6 h, desligue o agitador e a bomba de engrenagem. Meça a viscosidade da mistura através do reómetro. A medida da viscosidade começa com um tempo de estabilização de 5 minutos e, em seguida, mede a viscosidade a uma taxa de cisalhamento constante de 10 s -1 .
- Quando os valores de volume e viscosidade mostram diferenças consideráveis (> 4%) entre duas medidas conseqüentes, ligue a bomba de engrenagem e o agitador novamente para continuar a mistura. Quando ambas as medidas de volume e viscosidade não apresentam alteração nos valores (≤ 4%), o equilíbrio entre o CO 2 e a amostra de óleo bruto é confirmado.
- Desligue a bomba de engrenagem e o agitador para a medição de reologia.
NOTA:O período de mistura pode durar de 1 a 2 dias, dependendo da viscosidade da amostra de óleo bruto.
9. Realização da Medição de Reologia
- Com célula de pressão de geometria cilíndrica coaxial 9
- Feche as válvulas A e D na Figura 1 para a medição de reologia. Pré-cortar a mistura à taxa de cisalhamento de 10 s -1 durante 0,5 min. Descanse a mistura por 1 min.
- Meça a viscosidade da mistura à taxa de cisalhamento de 500 s -1 a 10 s -1 . A cada taxa de cisalhamento, o tempo de ajuste da taxa de cisalhamento é de 0,2 min. A duração da medição em cada passo de taxa de cisalhamento é logaritmicamente aumentada de 0,5 min para 1 min, excluindo o tempo de ajuste da taxa de cisalhamento.
- Com célula de pressão de geometria de intervalo duplo 10
- Feche as válvulas A e D na Figura 2 para a medição da reologia. Pré-cisalhamentoA mistura à taxa de cisalhamento de 10 s -1 durante 0,5 min. Descanse a mistura por 1 min.
- Medir a viscosidade da mistura à taxa de cisalhamento de 250 s -1 a 10 s -1 . A cada taxa de cisalhamento, o tempo de ajuste da taxa de cisalhamento é de 0,2 min. A duração da medição em cada passo de taxa de cisalhamento é logaritmicamente aumentada de 0,5 min para 1 min, excluindo o tempo de ajuste da taxa de cisalhamento.
10. Aumentando a pressão para o próximo valor desejado
- Com a célula de pressão da geometria cilíndrica coaxial
- Feche a válvula E na Figura 1 .
- Introduza mais CO 2 na bomba da seringa, abrindo a válvula G e o cilindro de CO 2 . Feche a válvula G e o cilindro de CO 2 . Abra a válvula E para adicionar mais CO 2 ao misturador.
- Se a pressão for inferior ao valor desejado, repita para introduzir mais CO 2 .
- Insira o novo conjunto de pressão poInt na bomba da seringa. Aguarde a estabilização da pressão.
- Com a célula de pressão de geometria de dupla fenda
- Feche as válvulas E e I na Figura 2 .
- Introduza mais CO 2 na bomba da seringa, abrindo a válvula G e o cilindro de CO 2 . Feche a válvula G e o cilindro de CO 2 . Abra as válvulas E e I para adicionar mais CO 2 ao misturador.
- Se a pressão for inferior ao valor desejado, repita a etapa para introduzir mais CO 2 .
- Insira o novo ponto de ajuste de pressão na bomba da seringa. Aguarde a estabilização da pressão.
NOTA: Repita as etapas 7 a 10 para a medição de reologia em pressões mais altas.
Representative Results
A medida de reologia do óleo bruto de Zuata e sua mistura saturada de CO 2 , a 50 ° C usando a célula de pressão da geometria do cilindro coaxial, é mostrada pela Figura 5 e Figura 6 . A Figura 5 mostra a medida da temperatura ambiente para 100 bar, enquanto a Figura 6 mostra a medida de 120 bar a 220 bar. Além disso, a Figura 7 ilustra a viscosidade relativa, que é a proporção da viscosidade a uma taxa de cisalhamento dada à viscosidade à menor taxa de cisalhamento. As linhas tracejadas na Figura 7 são o erro de medição máximo causado pelo atrito dos rolamentos da geometria.
A medida de reologia a 50 ° C do óleo bruto diluído de Zuata, usando célula de pressão de geometria de duplo espaço, é iIlustrado pela Figura 8 e Figura 9 , enquanto a Figura 10 mostra a viscosidade relativa para pressão até 70 bar. Além disso, a Figura 10 mostra que o óleo bruto diluído à pressão ambiente se comporta como um fluido newtoniano. No entanto, quando a pressão de CO 2 é de 30 bar a 60 bar, observa-se o efeito de desbaste de cisalhamento. Com pressão de CO 2 acima de 60 bar, o desbaste de cisalhamento desaparece e a mistura se comporta novamente como um líquido newtoniano.
A partir da Figura 5 e da Figura 6 pode-se ver que a dissolução de CO 2 diminui significativamente a viscosidade da mistura de óleo bruto até 100 bar. Quando a pressão de CO 2 é superior a 100 bar, a viscosidade da mistura de óleo aumenta com o aumento da pressão de CO 2 , mas a uma taxa muito menor.
Em relação ao óleo bruto diluído como mostrado na Figura 8 , o anúncio de CO 2Diminui dramaticamente a viscosidade da mistura de óleo a um mínimo de 70 bar. À medida que a pressão de CO 2 aumenta além de 70 bar ( Figura 9 ), a maior pressão de CO 2 provoca um aumento na viscosidade do óleo.
De acordo com o estudo de Seifried et al . 11 , tanto no óleo bruto de Zuata original quanto diluído, o início da precipitação de asfaltenos ocorre em pressões de CO 2 acima de 80 bar. No entanto, em nossas experiências de reologia quando a pressão é superior a 80 bar, a mistura de óleo bruto / CO 2 se comporta como um líquido newtoniano. Isto implica que a precipitação de asfaltenos não altera as propriedades reológicas desta mistura.
Os resultados de reologia para o petróleo bruto diluído também são interessantes: neste caso, a dissolução de CO 2 dá origem ao comportamento não-newtoniano, que é apenas um aplicativoOrelhas em uma certa faixa de pressão de CO 2 . Duas especulações são dadas aqui para o efeito de desbaste de cisalhamento induzido pela adição de CO 2 .
A primeira especulação é que o comportamento não-newtoniano é causado por micelas formadas pelas moléculas de asfalteno sob a dissolução de CO 2 . O CO 2 dissolvido no óleo bruto pode reduzir a concentração crítica de micelas (CMC) do sistema por sua ação na estrutura dos agregados de asfaltenos, o que pode levar a uma maior interação entre as micelas 12 . A pressões de 30 a 60 bar, a distância entre as micelas de asfalteno pode estar dentro do alcance efetivo da força de atração van der Waals 13 . Assim, uma rede de associação é formada entre as micelas e causa o efeito de desbaste de cisalhamento. No entanto, quando a pressão é superior a 60 bar, o efeito CO 2 no solvente ou nas moléculas não-asfaltenos é domInating, o que leva a aumentar o CMC. Portanto, as micelas de asfalteno são desestabilizadas e, conseqüentemente, a rede de associação desaparece.
A segunda especulação baseia-se no ponto de vista do comportamento de fase. Para as pressões de CO 2 entre 30 e 60 bar, pode ter sido gerada uma fase líquida rica em CO 2 , que faz com que a mistura forme um sistema líquido-líquido-vapor (LLV). Uma emulsão destes dois líquidos poderia ser formada através da mistura por agitação e circulação devido à densidade similar das duas fases líquidas. Como a fase dispersa da emulsão, a fase líquida rica em CO 2 pode ser estabilizada pelo asfalteno no óleo bruto. Esta emulsão mostra comportamento não-newtoniano porque a fase dispersa dá origem a uma rede de associação. No entanto, quando mais CO 2 é dissolvido na mistura de óleo a uma pressão acima de 60 bar, as duas fases líquidas tornam-se miscíveis novamente. O resultado é um Sistema de vapor de líquido (LV) composto por um líquido rico em petróleo bruto em equilíbrio com um vapor rico em CO 2 e a fase líquida rica em óleo bruto se comporta como um líquido newtoniano.
Figura 5. Medição de viscosidade para o óleo pesado pesado de Zuata com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. , Limite de taxa de cisalhamento inferior; , Ambiente; 20 bar; 40 bar; 60 bar; 80 bar; Ftp_upload / 55749 / 55749_dGreenDot.jpg "/>, 100 bar. Reimpresso com permissão de Hu et al 15. Copyright 2016 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior deste número.
Figura 6. Medição de viscosidade para o óleo pesado pesado de Zuata com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. , Limite de taxa de cisalhamento inferior; 120 bar; 140 bar; 160 bar;5749 / 55749_orangeDot.jpg "/>, 180 bar; 200 bar; 220 bar. Reimpresso com permissão de Hu et al. 15 . Copyright 2016 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7. A viscosidade relativa para o óleo bruto de Zuata com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. - - intervalo de variação de medição; , Pressão ambiente; 20 bar; Src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_orangeDot.jpg" />, 40 bar; 60 bar; 80 bar; 100 bar; 120 bar; 140 bar; 160 bar; 180 bar; 220 bar. Reimpresso com permissão de Hu et al. 15 . Copyright 2016 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8. Medição de viscosidade para o óleo bruto diluído com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. , Limite de taxa de cisalhamento inferior; , 1 bar; 10 bar; 20 bar; 30 bares; 40 bar; 50 bar; 60 bar;D / 55749 / 55749_purpleDiamond.jpg "/>, 70 bar. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 9. Medição de viscosidade para o óleo bruto diluído com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. , Limite de taxa de cisalhamento inferior; 80 bar; 100 bar; 120 bar; 140 bar; 160 bar; Src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_lBlueX.jpg" />, 180 bar; 200 bar; 220 bar. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 10. A viscosidade relativa para o óleo bruto diluído com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. - - intervalo de variação de medição; , 1 bar; 10 bar; 20 bar;Tp_upload / 55749 / 55749_lGreenDiamond.jpg "/>, 30 bar; 40 bar; 50 bar; 60 bar; 70 bar. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Discussion
Duas etapas são críticas na operação. O primeiro está iniciando todo o sistema pela amostra de petróleo bruto. Ao preencher o sistema com a amostra de petróleo bruto, a bomba de engrenagem pode ser bem lubrificada pela amostra de óleo e qualquer bloqueio no circuito de circulação pode ser facilmente identificado. Assim, a bomba de engrenagens pode evitar danos. O segundo passo crítico é monitorar periodicamente a viscosidade da mistura para confirmar o equilíbrio entre o CO 2 e o petróleo bruto. Dado que leva uma quantidade considerável de tempo para alcançar o equilíbrio entre o CO 2 eo óleo bruto pesado viscoso 16 , realizar a medida de reologia muito cedo irá subestimar o efeito da adição de CO 2 sobre a viscosidade do óleo. Portanto, somente quando a viscosidade medida atinge um valor constante (menos de 4% de mudança), a mistura pode ser considerada em equilíbrio com o CO 2 .
Somente o sistema de medição atualPermite a medição reológica da mistura saturada de CO 2 . Para medir misturas sub-saturadas, um vaso a montante poderia ser introduzido no fluxo de CO 2 . O CO 2 será introduzido primeiro no recipiente a montante e depois isolado da fonte, de modo que a quantidade de CO 2 possa ser controlada pelo volume e pressão no recipiente a montante. A pressão total do sistema neste caso seria controlada por um gás inerte, como o hélio. Kariznovi et al . Fornece uma boa revisão sobre o aparelho utilizado para medir as propriedades físicas da mistura de CO 2 e petróleo pesado 17 . As modificações podem se referir aos sistemas que foram analisados em seu artigo.
Deve-se mencionar que o sistema descrito aqui pode medir a reologia de qualquer mistura gás-líquido; Portanto, sua aplicação não se limita aos óleos brutos. Por exemplo, ele pode ser usado para medir o efeito CO 2 no rhEologia das emulsões 18 , 19 de Pickering e plastificação induzida por gás 6 . Ao introduzir o dispositivo de medição de condutividade elétrica na célula de pressão do reômetro, o efeito da dissolução do gás na inversão de fase induzida por cisalhamento das emulsões também poderia ser estudado 20 , 21 , 22 , 23 .
Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Os autores agradecem o financiamento do Centro de Pesquisa de Carbonatos e Carbono de Qatar (QCCSRC), fornecido conjuntamente pelo Qatar Petroleum, Shell e Qatar Science and Technology Park. Os autores agradecem a Frans van den Berg (Shell Global Solutions, Amsterdã, Países Baixos) por fornecer a amostra de petróleo bruto.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Heavy Crude Oil | Shell | N/A | Produced from the Zuata oil flied. Used without further treatment |
Toluene | Sigma-Aldrich | 244511-2L | Anhydrous, 99.8%. Used without further treatment |
CO2 | BOC | 111304-F | CP Grade. Used without further treatment |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Syringe Pump | Teledyne ISCO | 65D | |
Mixer | Parr Instruments | 4651 | Vessel volume 250 mL. Mounted on a series 4923EE bench-top heater |
Gear Pump 1 | Polymer Systems Inc. | CIP-12/1.5 | Used with CC29/Pr pressure cell for high viscosity fluids. |
Gear Pump 2 | Micropump | GAH X21 | Used with DG35.12/Pr pressure cell for low viscosity fluids. |
Rheometer | Anton Paar | MCR301 | |
Pressure cell 1 | Anton Paar | CC29/Pr | With flow-through configuration. Used for high viscosity fluids. Coaxial cylinder geometry |
Pressure cell 2 | Anton Paar | DG35.12/Pr | With flow-through configuration. Used for low viscosity fluids. Double gap geometry |
References
- Hasan, S. W., Ghannam, M. T., Esmail, N. Heavy crude oil viscosity reduction and rheology for pipeline transportation. Fuel. 89 (5), 1095-1100 (2010).
- Henaut, I., Barre, L., Argillier, J. F., Brucy, F., Bouchard, R. Rheological and Structural Properties of Heavy Crude Oils in Relation With Their Asphaltenes Content. SPE International Symposium on Oilfield Chemistry. , 13-16 (2013).
- Ghannam, M. T., Hasan, S. W., Abu-Jdayil, B., Esmail, N. Rheological properties of heavy & light crude oil mixtures for improving flowability. J. Petrol. Sci. Eng. 81, 122-128 (2012).
- Martínez-Palou, R., et al. Transportation of heavy and extra-heavy crude oil by pipeline: A review. J. Petrol. Sci. Eng. 75 (3-4), 274-282 (2011).
- Behzadfar, E., Hatzikiriakos, S. G. Rheology of bitumen: Effects of temperature, pressure, CO2 concentration and shear rate. Fuel. 116 (0), 578-587 (2014).
- Royer, J. R., Gay, Y. J., Desimone, J. M., Khan, S. A. High-pressure rheology of polystyrene melts plasticized with CO2: Experimental measurement and predictive scaling relationships. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 38 (23), 3168-3180 (2000).
- Gerhardt, L. J., Manke, C. W., Gulari, E. Rheology of polydimethylsiloxane swollen with supercritical carbon dioxide. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 35 (3), 523-534 (1997).
- Lee, M., Park, C. B., Tzoganakis, C. Measurements and modeling of PS/supercritical CO2 solution viscosities. Polym. Eng. Sci. 39 (1), 99-109 (1999).
- CC29/Pr Pressure Cell Operation. Anton Paar. , Available from: http://www.anton-paar.com/us-en/products/details/pressure-cell/ (2014).
- DG35.12/Pr Pressure Cell Operation. Anton Paar. , Available from: http://www.anton-paar.com/us-en/products/details/pressure-cell/ (2014).
- Seifried, C., Hu, R., Headen, T., Crawshaw, J., Boek, E. IOR 2015-18th European Symposium on Improved Oil Recovery. Eage. , (2015).
- Priyanto, S., Mansoori, G. A., Suwono, A. Measurement of property relationships of nano-structure micelles and coacervates of asphaltene in a pure solvent. Chem. Eng. Sci. 56 (24), 6933-6939 (2001).
- Zhao, Y., et al. Effect of compressed CO2 on the properties of lecithin reverse micelles. Langmuir. 24 (17), 9328-9333 (2008).
- Hu, R., Trusler, J. P. M., Crawshaw, J. P. The effect of CO2 dissolution on the rheology of a heavy oil/water emulsion. Energy Fuels. , (2016).
- Hu, R., Crawshaw, J. P., Trusler, J. P. M., Boek, E. S. Rheology and Phase Behavior of Carbon Dioxide and Crude Oil Mixtures. Energy Fuels. , (2016).
- Zhang, Y. P., Hyndman, C. L., Maini, B. B. Measurement of gas diffusivity in heavy oils. J. Petrol. Sci. Eng. 25 (1-2), 37-47 (2000).
- Kariznovi, M., Nourozieh, H., Abedi, J. Experimental apparatus for phase behavior study of solvent-bitumen systems: A critical review and design of a new apparatus. Fuel. 90 (2), 536-546 (2011).
- Tang, J., Quinlan, P. J., Tam, K. C. Stimuli-responsive Pickering emulsions: recent advances and potential applications. Soft Matter. 11 (18), 3512-3529 (2015).
- Aveyard, R., Binks, B. P., Clint, J. H. Emulsions stabilised solely by colloidal particles. Adv. Colloid Interface Sci. 100, 503-546 (2003).
- Kawashima, Y., Hino, T., Takeuchi, H., Niwa, T., Horibe, K. Rheological Study of W/O/W Emulsion by a Cone-and-Plate Viscometer - Negative Thixotropy and Shear-Induced Phase Inversion. Int. J. Pharm. 72 (1), 65-77 (1991).
- Perazzo, A., Preziosi, V., Guido, S. Phase inversion emulsification: Current understanding and applications. Adv. Colloid Interface Sci. 222, 581-599 (2015).
- Yeo, L. Y., Matar, O. K., de Ortiz, E. S. P., Hewitt, G. F. Phase Inversion and Associated Phenomena. Multiphase Sci Technol. 12 (1), (2000).
- Liu, L., Matar, O. K., de Ortiz, E. S. P., Hewitt, G. F. Experimental investigation of phase inversion in a stirred vessel using LIF. Chem. Eng. Sci. 60 (1), 85-94 (2005).