En metode til måling af rheologi af råolie i ligevægt med kuldioxid ved reservoirbetingelser er præsenteret.
Et rheometer system til måling af rheology af råolie i ligevægt med kuldioxid (CO 2 ) ved høje temperaturer og tryk er beskrevet. Systemet omfatter et højtryks-reometer, som er forbundet til en cirkulationssløjfe. Rheometeret har en roterende flow-through målecelle med to alternative geometrier: koaksial cylinder og dobbeltgab. Cirkulationssløjfen indeholder en blander til at bringe råolieprøven i ligevægt med CO 2 og en gearpumpe, der transporterer blandingen fra blanderen til rheometeret og genbruger den tilbage til blanderen. CO 2 og råolie bringes til ligevægt ved omrøring og cirkulation, og rheologien af den mættede blanding måles ved hjælp af rheometeret. Systemet bruges til at måle de rheologiske egenskaber ved Zuata råolie (og dets toluenfortynding) i ligevægt med CO 2 ved forhøjede tryk op til 220 bar og en temperatur på 50 ° C. Resultaterne viser tHat CO 2 -tilsætning ændrer olieregologien signifikant, først reducerer viskositeten, da CO 2 -trykket forøges og derefter øger viskositeten over et tærskeltryk. Den ikke-newtonske reaktion af råolien ses også at ændre sig ved tilsætning af CO 2 .
I det meste af litteraturen om de fysiske egenskaber af CO 2 og råolieblandinger måles viskositeten ved anvendelse af et viskosimeter, hvilket betyder, at målingerne foretages ved konstant forskydningshastighed eller forskydningsspænding. I disse undersøgelser undersøges viskositeten af CO 2 og råolieblandingen på en simpel måde: Fokus er forholdet mellem viskositeten og andre parametre, såsom temperatur, tryk og CO 2 -koncentration. Nøgleantagelsen i disse undersøgelser, men sjældent nævnt eksplicit, er, at CO 2 og råolieblandingen opfører sig som en newtonsk væske. Det er imidlertid velkendt, at nogle råolier, især tungt råolie, kan vise ikke-newtonsk opførsel under visse betingelser 1 , 2 , 3 , 4 . For at forstå CO 2 -konklusionen fuldt ud, er CO 2 's viskositet </sub> Og råolieblandingen skal undersøges som en funktion af forskydningshastighed eller stress.
Efter vores viden er kun undersøgelsen af Behzadfar et al . Rapporterer viskositeten af en tung råolie med CO 2- tilsætning ved forskellige forskydningshastigheder ved anvendelse af et rheometer 5 . I måling af Behzadfar et al . Opnås blandingen mellem CO 2 og råolie ved rotation af den indre cylinder af koaksialcylinder geometrien, en meget langsom proces. Derudover er effekten af CO 2 -opløsningen på rheologien af polymermelte blevet rapporteret i litteraturen, hvilket kunne belyse undersøgelsen af tung råolie og CO 2 -blandinger. Royer et al . Måle viskositeten af tre kommercielle polymermelte ved forskellige tryk, temperaturer og CO 2 -koncentrationer under anvendelse af et højtryks ekstruderingsspaltestyrehomometer 6 . De analyserer derefter dataene gennem den frie volumen E teori. Andre lignende undersøgelser findes i Gerhardt et al . 7 og Lee et al . 8 . Vores metode, hvor blandingen udføres i en ekstern mixer og reologimåling i en koaksial cylinder geometri, muliggør en mere grundig måling af reologien af CO 2 og råolieblanding.
Cirkulationssystemet, som vi udviklede, indeholder fire enheder: en sprøjtepumpe, mixer, gearpumpe og rheometer, som vist i figur 1 og figur 2 . En omrøringsstang er placeret i bunden af blanderen og magnetisk koblet med et roterende magnet sæt. Omrøring bruges til at forbedre blandingen mellem CO 2 og råolie i blanderen, hvilket fremskynder tilgangen til ligevægt mellem faser. Den CO 2 mættede oliefase trækkes fra tæt på bunden af blanderen ved anvendelse af et diprør og cirkuleres gennem målesystemet.
Nt "> Viskositeten måles ved hjælp af en højtrykscelle monteret på et rheometer. Der er to typer trykceller. Den ene har en koaksial cylinder geometri, der er beregnet til måling af viskos væske, og den anden er med en Dobbelt mellemrum geometri til lav viskositet applikation.
Figur 1: Cirkulationssystemets system med trykcelle med koaksial cylinder geometri. Den blå linje repræsenterer CO 2 -strømmen, og den sorte linje repræsenterer råolieblandingerne. Gentrykt med tilladelse fra Hu et al. 14 . Copyright 2016 American Chemical Society. Klik her for at se en større version af denne figur.
E 2 "class =" xfigimg "src =" / filer / ftp_upload / 55749 / 55749fig2.jpg "/>
Figur 2: Ordningen i cirkulationssystemet med dobbeltgab geometrisk trykcelle. Den blå linje repræsenterer CO 2 -strømmen, og den sorte linje repræsenterer råolieblandingerne. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Den koaksiale cylinder geometri trykcelle. Klik her for at se en større version af denne figur.
Den koaksiale cylinder geometri trykcelle ( figur 3 ) har en 0,5 mm mellemrum mellem den indre og ydre cylinder, hvilket fører til et prøvevolumen på 18ml. Den indre cylinder er magnetisk koblet med en roterende kop, som er fastgjort til rheometer spindlen. Der er to safirlejer øverst og nederst på den indre cylinder, der er direkte i kontakt med den indre cylinders rotationsakse. Da safirlejerne udsættes for prøven ved konstruktion, kan lejerens friktion variere afhængigt af smøremiddelegenskaberne af prøven.
Figur 4: Dobbeltgab geometrien trykcelle. Klik her for at se en større version af denne figur.
På den anden side omfatter dobbeltgab-trykcellen en cylindrisk rotor i en dobbeltgab-geometri som illustreret ved figur 4 . Målecylinderen er monteretPå trykhovedet gennem to kuglelejer og magnetisk koblet med rotationsskålen, som er forbundet med rheometerspindlen. Kuglelejerne er placeret inde i trykhovedet og ikke i kontakt med prøven, som injiceres i målehullet og overløbes ind i en fordybning i statoren, hvorfra den returneres til blandekarret.
I et typisk eksperiment indlæses råolieprøven først i blanderen. Efter påfyldning af hele systemet med råolien evakueres det resterende volumen i systemet ved hjælp af en vakuumpumpe. CO 2 indføres derefter i blanderen gennem sprøjtepumpen, og systemet bringes til den ønskede temperatur og tryk. Systemtrykket styres gennem CO 2 -fasen ved hjælp af sprøjtepumpen. Når trykket stabiliseres, tændes omrøreren for at blande CO 2 og råolie inde i blanderen. Derefter tændes gearpumpen for at trække oliefasen ud afMixer, fyld rheometeret og genbrug væsken tilbage til mixeren. Derfor gøres blandingen mellem CO 2 og råolie ved samtidig omrøring i blanderen og cirkulerende i sløjfen. Ligevægtsstatus overvåges ved periodisk måling af både volumenet i sprøjtepumpen og blandingsviskositeten. Når der ikke er nogen ændring (≤4%) i både volumen og viskositet, bekræftes ligevægten. På dette tidspunkt afbrydes gearpumpen og omrøreren, suspenderer strømmen gennem målecellen, og reologimåling udføres.
To trin er kritiske i operationen. Den første er priming hele systemet af råolie prøven. Ved at fylde systemet med råolieprøven kan gearpumpen smøres godt af oliesamplen, og eventuelle blokeringer i cirkulationssløjfen kan let identificeres. Gearpumpen kan således forhindres i skader. Det andet kritiske trin overvåger periodisk blandingsviskositeten for at bekræfte ligevægten mellem CO 2 og råolie. I betragtning af at det tager lang tid at nå ligevægten mellem CO 2 og viskøs tung råolie 16 , vil udførelsen af reologimåling for tidligt undervurdere effekten af CO 2 -addition på olieviskositeten. Derfor kan kun blandingen overvejes i ligevægt med CO 2 , når den målte viskositet når en konstant værdi (mindre end 4% ændring).
Kun det aktuelle målesystemTillader reologimåling af den CO 2 mættede blanding. For at måle undermættede blandinger kunne et opstrømsfartøj indføres til CO 2 -strømmen. CO 2 vil blive introduceret til opstrømsbeholderen først og derefter isoleret fra kilden, således at mængden af CO 2 kan styres af volumen og tryk i opstrømsbeholderen. Det samlede tryk i systemet i dette tilfælde vil blive styret af en inert gas, såsom helium. Kariznovi et al . Giver en god gennemgang af apparatet anvendt til at måle de fysiske egenskaber af CO 2 og tung råolieblanding 17 . Ændringer kan henvise til de systemer, der blev gennemgået i deres papir.
Det skal nævnes, at det her beskrevne system kan måle reologien af eventuelle gas-flydende blandinger; Derfor er dens anvendelse ikke begrænset til råolier. For eksempel kan det bruges til at måle CO 2 effekten på rhEologi af Pickering-emulsioner 18 , 19 og gasinduceret plasticisering 6 . Ved at indføre den elektriske ledningsevne måleindretning i rheometer-trykcellen, kunne effekten af gasopløsning på shear-induceret faseinversion af emulsioner også studeres 20 , 21 , 22 , 23 .
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne anerkender taknemmeligt finansiering fra Qatar Carbonates og Carbon Storage Research Center (QCCSRC), der leveres i fællesskab af Qatar Petroleum, Shell og Qatar Science and Technology Park. Forfatterne takker Frans van den Berg (Shell Global Solutions, Amsterdam, Holland) for at levere råolieprøven.
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 |