Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Måling af rheologi af råolie i ligevægt med CO Published: June 6, 2017 doi: 10.3791/55749
Automatic Translation
1, 1
1Chemical Engineering Department, Imperial College London, Qatar Carbonate and Carbon Storage Research Centre

Summary

En metode til måling af rheologi af råolie i ligevægt med kuldioxid ved reservoirbetingelser er præsenteret.

Abstract

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 .

Introduction

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

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
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
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
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.

Protocol

Bemærk: Siden forsøget arbejder ved høj temperatur og tryk, er sikkerheden afgørende. Systemet er beskyttet mod overtryk af softwarebegrænsningen på sprøjtepumpens styreenhed og sprængskiver på mixeren og mellem gearpumpen og rheometeret (se figur 1 og figur 2 ). Desuden anbefales det at udføre en regelmæssig lækakontrol før hvert forsøg. Det anbefales også at udføre friktionskontrollen af ​​trykcellegeometrien for at sikre, at rheometeret fungerer godt 9 , 10 .

1. Forberedelse af råolieprøven

BEMÆRK: Brug Zuata råolieprøven som modtaget. Den følgende tabel viser de grundlæggende fysiske egenskaber ved Zuata råolien.

Characteristics Værdi
API Gravity 9,28
Tøndefaktor (bbl / t) 6,27
Total svovl (% vægt) 3,35
Reid damptryk (kPa) 1
Hældpunkt (° C) 24
Eksisterende H 2 S indhold (ppm) -
Potentielt H 2 S indhold (ppm) 115
Potentielt HCI-indhold (ppm) -
Calc. Gross Cal. Værdi (kJ / kg) 41.855

Tabel 1: Den fysiske egenskaber af Zuata råolien.

  1. Tilsæt 128,57 g toluen til 300 g Zuata råolie til fremstilling af fortyndingen med 70 vægt% Zuata råolie og 30 vægt% toluen. Stiv blandingen ved stuetemperatur i 3 timer.

2. Indlæsning af råolieprøven i mixeren

  1. Afbryd mixeren fra systemet, og åbn den op. Anbring omrører i bunden af ​​blanderen. Indsæt 200 ml råolieprøve i blanderen. Efter tilspænding af alle skruerne skal du forbinde mixeren tilbage til systemet.

3. Primer hele systemet med råolieprøven

  1. Forbind systemet med koaksial cylinder geometri trykcellen.
    BEMÆRK: Se venligst Figur 1 for at lokalisere ventilen.
    1. Luk rheometer-trykcellen ved at stramme trykhovedet 9 . Monter drejekoppen på rheometerspindlen. Juster det til målepositionen 9 .
    2. Lukkeventiler A, D, E, F, G og H. Åben ventil C.
    3. Åbn nitrogencylinderen. Indfør den komprimerede gas i blanderen ved at åbne ventilerne H og E. Når gassen når blanderen, Luk ventil H og gascylinderen.
    4. Åben ventil A. Den komprimerede gas skubber råolieprøven i cirkulationssløjfen gennem sugeslangen. Når råolieprøven drypper ned fra ventil C i figur 1 , bliver hele systemet primet af råolieprøven.
    5. Åbn ventil F for at frigive den resterende gas. Luk ventil C og åben ventil D. Tænd gearpumpen for at cirkulere væsken i et stykke tid. Afhængigt af råolieprøvenes viskositet kan dette tage 1 til 5 timer.
      BEMÆRK: Trykket af det komprimerede nitrogen, der indføres i blanderen, afhænger af råolieprøvenes viskositet. Hvis råolieprøvenes viskositet er over 5 Pa ∙ s, kan trykket af komprimeret gas være større end 15 bar.
  2. Foretag systemet med dobbelt-tryk geometrien trykcellen.
    BEMÆRK: Se figur 2 for at finde ventilen.
    1. Fjern tHan trykhoved og målecylinderen af ​​trykcellen.
    2. Luk ventilerne A, D, E, F, G, H og I. Åbn ventil C.
    3. Åbn nitrogencylinderen. Indfør den komprimerede gas i blanderen ved at åbne ventilerne H og E. Når gassen når mixeren, lukkes ventil H og gasflasken.
    4. Åben ventil A. Den komprimerede gas skubber råolieprøven i cirkulationssløjfen gennem sugeslangen. Når råolieprøven bare nedsænker den indre del af dobbeltgab geometrien, skal ventilen F åbnes for at frigøre trykket i blanderen.
    5. Tænd gearkassen. Juster omdrejningshastigheden for gearpumpen forsigtigt. Sørg for, at indløbsstrømmen til trykcellen, som bestemmes af tandhjulspumpen, er mindre end eller lig med udløbsstrømmen fra trykcellen, som bestemmes af tyngdekraften. Når der findes en rimelig rotationshastighed for gearpumpen, og råolieprøven drypper ned fra ventil C, bliver hele systemet primet af olien. THøne slukke gearpumpen.
    6. Monter målecylinderen og trykhovedet på trykcellen 10 . Luk ventil C og åben ventil D. Tænd gearpumpen for at cirkulere væsken.
      BEMÆRK: Hvis råolieprøven har en viskositet svarende til vand, er den komprimerede gas med et tryk på 3 til 4 bar tilstrækkeligt.

4. Evakuering af det resterende volumen i systemet

  1. Luk ventilerne A og D i figur 1 eller figur 2 . Tilslut vakuumpumpen til ventil F. Tænd vakuumpumpen i 15 minutter.
  2. Luk ventil F, og sluk derefter vakuumpumpen.

5. Introduktion af CO 2 til Mixer

  1. Med koaksial cylinder geometri trykcelle
    1. Åbn ventil G og CO 2 cylinderen i Figur 1 . Åbn ventil D i figur 1 . li>
    2. Når CO 2 fylder det resterende rum i systemet, skal du lukke ventil G og CO 2 cylinderen for at forhindre CO 2 i at strømme tilbage til cylinderen.
  2. Med dobbeltgap geometri trykcelle
    1. Åbn ventil G og CO 2 cylinderen i figur 2 . Åbn ventil D og I i figur 2 .
    2. Når CO 2 fylder det resterende rum i systemet, skal du lukke ventil G og CO 2 cylinderen for at forhindre CO 2 i at strømme tilbage til cylinderen.

6. Indstilling af temperatur og tryk

  1. Indtast den ønskede temperaturværdi for blanderen og rheometeret. Indtast den ønskede temperaturværdi for rørledningens varmesystem. Indtast den ønskede trykværdi til sprøjtepumpen.
  2. Vent til temperatur og tryk stabiliseres.
Jove_title "> 7. Tænd for omrørings- og gearpumpen

  1. Åbn ventilerne i nedstrøms og opstrøms for gearpumpen.

8. Overvågning af volumenet i blanderen og blandingsviskositeten

  1. Optag lydstyrken i sprøjtepumpen hver 6. time.
  2. Efter hver 6. time skal du slukke for omrøreren og gearpumpen. Mål viskositeten af ​​blandingen gennem rheometeret. Viskositetsmåling begynder med en 5 min sedimenteringstid, og derefter måles viskositeten ved konstant forskydningshastighed på 10 s -1 .
  3. Når volumen- og viskositetsværdierne viser betydelige forskelle (> 4%) mellem to efterfølgende målinger, tændes gearpumpen og omrøres igen for at fortsætte blandingen. Når både volumen og viskositetsmålinger ikke viser nogen ændring i værdierne (≤ 4%), bekræftes ligevægten mellem CO 2 og råolieprøven.
  4. Sluk gearpumpen og omrøreren til reologimåling.
    BEMÆRK:Blandingsperioden kan vare i 1 til 2 dage afhængigt af viskositeten af ​​råolieprøven.

9. Udførelse af reologimåling

  1. Med koaksial cylinder geometri trykcelle 9
    1. Luk ventiler A og D i figur 1 til reologimåling. Forskær blandingen ved forskydningshastighed på 10 s -1 i 0,5 min. Resten blandes i 1 min.
    2. Mål blandingsviskositeten ved forskydningshastighed fra 500 s -1 til 10 s -1 . Ved hver forskydningshastighed er skærehastighedsjusteringstiden 0,2 min. Målingstiden ved hvert forskydningstrinstrin øges logaritmisk fra 0,5 min til 1 min, undtagen skærehastighedsjusteringstiden.
  2. Med dobbeltgab geometri trykcelle 10
    1. Luk ventiler A og D i figur 2 til reologimåling. Pre-shearBlandingen ved forskydningshastighed på 10 s -1 i 0,5 min. Resten blandes i 1 min.
    2. Mål blandingsviskositeten ved forskydningshastighed fra 250 s -1 til 10 s -1 . Ved hver forskydningshastighed er skærehastighedsjusteringstiden 0,2 min. Målingstiden ved hvert forskydningstrinstrin øges logaritmisk fra 0,5 min til 1 min, undtagen skærehastighedsjusteringstiden.

10. Forøgelse af tryk til næste ønskede værdi

  1. Med koaksialcylinder geometrien trykcelle
    1. Luk ventil E i figur 1 .
    2. Indfør mere CO 2 i sprøjtepumpen ved at åbne ventilen G og CO 2 cylinderen. Luk ventil G og CO 2 cylinderen. Åbn ventil E for at tilføje mere CO 2 til blanderen.
    3. Hvis trykket er mindre end den ønskede værdi, gentag for at indføre mere CO 2 .
    4. Indtast det nye tryk sæt poInt i sprøjtepumpen. Vent til trykket stabiliseres.
  2. Med dobbeltgab geometrien trykcelle
    1. Luk ventilerne E og I i figur 2 .
    2. Indfør mere CO 2 i sprøjtepumpen ved at åbne ventilen G og CO 2 cylinderen. Luk ventil G og CO 2 cylinderen. Åbn ventilerne E og I for at tilføje mere CO 2 til blanderen.
    3. Hvis trykket er mindre end den ønskede værdi, gentag trin for at introducere mere CO 2 .
    4. Indtast det nye tryk sæt i sprøjtepumpen. Vent til trykket stabiliseres.
      BEMÆRK: Gentag trin 7 til 10 for reologimåling ved højere tryk.

Representative Results

Rheologimåling af Zuata-råolien og dens CO 2 -mættede blanding ved 50 ° C under anvendelse af koaksialcylinder geometri-trykcellen er vist ved figur 5 og figur 6 . Figur 5 viser måling fra omgivende til 100 bar, mens figur 6 viser måling fra 120 bar til 220 bar. Endvidere illustrerer figur 7 den relative viskositet, som er viskositetsforholdet ved en given forskydningshastighed til viskositeten ved den laveste forskydningshastighed. De punkterede linjer i figur 7 er den maksimale målefejl forårsaget af friktionen af ​​geometriens lejer.

Rheologimåling ved 50 ° C af den fortyndede Zuata-råolie, ved anvendelse af dobbeltgab-geometri-trykcelle, er jegIllustreret i figur 8 og figur 9 , mens figur 10 viser den relative viskositet for tryk op til 70 bar. Endvidere viser figur 10 , at den fortyndede råolie ved omgivende tryk opfører sig som en newtonisk væske. Når CO 2 -trykket er fra 30 bar til 60 bar, observeres forskydningsfortyndingseffekten. Ved CO 2 -tryk over 60 bar forsvinder skærefortyndingen, og blandingen opfører sig som en newtonsk væske igen.

Fra figur 5 og figur 6 kan man se, at CO 2 -opløsningen reducerer viskositeten af ​​råolieblandingen væsentligt til 100 bar. Når CO 2 -trykket er over 100 bar, øges blandingsviskositeten med et stigende CO 2 -tryk, men med en meget lavere hastighed.

Figur 7 viser, at Zuata-råolien viser en forskydningsfortyndingseffekt uden CO 2 -tilsætning. Når CO 2 opløses i råolie svækkes skærefortyndingseffekten, da kurverne ved højere CO 2 -tryk er fladere. Ved CO 2 -tryk højere end 40 bar er viskositetsændringen med forskydningshastighed inden for målefejlområdet, således at blandingen kan betragtes som newtonsk. CO 2 opløsning svækkes og eliminerer til sidst den skærefortyndende effekt af Zuata råolien. Dette indikerer, at CO 2 -molekylet opløst i råolien i sidste ende kan forstyrre det associerende netværk genereret af makromolekylerne i råolien, såsom asfaltener.

Hvad angår den fortyndede råolie, som vist i figur 8 , er CO 2 -adannelsenDitionelt reducerer olieblandingsviskositeten til et minimum ved 70 bar. Da CO 2 -trykket stiger over 70 bar ( Figur 9 ), forårsager det højere CO 2 -tryk en stigning i olieviskositeten.

Ifølge undersøgelsen af ​​Seifried et al . 11 , i både den oprindelige og fortyndede Zuata råolie, forekommer asfaltens udfældning ved CO 2 -tryk over 80 bar. I vores reologiske forsøg, når trykket er højere end 80 bar, fungerer råolien / CO 2 -blandingen imidlertid som en newtonisk væske. Dette indebærer, at asfaltens udfældning ikke ændrer de rheologiske egenskaber af denne blanding.

Reologiske resultater for den fortyndede råolie er også interessante: i dette tilfælde giver CO 2 opløsning anledning til den ikke-newtonske adfærd, som kun appØrer i et vist udvalg af CO 2 -tryk. Der gives to spekulationer her for skærefortyndingseffekten induceret ved CO 2 -tilsætning.

Den første spekulation er, at den ikke-newtonske adfærd er forårsaget af miceller dannet af asfaltenmolekylerne under CO 2 -opløsning. CO 2 opløst i råolien kan reducere systemets kritiske micellekoncentration (CMC) ved dets virkning på asfaltenaggregatets struktur, og dette kan føre til større interaktion mellem miceller 12 . Ved tryk fra 30 til 60 bar kan afstanden mellem asfaltenmikeller ligge inden for det effektive område af van der Waals-attraktionskraften 13 . Således dannes et associerende netværk blandt micellerne og forårsager forskydningsfortyndingseffekten. Men når trykket er over 60 bar, er CO 2- effekten på opløsningsmidlet eller ikke-asfaltenmolekylerne dumInating, hvilket fører til at øge CMC. Derfor er asfaltenmikellerne destabiliseret, og følgelig forsvinder det associerende netværk.

Den anden spekulation er baseret på faseadfærdsperspektivet. Ved CO 2 -tryk mellem 30 og 60 bar kan der være dannet en CO 2 -ig flydende fase, hvilket gør blandingen til at danne et system med flydende væske-damp (LLV). En emulsion af disse to væsker kunne dannes ved blanding ved omrøring og cirkulation på grund af den tilsvarende tæthed af de to væskefaser. Som emulsionens dispergerede fase kan den CO2-rige væskefase stabiliseres af asfalten i råolie. Denne emulsion viser ikke-newtonsk adfærd, fordi den dispergerede fase giver anledning til et associerende netværk. Men når flere CO 2 opløses i olieblandingen ved tryk over 60 bar, bliver de to væskefaser igen blandbare. Resultatet er a Væske-damp (LV) system bestående af en råolie rig væske i ligevægt med en CO 2 rig damp, og den råolie rige væskefase opfører sig som en newtonisk væske.

Figur 5
Figur 5. Viskositetsmåling for Zuata tunge råolie med CO 2 ved 50 ° C og forskellige forskydningshastigheder. ligning , Lavere forskydningshastighedsgrænse ligning , Omgivende ligning , 20 bar; ligning , 40 bar; ligning , 60 bar; ligning , 80 bar; Ftp_upload / 55749 / 55749_dGreenDot.jpg "/>, 100 bar. Udskrevet med tilladelse fra Hu et al. 15. Copyright 2016 American Chemical Society. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 6
Figur 6. Viskositetsmåling for Zuata tunge råolie med CO 2 ved 50 ° C og forskellige forskydningshastigheder. ligning , Lavere forskydningshastighedsgrænse ligning , 120 bar; ligning , 140 bar; ligning , 160 bar;5749 / 55749_orangeDot.jpg "/>, 180 bar; ligning , 200 bar; ligning , 220 bar. Gentrykt med tilladelse fra Hu et al. 15 . Copyright 2016 American Chemical Society. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 7
Figur 7. Den relative viskositet for Zuata råolie med CO 2 ved 50 ° C og forskellige forskydningshastigheder. - -, målefluktueringsområde ligning , Omgivende tryk; ligning , 20 bar; ligning Src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_orangeDot.jpg" />, 40 bar; ligning , 60 bar; ligning , 80 bar; ligning , 100 bar; ligning , 120 bar; ligning , 140 bar; ligning , 160 bar; ligning , 180 bar; ligning , 220 bar. Gentrykt med tilladelse fra Hu et al. 15 . Copyright 2016 American Chemical Society. Klik her for at se en større version af denne figur.

E_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figur 8
Figur 8. Viskositetsmåling for den fortyndede råolie med CO 2 ved 50 ° C og forskellige forskydningshastigheder. ligning , Lavere forskydningshastighedsgrænse ligning , 1 bar; ligning , 10 bar; ligning , 20 bar; ligning , 30 bar; ligning , 40 bar; ligning , 50 bar; ligning , 60 bar;D / 55749 / 55749_purpleDiamond.jpg "/>, 70 bar. Klik venligst her for at se en større version af denne figur.

Figur 9
Figur 9. Viskositetsmåling for den fortyndede råolie med CO 2 ved 50 ° C og forskellige forskydningshastigheder. ligning , Lavere forskydningshastighedsgrænse ligning , 80 bar; ligning , 100 bar; ligning , 120 bar; ligning , 140 bar; ligning , 160 bar; ligning Src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_lBlueX.jpg" />, 180 bar; ligning , 200 bar; ligning , 220 bar. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 10
Figur 10. Den relative viskositet for den fortyndede råolie med CO 2 ved 50 ° C og forskellige forskydningshastigheder. - -, målefluktueringsområde ligning , 1 bar; ligning , 10 bar; ligning , 20 bar;Tp_upload / 55749 / 55749_lGreenDiamond.jpg "/>, 30 bar; ligning , 40 bar; ligning , 50 bar; ligning , 60 bar; ligning , 70 bar. Klik her for at se en større version af denne figur.

Discussion

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 .

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

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.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hasan, S. W., Ghannam, M. T., Esmail, N. Heavy crude oil viscosity reduction and rheology for pipeline transportation. Fuel. 89 (5), 1095-1100 (2010).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Behzadfar, E., Hatzikiriakos, S. G. Rheology of bitumen: Effects of temperature, pressure, CO2 concentration and shear rate. Fuel. 116 (0), 578-587 (2014).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Lee, M., Park, C. B., Tzoganakis, C. Measurements and modeling of PS/supercritical CO2 solution viscosities. Polym. Eng. Sci. 39 (1), 99-109 (1999).
  9. CC29/Pr Pressure Cell Operation. Anton Paar. , Available from: http://www.anton-paar.com/us-en/products/details/pressure-cell/ (2014).
  10. DG35.12/Pr Pressure Cell Operation. Anton Paar. , Available from: http://www.anton-paar.com/us-en/products/details/pressure-cell/ (2014).
  11. Seifried, C., Hu, R., Headen, T., Crawshaw, J., Boek, E. IOR 2015-18th European Symposium on Improved Oil Recovery. Eage. , (2015).
  12. 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).
  13. Zhao, Y., et al. Effect of compressed CO2 on the properties of lecithin reverse micelles. Langmuir. 24 (17), 9328-9333 (2008).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Tang, J., Quinlan, P. J., Tam, K. C. Stimuli-responsive Pickering emulsions: recent advances and potential applications. Soft Matter. 11 (18), 3512-3529 (2015).
  19. Aveyard, R., Binks, B. P., Clint, J. H. Emulsions stabilised solely by colloidal particles. Adv. Colloid Interface Sci. 100, 503-546 (2003).
  20. 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).
  21. Perazzo, A., Preziosi, V., Guido, S. Phase inversion emulsification: Current understanding and applications. Adv. Colloid Interface Sci. 222, 581-599 (2015).
  22. 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).
  23. 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).

Tags

Miljøvidenskab Udgave 124 Højtryk reologi ikke-newtonsk råolie viskositet kuldioxid shear thinning
Måling af rheologi af råolie i ligevægt med CO<sub&gt; 2</sub&gt; Ved reservoir betingelser
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hu, R., Crawshaw, J. Measurement of… More

Hu, R., Crawshaw, J. Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions. J. Vis. Exp. (124), e55749, doi:10.3791/55749 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter