En metode for måling av rheologi av råolje i likevekt med karbondioksid ved reservoarforhold er presentert.
Et rheometer system for å måle reologi av råolje i likevekt med karbondioksid (CO 2 ) ved høye temperaturer og trykk er beskrevet. Systemet omfatter et høytrykks-reometer som er forbundet med en sirkulasjonssløyfe. Rheometeret har en roterende gjennomstrømningsmålecelle med to alternative geometrier: koaksial sylinder og dobbeltgap. Sirkulasjonsløkken inneholder en mikser for å bringe råoljeprøven i likevekt med CO 2 , og en girpumpe som transporterer blandingen fra blanderen til reometeret og resirkulerer den tilbake til blanderen. CO 2 og råolje bringes til likevekt ved omrøring og sirkulasjon og reologien til den mettede blanding måles ved hjelp av rheometeret. Systemet brukes til å måle de rheologiske egenskapene til Zuata råolje (og dets toluenfortynning) i likevekt med CO 2 ved forhøyede trykk opp til 220 bar og en temperatur på 50 ° C. Resultatene viser tLue CO 2 tillegg tilsetter oljeregologien betydelig, i utgangspunktet reduserer viskositeten når CO 2 -trykket økes og deretter øker viskositeten over et terskeltrykk. Den ikke-newtonske responsen til råoljen ses også å endres ved tilsetning av CO 2 .
I det meste av litteraturen om de fysiske egenskapene til CO 2 og råoljeblandinger, måles viskositeten ved hjelp av et viskosimeter, noe som betyr at målingen gjøres ved konstant skjærhastighet eller skjærspenning. I disse studiene undersøkes viskositeten av CO 2 og råoljeblandingen på en enkel måte: interessen er forholdet mellom viskositeten og andre parametere, for eksempel temperatur, trykk og CO 2 -konsentrasjon. Hovedforutsetningen i disse studiene, men sjelden nevnt eksplisitt, er at CO 2 og råoljeblandingen oppfører seg som en newtonsk væske. Det er imidlertid velkjent at noen råoljer, særlig tung råolje, kan vise ikke-newtonsk oppførsel under visse forhold 1 , 2 , 3 , 4 . Derfor, for å forstå CO 2 -verkningen fullt ut, har viskositeten til CO 2 </sub> Og råoljeblandingen bør studeres som en funksjon av skjærhastighet eller stress.
Etter vår kunnskap er bare studien av Behzadfar et al . Rapporterer viskositeten til en tung råolje med CO 2- tilsetning ved forskjellige skjærhastigheter ved bruk av et rheometer 5 . I måling av Behzadfar et al . Oppnås blandingen mellom CO 2 og råolje ved rotasjonen av den indre sylinder av koaksialcylinder geometrien, en meget langsom prosess. I tillegg er effekten av CO 2 -oppløsningen på reologien av polymermelter blitt rapportert i litteraturen, som kunne kaste lys på studiet av tung råolje og CO 2 -blandinger. Royer et al . Måle viskositeten til tre kommersielle polymermeltinger ved forskjellige trykk, temperaturer og CO 2 -konsentrasjoner ved bruk av et høytrykks ekstruderingsspalt dyse rheometer 6 . De analyserer deretter dataene gjennom fri volum E teori. Andre lignende studier finnes i Gerhardt et al . 7 og Lee et al . 8 . Vår metode, der blandingen utføres i en ekstern mikser og reologimåling i en koaksial sylindergeometri, tillater en mer grundig måling av reologi av CO 2 og råolje-blanding.
Sirkulasjonssystemet som vi utviklet inneholder fire enheter: en sprøytepumpe, mikser, girpumpe og rheometer, som vist i figur 1 og figur 2 . En omrøringsstang er plassert i bunnen av blanderen og magnetisk koplet med et roterende magnetsett. Omrøring brukes til å forbedre blandingen mellom CO 2 og råolje i blanderen, og fremskynde tilnærmingen til likevekt mellom fasene. Den CO 2 mettede oljefasen trekkes fra nær bunnen av blanderen ved å bruke et dyprør og sirkuleres gjennom målesystemet.
Nt "> Viskositeten måles ved hjelp av en høytrykkscelle montert på et rheometer. Det finnes to typer trykkceller. Den ene er med en koaksial sylindergeometri, som er beregnet for måling av viskøs væske, og den andre er med en Dobbelt gap geometri for lav viskositet applikasjon.
Figur 1: Ordningen i sirkulasjonssystemet med koaksial sylinder geometri trykkcelle. Den blå linjen representerer CO 2- strømning, og den svarte linjen representerer råoljeblandingene. Gjengitt med tillatelse fra Hu et al. 14 . Copyright 2016 American Chemical Society. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
E 2 "class =" xfigimg "src =" / filer / ftp_upload / 55749 / 55749fig2.jpg "/>
Figur 2: Ordningen i sirkulasjonssystemet med dobbelgap geometri-trykkcelle. Den blå linjen representerer CO 2- strømning, og den svarte linjen representerer råoljeblandingene. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Den koaksiale sylinder geometri trykkcelle. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Koaksialcylinder geometri-trykkcellen ( Figur 3 ) har et gap på 0,5 mm mellom den indre og ytre sylinder, hvilket fører til et prøvevolum på 18ml. Den indre sylinderen er magnetisk koblet med en roterende kopp, som er festet til rheometerspindelen. Det er to safirlejer på toppen og bunnen av den indre sylinderen, som er direkte i kontakt med rotasjonsaksen til den indre sylinderen. Siden safirleilingene eksponeres for prøven ved konstruksjon, kan lagerfriksjonen variere i henhold til smøreegenskapene til prøven.
Figur 4: Dobbelgap geometrien trykkcelle. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
På den annen side omfatter dobbeltgaptrykkcellen en sylindrisk rotor i en dobbeltglassgeometri, som vist på figur 4 . Målesylinderen er montertPå trykkhodet gjennom to kulelagre og magnetisk koplet med rotasjonskoppen, som er koblet til rheometerspindelen. Kulelagerene er plassert inne i trykkhodet og ikke i kontakt med prøven, som injiseres i målehullet og overløper til en utsparing i statoren fra hvilken den returneres til blandekaret.
I et typisk eksperiment lastes råoljeprøven først inn i blanderen. Etter at hele systemet er startet med råoljen, blir det gjenværende volumet i systemet evakuert ved bruk av en vakuumpumpe. CO 2 innføres deretter i blanderen gjennom sprøytepumpen og systemet bringes til ønsket temperatur og trykk. Systemtrykket styres gjennom CO 2 -fasen ved hjelp av sprøytepumpen. Når trykket stabiliseres, blir omrøreren slått på for å blande CO 2 og råolje inne i blanderen. Deretter slås girpumpen på for å trekke ut oljefasen fraBlander, fyll rheometeret og resirkuler væsken tilbake til mikseren. Derfor blir blandingen mellom CO 2 og råolje gjort ved samtidig omrøring i blanderen og sirkulerende i løkken. Likevektsstatusen overvåkes ved periodisk måling av både volumet i sprøytepumpen og blandingsviskositeten. Når det ikke er endring (≤4%) i både volum og viskositet, er likevekten bekreftet. På dette tidspunktet blir girpumpen og omrøreren slått av, suspendering av strømmen gjennom målcellen og reologimåling utført.
To trinn er kritiske i operasjonen. Den første er priming hele systemet av råoljeprøven. Ved å fylle opp systemet med råoljeprøven, kan girpumpen smøres godt av oljeprøven, og eventuelle blokkeringer i sirkulasjonsløkken kan enkelt identifiseres. Dermed kan girpumpen forhindres i skade. Det andre kritiske trinnet overvåker periodisk blandingsviskositeten for å bekrefte likevekt mellom CO 2 og råolje. Gitt at det tar lang tid å nå likevekten mellom CO 2 og viskøs tung råolje 16 , utfører reologimåling for tidlig, undervurdere effekten av CO 2 -tilsetning på oljeviskositeten. Derfor kan kun blandingen vurderes i likevekt med CO 2 bare når viskositeten målt oppnår en konstant verdi (mindre enn 4% forandring).
Bare nåværende målesystemTillater reologimåling av den CO 2 mettede blandingen. For å måle undermettede blandinger, kunne et oppstrøms fartøy innføres i CO 2 -strømmen. CO 2 vil bli introdusert til oppstrømsbeholderen først og deretter isolert fra kilden, slik at mengden CO 2 kan styres av volumet og trykket i oppstrømsbeholderen. Det totale trykket i systemet i dette tilfelle vil bli styrt av en inert gass, slik som helium. Kariznovi et al . Gir en god vurdering på apparatet som brukes til å måle de fysiske egenskapene til CO 2 og tung råoljeblanding 17 . Modifikasjoner kan referere til systemene som er omtalt i deres papir.
Det bør nevnes at det her beskrevne systemet kan måle reologien til noen gass-væske-blandinger; Derfor er applikasjonen ikke begrenset til råoljer. For eksempel kan det brukes til å måle CO 2- effekten på rhEologi av Pickering-emulsjoner 18 , 19 og gassinducert mykning 6 . Ved å introdusere den elektriske ledningsevne-måleanordningen inn i rheometer-trykkcellen, kan effekten av gassoppløsning på den skjærinducerte faseinversjon av emulsjoner også bli studert 20 , 21 , 22 , 23 .
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne anerkjenner takknemlig finansiering fra Qatar Carbonates og Carbon Storage Research Center (QCCSRC), levert sammen av Qatar Petroleum, Shell, og Qatar Science and Technology Park. Forfatterne takker Frans van den Berg (Shell Global Solutions, Amsterdam, Nederland) for å gi råoljeprøven.
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 |