Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

Ruien Hu; John Crawshaw

doi:10.3791/55749

JoVE Journal > Environment

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

环境科学

Ham Petrol Reolojisinin CO İle Dengesinde Ölçümü 2 Rezervuar Koşullarında

Published: June 06, 2017

doi:

10.3791/55749

Ruien Hu¹, John Crawshaw¹

¹Chemical Engineering Department,Imperial College London, Qatar Carbonate and Carbon Storage Research Centre

Summary

Rezervuar koşullarında karbon dioksit ile dengede ham petrolün reolojisini ölçmek için bir yöntem sunulmuştur.

Abstract

Yüksek sıcaklık ve basınçlarda karbon dioksit (CO ₂ ) ile dengede ham petrolün reolojisini ölçmek için bir reometre sistemi anlatılmıştır. Sistem, bir sirkülasyon döngüsüne bağlı olan yüksek basınçlı bir reometreden oluşur. Reometrenin, iki alternatif geometriye sahip döner akış ölçüm hücresi vardır: koaksiyel silindir ve çift aralık. Sirkülasyon halkası, ham petrol numunesini CO ₂ ile dengeye getiren bir karıştırıcı ve karışımın karıştırıcıdan reometrede taşınmasını ve karıştırıcıya geri dönüştürülmesini sağlayan bir dişli pompası içerir. Karbondioksit ve ham yağ, karıştırma ve dolaşım yoluyla dengeye getirilir ve doymuş karışımın reolojisi, reometrenle ölçülür. Sistem, Zuata ham petrolünün (ve toluen seyreltmesinin) reolojik özelliklerini 220 bar'a kadar yükseltilmiş basınçlarda ve 50 ° C'lik bir sıcaklıkta CO ₂ ile dengede ölçmek için kullanılır. Sonuçlar göstermek tŞapka CO ₂ ilavesi, yağ reolojisini önemli ölçüde değiştirir, başlangıçta CO ₂ basıncı arttıkça viskozite azalır ve daha sonra eşik basıncının üzerinde viskozite arttırılır. Ham yağın Newton olmayan tepkisinin de CO ₂ ilavesi ile değiştiği görülüyor.

Introduction

CO ₂ ve ham petrol karışımlarının fiziksel özellikleri ile ilgili birçok literatürde viskozite bir viskozimetre kullanılarak ölçülür; bu da ölçümün sabit kesme hızı veya kayma gerilmesi ile yapıldığı anlamına gelir. Bu çalışmalarda, CO2 ve ham petrol karışımının viskozitesi basit bir şekilde araştırılmıştır: ilgi odağı sıcaklık, basınç ve CO ₂ konsantrasyonu gibi viskozite ile diğer parametreler arasındaki ilişkidir. Bu çalışmalarda yapılan, ancak nadiren açıkça belirtilmeyen temel varsayım, CO ₂ ve ham petrol karışımının Newton akışkanı gibi davranmasıdır. Bununla birlikte, bazı ham yağların, özellikle ağır ham yağların, belirli koşullar altında ¹ ^, ² ^, ³ ^, ^4'de Newton olmayan davranış gösterebilecekleri iyi bilinmektedir. Bu nedenle, CO ₂ etkisini tam olarak anlamak için, CO _2'nin viskozitesi Ve ham yağ karışımı makaslama hızı veya stresin bir fonksiyonu olarak incelenmelidir.

Bildiğimiz kadarıyla yalnızca Behzadfar ve ark . Bir reometren ⁵ kullanarak farklı makaslama hızlarında CO ₂ ilavesi ile ağır bir ham yağın viskozitesini bildirir. Behzadfar ve arkadaşlarının yaptığı ölçümde, CO ₂ ve ham yağ arasındaki karıştırma, koaksiyal silindir geometrisinin iç silindirinin döndürülmesi ile elde edilir, bu çok yavaş bir işlemdir. Ek olarak, CO2 eritilmesinin, polimer eriyiklerinin reolojisi üzerindeki etkisi, ağır ham petrol ve CO2 karışımlarının incelenmesine ışık tutabilecek literatürde bildirilmiştir. Royer ve ark . Yüksek basınçlı ekstrüzyon yarık kalıp reometresi ⁶ kullanarak, üç ticari polimer erimesinin viskozitesini çeşitli basınçlarda, sıcaklıklarda ve CO ₂ konsantrasyonlarında ölçün. Daha sonra verileri serbest hacim yoluyla analiz ederler. E teorisi. Diğer benzer çalışmalar Gerhardt ve ark . ⁷ ve Lee ve ark . ⁸ . Harmanlamanın harici bir karıştırıcıda yapıldığı ve reolojinin koaksiyel silindir geometrisinde yapıldığı yöntemimiz, CO2 ve ham petrol karışımının reolojisinin daha kapsamlı bir ölçümünü sağlar.

Geliştirdiğimiz dolaşım sistemi dört birimden oluşur: Şırınga pompası, karıştırıcı, dişli pompası ve reometre, Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterildiği gibi. Karıştırıcının altına karıştırma çubuğu yerleştirilir ve dönen mıknatıs setiyle manyetik olarak birleştirilir. Karıştırma, karıştırıcıda CO ₂ ve ham petrol arasındaki karıştırmayı arttırmak için kullanılır, böylece fazlar arasındaki denge yaklaşımını hızlandırır. CO ₂ doymuş yağ fazı, bir daldırma tüpü kullanarak karıştırıcının tabanına yakın bir yerde çekilir ve ölçüm sistemi boyunca dolaştırılır.

Nt "> Viskozite, bir reometrede monte edilmiş yüksek basınçlı bir hücre ile ölçülür İki tip basınç hücresi vardır: Biri viskoz akışkan ölçümü için tasarlanmış bir koaksiyel silindir geometrisine sahiptir ve diğeri ise Düşük viskoziteli uygulama için çift aralık geometrisi.

Şekil 1: Koaksiyal silindir geometri basınç hücresi ile sirkülasyon sisteminin planı. Mavi çizgi CO ₂ akışını, siyah çizgi ham petrol karışımlarını temsil eder. Hu ve ark.'nın izniyle basılır . ¹⁴ . Telif Hakkı 2016 Amerikan Kimya Topluluğu. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

E 2 "class =" xfigimg "src =" / dosyalar / ftp_upload / 55749 / 55749fig2.jpg "/>
Şekil 2: Çift boşluklu geometri basınç hücresi ile dolaşım sisteminin düzeni. Mavi çizgi CO ₂ akışını, siyah çizgi ham petrol karışımlarını temsil eder. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Şekil 3: Koaksiyel silindir geometrisi basınç hücresi. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Koaksiyal silindir geometrisi basınç hücresi ( Şekil 3 ), iç ve dış silindir arasında 0,5 mm'lik bir aralığa sahiptir ve örnek hacmi 18'dirml. İç silindir mıknatıslı olarak reometre miline tutturulmuş bir döner tabla ile birleştirilir. İç silindirin dönme ekseniyle doğrudan temas halinde olan iç silindirin üstünde ve altında iki safir yatağı bulunur. Safir yataklar tasarıma göre numuneye maruz kaldığından, rulman sürtünmesi numunenin yağlama özelliklerine göre değişebilir.

Şekil 4: Çift aralık geometrisi basınç hücresi. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Öte yandan, çift aralıklı basınç hücresi Şekil 4'te gösterildiği gibi çift aralıklı bir geometride silindirik bir rotor içerir. Ölçüm silindiri monte edilmiştirBasma kafasına iki rulman vasıtasıyla bağlanır ve reometre miline bağlı olan dönme kabıyla manyetik olarak bağlanır. Bilyalı rulmanlar basınç kafasının içinde bulunur ve numuneye temas ettirilmemiştir ve ölçüm boşluğuna enjekte edilir ve statorun karıştırma kabına geri gönderildiği bir girintiye taşar.

Tipik bir deneyde, ham yağ numunesi önce karıştırıcıya yüklenir. Tüm sistemi ham petrol ile astarladıktan sonra, sistemdeki geri kalan hacim vakum pompası kullanılarak boşaltılır. CO ₂ daha sonra şırınga pompası vasıtasıyla karıştırıcıya verilir ve sistem istenen sıcaklık ve basınca getirilir. Sistem basıncı şırınga pompası ile CO ₂ fazı vasıtasıyla kontrol edilir. Basınç stabilize edildiğinde karıştırıcı, CO ₂ ve ham petrolü karıştırıcı içerisinde karıştırmak için açılır. Ardından, yağ fazını pompa çıkışından geri çekmek için dişli pompası açılır.Karıştırıcıyla doldurun, reometresini doldurun ve sıvıyı miksere geri döndürün. Bu nedenle, CO ₂ ile ham petrol arasındaki karıştırma karıştırıcıda eşzamanlı olarak karıştırılarak ve döngüde dolaşarak yapılır. Denge durumu şırınga pompasındaki hem hacmin hem de karışım viskozitesinin periyodik olarak ölçülmesi ile izlenir. Hem hacimde hem de viskozitede bir değişiklik olmadığında (≤% 4), denge doğrulanır. Bu aşamada dişli pompası ve karıştırıcı kapatılır ve ölçüm hücresinden akışı askıya alınır ve reoloji ölçümü yapılır.

Protocol

Not: Deney yüksek sıcaklık ve basınçta çalıştığı için güvenlik önemlidir. Sistem, şırınga pompası kontrolörü üzerindeki yazılım limiti ve karıştırıcıda ve dişli pompası ile reometresi arasında diskleri patlayan aşırı basınçlara karşı korunmuştur (bkz. Şekil 1 ve Şekil 2 ). Ayrıca, her denemeden önce, düzenli sızdırmazlık kontrolü yapılması önerilir. Reometrenin iyi çalıştığından emin olmak için basınç hücresi geometrisinin sürtünme kontrolünü gerçekleştirmek de önerilir 9 , 10 . 1. Ham Petrol Numunesinin Hazırlanması NOT: Alınan Zuata ham petrol numunesini kullanın. Aşağıdaki tablo Zuata ham petrolünün temel fiziksel özelliklerini göstermektedir. Characteristics değer API Yerçekimi 9.28 Namlu Faktörü (bbl / t) 6.27 Toplam Kükürt (ağırlıkça%) 3.35 Reid Buhar Basıncı (kPa) 1 Akma Noktası (° C) 24 Mevcut H 2 S İçeriği (ppm) – Potansiyel H2S içeriği (ppm) 115 Potansiyel HC1 İçeriği (ppm) – Calc. Brüt Cal. Değer (kJ / kg) 41855 Tablo 1: Zuata ham petrolünün fiziksel özellikleri. Seyreltiyi ağırlıkça% 70 Zuata ham petrol ve ağırlıkça% 30 toluen ile hazırlamak için 128.57 g toluen 300 g Zuata ham yağına ilave edin. Karışımı oda sıcaklığında 3 saat boyunca sallayın. 2. Ham Petrol Numunesinin Karıştırıcıya Yerleştirilmesi Karıştırıcıyı sistemden ayırın ve açın. Karıştırıcının altına bir karıştırıcı yerleştirin. Karıştırıcıya 200 mL ham petrol örneği yükleyin. Bütün vidaları sıktıktan sonra karıştırıcıyı tekrar sisteme bağlayın. 3. Tüm Sistemi Ham Petrol Numunesi ile Astarlama Sistemi koaksiyel silindir geometri basınç hücresi ile başlatın. NOT: Supabı bulmak için lütfen Şekil 1'e bakın. Basınç kafasını 9 sıkarak reometre basınç hücresini kapatın. Rotasyon fincanı reometre işmili üzerine monte edin. Ölçme pozisyonuna ayarlayın 9 . A, D, E, F, G ve H valflerini kapatın. C valfını açın. Azot silindirini açın. Sıkıştırılmış gazın H ve E vanalarını açarak karıştırıcıya sokun. Gaz karıştırıcıya ulaştığında, Valf H'yi ve gaz silindirini kapatın. A valfini açın. Sıkıştırılmış gaz, ham petrol numunesini emme borusundan dolaşım halkasına iter. Ham petrol numunesi Şekil 1'deki C valfından akıtıldığında, tüm sistem ham yağ numunesi ile hazırlanır. Kalan gazı boşaltmak için valf F'yi açın. Valf C'yi kapatın ve valf D'yi açın. Dişli pompayı açın, sıvıyı bir süre dolaştırın. Ham petrol numunesinin viskozitesine bağlı olarak, bu işlem 1 ila 5 saat sürebilir. NOT: Karıştırıcıya katılan sıkıştırılmış azot basıncı, ham petrol numunesinin viskozitesine bağlıdır. Ham petrol numunesinin viskozitesi 5 Pa • s'ın üzerindeyse, sıkıştırılmış gazın basıncı 15 bar'dan daha büyük olabilir. Sistemi çift boşluklu geometri basınç hücresi ile başlatın. NOT: Supabı bulmak için lütfen Şekil 2'ye bakın. Kaldır tBasınç hücresinin basınç silindiri ve basınç silindiri. A, D, E, F, G, H ve I. valfleri kapatın. Valf C'yi açın. Azot silindirini açın. H ve E vanalarını açarak sıkıştırılmış gazın karıştırıcıya sokun. Gaz karıştırıcıya ulaştığında, valf H'yi ve gaz silindirini kapatın. A valfini açın. Sıkıştırılmış gaz, ham petrol numunesini emme borusundan dolaşım halkasına iter. Ham yağ örneği çift aralık geometrisinin iç kısmını batırdığında, vanayı F açın, karıştırıcıdaki basıncı serbest bırakın. Dişli pompasını açın. Dişli pompa dönüş hızını dikkatlice ayarlayın. Dişli pompası tarafından belirlenen basınç hücresine giriş akış oranının yerçekimi tarafından belirlenen basınç hücresinden çıkış akış oranından düşük veya ona eşit olduğundan emin olun. Dişli pompanın makul bir dönüş hızı bulunursa ve ham yağ numunesi C valfından damlatıldığında, tüm sistem yağ ile hazırlanır. TDişli pompayı kapatın. Ölçüm silindirini ve basınç kafasını basınç hücresine 10 takın. Valf C'yi kapatın ve valf D'yi açın. Sıvı dolaşımı için dişli pompayı açın. NOT: Ham petrol numunesi suya benzer bir viskoziteye sahipse, 3 ila 4 bar basınçlı sıkıştırılmış gaz yeterlidir. 4. Sistemdeki Kalan Hacimin Boşaltılması Şekil 1 veya Şekil 2'deki A ve D vanalarını kapatın. Vakum pompasını valf F'ye bağlayın. Vakum pompasını 15 dakika boyunca açın. Valf F'yi kapatın ve daha sonra vakum pompasını kapatın. 5. Karıştırıcıya CO 2 Tanıtılması Koaksiyel silindir geometrisi basınç hücresi Şekil 1'deki valf G'yi ve CO 2 silindirini açın. Şekil 1'deki D valfını açın. </ li> CO 2 , sistemdeki kalan boşluğu doldurduktan sonra, CO 2'nin silindire geri akmasını önlemek için valf G'yi ve CO 2 silindirini kapatın. Çift boşluklu geometri basınç hücresi ile Şekil 2'deki valf G'yi ve CO 2 silindirini açın. Şekil 2'deki D ve I vanasını açın. CO 2 , sistemdeki kalan boşluğu doldurduktan sonra, CO 2'nin silindire geri akmasını önlemek için valf G'yi ve CO 2 silindirini kapatın. 6. Sıcaklık ve Basıncın Ayarlanması Karıştırıcıya ve reometrede istenen sıcaklık değerini girin. Boru hattı şebekesinin ısıtma sistemine istenen sıcaklık değerini girin. Şırınga pompasına istenen basınç değerini girin. Sıcaklık ve basıncın dengelenmesini bekleyin. Jove_title "> 7. Karıştırıcıyı ve Dişli Pompayı Açma Vites pompasının akış aşağısında ve akış aşağısındaki valfleri açın. 8. Karıştırıcıdaki Hacmin ve Karışım Viskozitesinin İzlenmesi Şırınga pompasındaki hacim okumasını her 6 saat boyunca kaydedin. Her 6 saat sonra, karıştırıcıyı ve dişli pompayı kapatın. Reometrenin karışım viskozitesini ölçün. Viskozite ölçümü, 5 dak. Çöktürme süresi ile başlar ve daha sonra 10 s -1 sabit kesilme hızında viskozite ölçün. Hacim ve viskozite değerleri iki sonuç ölçüm arasında önemli farklılıklar (>% 4) gösterdiğinde karıştırmaya devam etmek için dişli pompa ve karıştırıcıyı tekrar açın. Hem hacim hem de viskozite ölçümleri değerleri değiştirmediğinde (≤% 4) CO 2 ve ham petrol numunesi arasındaki denge doğrulanır. Reoloji ölçümü için dişli pompa ve karıştırıcıyı kapatın. NOT:Karıştırma süresi ham petrol numunesinin viskozitesine bağlı olarak 1 ila 2 gün sürebilir. 9. Rheoloji Ölçümlerini Yapma Koaksiyel silindir geometrisi basınç hücresi 9 Reoloji ölçümü için Şekil 1'deki A ve D vanalarını kapatın. Karışımı 0.5 dakika süreyle 10 s -1 kesilme hızında ön-kesme. Karışımı 1 dakika dinlendirin. Karışım viskozitesini, 500 s -1 ila 10 s -1 arasındaki kesilme hızında ölçün. Her makaslama oranında, makaslama hızı ayarlama süresi 0.2 dakikadır. Her kesme hızı adımındaki ölçüm süresi, kesilme hızı ayar zamanı hariç, logaritmik olarak 0.5 dakika ila 1 dakika arasında arttırılmıştır. Çift aralıklı geometri basınç hücresi 10 ile Reoloji ölçümü için Şekil 2'deki A ve D vanalarını kapatın. Ön-kesim0.5 dakika boyunca 10 s -1 kesilme hızında karışım. Karışımı 1 dakika dinlendirin. Karışım viskozitesini 250 s -1 ila 10 s -1 arasındaki makaslama hızında ölçün. Her makaslama oranında, makaslama hızı ayarlama süresi 0.2 dakikadır. Her kesme hızı adımındaki ölçüm süresi, kesilme hızı ayar zamanı hariç, logaritmik olarak 0.5 dakika ila 1 dakika arasında arttırılmıştır. 10. Basıncı Sonraki Arzulanan Değere Arttırma Koaksiyel silindir geometrisi basınç hücresi Şekil 1'deki valf E'yi kapatın. Şanzıman pompasına, valf G'yi ve CO 2 silindirini açarak daha fazla CO 2 sunun. Valf G'yi ve CO 2 silindirini kapatın. Karıştırıcıya daha fazla CO 2 eklemek için valf E'yi açın. Basınç istenen değerden düşükse, daha fazla CO 2 tanıtmak için tekrarlayın. Yeni basınç seti po'sunu girinizInt şırınga pompasına yerleştirin. Basıncın dengelenmesini bekleyin. Çift aralıklı geometri basınç hücresi Şekil 2'deki E ve I valflerini kapatın. Şanzıman pompasına, valf G'yi ve CO 2 silindirini açarak daha fazla CO 2 sunun. Valf G'yi ve CO 2 silindirini kapatın. Karıştırıcıya daha fazla CO 2 eklemek için valfler E ve I'yi açın. Basınç istenen değerden düşükse, daha fazla CO 2 tanıtmak için basamak tekrarlayın. Yeni basınç ayar noktasını şırınga pompasına girin. Basıncın dengelenmesini bekleyin. NOT: Yüksek basınçlarda reoloji ölçümü için 7-10 arasındaki adımları tekrarlayın.

Representative Results

50 ° C'de koaksiyel silindir geometrisi basınç hücresini kullanarak Zuata ham petrolünün ve CO 2 doymuş karışımının reoloji ölçümü Şekil 5 ve Şekil 6'da gösterilmektedir. Şekil 5 , ortamdan 100 bar'a ölçümü gösterirken Şekil 6 , 120 bar'dan 220 bar'a kadar olan ölçümü göstermektedir. Bundan başka, Şekil 7 , belirli bir kesilme hızındaki viskoziteye en düşük kesilme hızındaki viskoziteye oranı olan göreli viskoziteyi göstermektedir. Şekil 7'deki kesikli çizgiler, geometrinin rulmanlarının sürtünmesinden kaynaklanan maksimum ölçüm hatasıdır. Seyreltilmiş Zuata ham petrolünün 50 ° C'de çift aralıklı geometri basınç hücresi kullanan reoloji ölçümü, iŞekil 8 ve Şekil 9 ile gösterilmişken, Şekil 10 , 70 bar'a kadar olan basıncın göreli viskozitesini göstermektedir. Bundan başka, Şekil 10 , ortam basıncında seyreltilmiş ham yağın bir Newtoncu akışkan olarak davrandığını göstermektedir. Bununla birlikte, CO 2 basıncı 30 bar'dan 60 bara geldiğinde kayma inceltme etkisi gözlemlenir. 60 bar'ın üzerindeki CO 2 basıncında, kesilme inceltmesi kaybolur ve karışım tekrar Newton akışkanı gibi davranır. Şekil 5 ve Şekil 6'dan , CO 2 çözünmesinin ham petrol karışımının viskozitesini 100 bar'a kadar önemli ölçüde düşürdüğünü görebiliriz. CO 2 basıncı 100 bar'ın üzerinde olduğunda, yağ karışımı viskozitesi artan CO 2 basıncıyla birlikte artar ancak çok daha düşük bir hızda. <pŞekil 7 , Zuata ham petrolünün CO 2 ilavesi olmaksızın kesilme inceliği etkisi gösterdiğini ortaya koymaktadır. CO 2 ham petrole eritildiğinde, daha yüksek CO 2 basınçlarındaki eğrilerin daha düz olması nedeniyle kayma inceltme etkisi zayıflar. 40 bar'dan daha yüksek CO 2 basıncında, kesilme hızı ile viskozite değişikliği ölçüm hatası aralığı dahilinde olduğundan, karışım Newtonian olarak kabul edilebilir. CO 2 çözülmesi zayıflar ve sonunda Zuata ham petrolünün kesilme inceltme etkisini ortadan kaldırır. Bu, ham petrole eritilen CO 2 molekülünün ham petroldeki makromoleküller tarafından oluşturulan ilişkili ağı, örneğin asfaltları bozabildiğini gösterir. Şekil 8'de gösterildiği gibi seyreltilmiş ham petrol ile ilgili olarak, CO 2 adYağ karışımı viskozitesini 70 bar'da minimuma düşürür. CO 2 basıncı 70 bar'ın üzerine çıktıkça ( Şekil 9 ), daha yüksek CO 2 basıncı yağ viskozitesinde bir artışa neden olur. Seifried ve ark.nın yaptığı çalışmaya göre; Şekil 11'de orijinal ve seyreltilmiş Zuata ham petrolünde, 80 ° C'nin üzerindeki CO 2 basınçlarında asfalten çökeltisinin başlangıcı meydana gelir. Bununla birlikte, reoloji denemelerinde basınç 80 bar'dan yüksek olduğunda, ham petrol / CO 2 karışımı Newton akışkanı gibi davranır. Bu asfalten çökelmesinin bu karışımın reolojik özelliklerini değiştirmediği anlamına gelir. Seyreltilmiş ham petrol için reoloji sonuçları da ilginçtir: Bu durumda CO 2 çözülmesi, Newtonian olmayan davranışa neden olur; bu sadece uygulamaKulakların belirli bir aralıktaki CO2 basıncında. CO2 eklenmesiyle indüklenen kesilme inceltme efekti için burada iki spekülasyon verilmiştir. İlk spekülasyon, Newton olmayan davranışın, CO 2 çözünümü altında asfalten molekülleri tarafından oluşturulan misellerden kaynaklanıyor olmasıdır. Ham petrol içinde çözülen CO 2, asfalten agregatlarının yapısı üzerindeki etkisiyle sistemin kritik misel konsantrasyonunu (CMC) azaltabilir ve bu, miseller 12 arasında daha fazla etkileşime neden olabilir. 30 ila 60 bar arasındaki basınçlarda, asfalten miselleri arasındaki mesafe, van der Waals çekim kuvveti 13'ün efektif aralığı dahilinde olabilir. Böylece, miseller arasında bir bağlantı ağı oluşur ve kayma inceltme etkisine neden olur. Bununla birlikte, basınç 60 bar'ın üzerinde olduğunda, çözücü ya da asfalten olmayan moleküller üzerindeki CO 2 etkisi etkindirBu da CMC'yi arttırır. Bu nedenle, asfalten miselleri istikrarsızlaştırılır ve sonuç olarak ilişkili ağ kaybolur. İkinci spekülasyon, faz davranışının bakış açısına dayanmaktadır. 30 ila 60 bar arasındaki CO 2 basıncında, karışımı sıvı-sıvı-buhar (LLV) sistemini oluşturan bir CO 2 zengin sıvı fazı üretilmiş olabilir. Bu iki sıvının bir emülsiyonu, iki sıvı fazın benzer yoğunluğundan dolayı kanştırma ve dolaştırma yoluyla karıştırma yoluyla oluşturulabilir. Emülsiyonun dağınık fazı olarak, CO 2 bakımından zengin sıvı faz ham petrol içinde asfalten ile stabilize edilebilir. Bu emülsiyon Newton olmayan davranış gösterir çünkü dağınık faz ilişkili bir ağa neden olur. Bununla birlikte, 60 bar'ın üzerindeki basınçta yağ karışımına daha fazla CO 2 çözündüğünde, iki sıvı faz tekrar karışabilir hale gelir. Sonuç bir Sıvı-buhar (LV) sistemi, CO 2 açısından zengin bir buharla dengede olan ham petrol açısından zengin bir sıvıdan oluşur ve ham petrol açısından zengin sıvı faz Newton tipi bir sıvı olarak davranır. Şekil 5. 50 ° C'de CO 2 ve çeşitli makaslama oranları ile Zuata ağır ham petrol için viskozite ölçümü. , Daha düşük kesme hızı sınırı; , Ortam; , 20 bar; , 40 bar; , 60 bar; , 80 bar; Ftp_upload / 55749 / 55749_dGreenDot.jpg "/>, 100 bar Hu ve ark.'nın 15. telif hakkı 2016 American Chemical Society'den izin alınarak tekrar basılan bu rakamın daha büyük sürümünü görmek için lütfen buraya tıklayınız . Şekil 6. 50 ° C'de CO 2 ve çeşitli makaslama oranları ile Zuata ağır ham petrol için viskozite ölçümü. , Daha düşük kesme hızı sınırı; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar;5749 / 55749_orangeDot.jpg "/>, 180 bar; , 200 bar; , 220 bar. Hu ve ark.'nın izniyle basılır . 15 . Telif Hakkı 2016 Amerikan Kimya Topluluğu. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız. Şekil 7. 50 ° C'de CO 2 ve çeşitli makaslama oranları ile Zuata ham petrolü için göreli viskozite. – -, ölçüm dalgalanma aralığı; , Ortam basıncı; , 20 bar; <img alt="Denklem" src = "/ dosyalar / ftp_upload / 55749 / 55749_orangeDot.jpg" />, 40 bar; , 60 bar; , 80 bar; , 100 bar; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar; , 180 bar; , 220 bar. Hu ve ark.'nın izniyle basılır . 15 . Telif Hakkı 2016 Amerikan Kimya Topluluğu. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız. E_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Şekil 8. 50 ° C'de CO 2 ile seyreltilmiş ham petrolün viskozite ölçümü ve çeşitli makaslama oranları. , Daha düşük kesme hızı sınırı; , 1 bar; , 10 bar; , 20 bar; , 30 bar; , 40 bar; , 50 bar; , 60 bar;D / 55749 / 55749_purpleDiamond.jpg "/>, 70 bar.Bu şekli daha büyük görmek için lütfen tıklayınız . Şekil 9. 50 ° C'de CO 2 ile seyreltilmiş ham petrol ve çeşitli makaslama oranları için viskozite ölçümü. , Daha düşük kesme hızı sınırı; , 80 bar; , 100 bar; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar; <img alt="Denklem" src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_lBlueX.jpg" />, 180 bar; , 200 bar; , 220 bar. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız. Şekil 10. 50 ° C'de CO 2 ve çeşitli makaslama oranları ile seyreltilmiş ham petrol için göreli viskozite. – -, ölçüm dalgalanma aralığı; , 1 bar; , 10 bar; , 20 bar;Tp_upload / 55749 / 55749_lGreenDiamond.jpg "/>, 30 bar; , 40 bar; , 50 bar; , 60 bar; , 70 bar. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Discussion

İşlemde iki adım kritiktir. Birincisi, tüm sistemi ham petrol numunesi ile hazırlıyor. Sistemi ham petrol numunesi ile doldurarak, dişli pompası yağ örneği tarafından iyi yağlanabilir ve dolaşım halkasındaki tıkanıklıklar kolayca tespit edilebilir. Böylece dişli pompası hasar görmemesi sağlanır. İkinci kritik adım, CO2 viskozitesi ve ham yağ arasındaki dengeyi teyit etmek için periyodik olarak karışım viskozitesini izlemektir. CO ₂ ve viskoz ağır ham petrol ¹⁶ arasındaki dengeye erişmek için önemli bir zaman harcaması göz önüne alındığında, reoloji ölçümünün çok erken yapılması CO ₂ ilavesinin yağ viskozitesi üzerindeki etkisini hafife alacaktır. Bu nedenle, sadece ölçülen viskozite sabit bir değere (% 4'ten az değişiklik) ulaştığında, karışım CO ₂ ile denge halinde kabul edilebilir mi.

Sadece mevcut ölçüm sistemiCO ₂ doymuş karışımın reolojisinin ölçülmesine izin verir. Az doymuş karışımları ölçmek için, yukarı akışlı bir tekne CO ₂ akımına sokulabilir. CO ₂ önce akış yukarı depoya sokulacak ve sonra kaynağından izole edilecek, böylece CO ₂ miktarı akış yukarı depoda hacim ve basınç ile kontrol edilebilecektir. Bu durumda sistemin toplam basıncı helyum gibi inert bir gaz ile kontrol edilir. Kariznovi ve ark . CO ₂ ve ağır ham petrol karışımı ^17'nin fiziksel özelliklerini ölçmek için kullanılan cihaz üzerinde iyi bir inceleme sağlar. Değişiklikler, gazetelerinde incelenen sistemlere atıfta bulunabilir.

Burada açıklanan sistemin gaz-sıvı karışımlarının reolojisini ölçebileceği belirtilmelidir; Bu nedenle onun kullanımı ham petrollerle sınırlı değildir. Örneğin, rh ₂ üzerindeki CO ₂ etkisini ölçmek için kullanılabilirPickering emülsiyonları ¹⁸ ^, ^19'un ve gazla indüklenen plastikleştirmenin özleri ⁶ . Elektriksel iletkenlik ölçüm cihazını rheometre basınç hücresine sokarak gaz çözünmesinin emülsiyonların kesilme indüklü faz dönüşümüne etkisi ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² ^, ²³ çalışılabilir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar, Katar Petrolleri, Shell ve Katar Bilim ve Teknoloji Parkı'nın ortaklaşa sağladığı Katar Karbonatları ve Karbon Saklama Araştırma Merkezi'nden (QCCSRC) kaynak ayırdıklarını takdirle karşıladılar. Yazarlar, ham petrol numunesi sağladığı için Frans van den Berg'e (Shell Global Solutions, Amsterdam, Hollanda) teşekkür etti.

Materials

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, 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).
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).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

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).