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.

Environnement

Meting van de reologie van ruwe olie in evenwicht met CO 2 Bij reservoir voorwaarden

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

Een methode voor het meten van de rheologie van ruwe olie in evenwicht met kooldioxide bij reservoiromstandigheden wordt gepresenteerd.

Abstract

Een rheometersysteem om de rheologie van ruwe olie in evenwicht met kooldioxide (CO ₂ ) bij hoge temperaturen en druk te meten wordt beschreven. Het systeem omvat een hoge druk rheometer die verbonden is met een circulatielus. De rheometer heeft een rotatie doorstromings meetcel met twee alternatieve geometrieën: coaxiale cilinder en dubbele kloof. De circulatielus bevat een mixer om het ruwe oliemonster in evenwicht te brengen met CO ₂ en een versnellingspomp die het mengsel van de mixer naar de rheometer vervoert en het terugbrengt naar de mixer. De CO ₂ en ruwe olie worden door middel van roeren en circulatie evenwicht gebracht en de reologie van het verzadigde mengsel wordt gemeten door de rheometer. Het systeem wordt gebruikt om de rheologische eigenschappen van Zuata-ruwe olie (en zijn tolueenverdunning) in evenwicht te meten met CO ₂ bij verhoogde druk tot 220 bar en een temperatuur van 50 ° C. De resultaten tonen tHoed CO ₂ -toevoeging verandert de olie-reologie significant, waardoor de viscositeit in eerste instantie wordt verminderd, aangezien de CO ₂ -druk wordt verhoogd en vervolgens de viscositeit verhoogt boven een drempeldruk. De niet-Newtonische reactie van de ruwe stof wordt ook gezien als gevolg van de toevoeging van CO ₂ .

Introduction

In de meeste literatuur over de fysische eigenschappen van CO ₂ en ruwe olie mengsels wordt viscositeit gemeten met behulp van een viscometer, wat betekent dat de meting wordt gemaakt bij een constante schuifsnelheid of schuifspanning. In deze studies wordt de viscositeit van CO ₂ en ruwe oliemengsel op een eenvoudige manier onderzocht: de belangstelling is de relatie tussen de viscositeit en andere parameters, zoals temperatuur, druk en CO ₂ concentratie. De belangrijkste veronderstelling die in deze studies is gemaakt, maar expliciet noemenswaardig is, is dat het CO ₂ en het ruwe oliemengsel zich gedragen als een Newtonische vloeistof. Het is welbekend dat sommige ruwe oliën, vooral zware ruwen, onder bepaalde omstandigheden ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ niet-Newtonisch gedrag kunnen tonen. Om het CO ₂ effect volledig te begrijpen, moet de viscositeit van CO ₂ En het ruwe olie mengsel moet worden bestudeerd als een functie van schuifsnelheid of stress.

Naar ons weten zijn alleen de studie van Behzadfar et al . Rapporteert de viscositeit van een zware ruwe olie met CO ₂ toevoeging bij verschillende schuifsnelheden met behulp van een rheometer ⁵ . Bij de meting van Behzadfar et al . Wordt het mengen tussen CO ₂ en ruwe olie bereikt door de rotatie van de binnencilinder van de coaxiale cilinder geometrie, een zeer langzame werkwijze. Daarnaast is het effect van de CO ₂ -oplossing op de reologie van polymere smeltjes gerapporteerd in de literatuur, die de studie van zware ruwe olie en CO ₂ -mengsels licht kon werpen. Royer et al . De viscositeit van drie commerciële polymeer smelten bij verschillende druk, temperaturen en CO ₂ concentraties, met behulp van een hoge druk extrusie spleet die rheometer ⁶ . Zij analyseren dan de data door het vrije volume E theorie. Andere vergelijkbare studies zijn te vinden in Gerhardt et al . ⁷ en Lee et al . ⁸ . Onze methode, waarbij het mengen wordt uitgevoerd in een externe mixer en de reologiemeting in een coaxiale cilinder geometrie, laat een meer grondige meting van de reologie van CO ₂ en ruwe oliemengsel toe.

Het circulatiesysteem dat we ontwikkelden bevat vier eenheden: een spuitpomp, mixer, tandwielpomp en rheometer, zoals getoond in Figuur 1 en Figuur 2 . Een roerbalk wordt onderaan de mixer geplaatst en magnetisch gekoppeld aan een roterende magneetset. Roeren wordt gebruikt om het mengen tussen CO ₂ en ruwe olie in de mixer te verbeteren, waardoor de aanpak van evenwicht tussen de fasen wordt versneld. De CO ₂ verzadigde oliefase wordt uit de buurt van de bodem van de menger verwijderd, met behulp van een duikbuis en door het meetsysteem verspreid.

Nt "> De viscositeit wordt gemeten door een hoge drukcel die op een rheometer is gemonteerd. Er zijn twee typen drukcellen. De ene is met een coaxiale cilinder geometrie, die is ontworpen voor het meten van viskeuze vloeistof, en de andere is met een Dubbele kloofgeometrie voor applicatie met lage viscositeit.

Figuur 1: Schema van het circulatiesysteem met coaxiale cilinder geometrie drukcel. De blauwe lijn vertegenwoordigt CO ₂ -stroom, en de zwarte lijn vertegenwoordigt de ruwe olie mengsels. Reprinted met toestemming van Hu et al. ¹⁴ . Copyright 2016 American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

E 2 "class =" xfigimg "src =" / bestanden / ftp_upload / 55749 / 55749fig2.jpg "/>
Figuur 2: De regeling van het circulatiesysteem met dubbele spleetgeometrie drukcel. De blauwe lijn vertegenwoordigt CO ₂ -stroom, en de zwarte lijn vertegenwoordigt de ruwe olie mengsels. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: De coaxiale cilinder geometrie drukcel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

De coaxiale cilinder geometrie drukcel ( Figuur 3 ) heeft een 0,5 mm kloof tussen de binnenste en buitenste cilinder, wat leidt tot een monstervolume van 18ml. De binnencilinder is magnetisch gekoppeld aan een roterende beker, die aan de rheometerspindel is bevestigd. Er zijn twee saffierlagers boven en onder in de binnencilinder, die direct in contact zijn met de rotatie-as van de binnencilinder. Aangezien de saffierlagers door het ontwerp aan het monster worden blootgesteld, kan de lagerwrijving variëren naargelang de smeringseigenschappen van het monster.

Figuur 4: De dubbele spleetgeometrie drukcel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Anderzijds omvat de dubbele kloofdrukcel een cilindrische rotor in een dubbele kloofgeometrie, zoals geïllustreerd door figuur 4 . De meetcilinder is gemonteerdOp de drukkop door twee kogellagers en magnetisch gekoppeld aan de rotatiekop, die verbonden is met de rheometerspindel. De kogellagers bevinden zich in de drukkop en niet in contact met het monster, dat in de meetspleet wordt ingespoten en overstroomt in een uitsparing in de stator waaruit het naar het mengvat teruggaat.

In een typisch experiment wordt het ruwe oliemonster eerst in de menger geladen. Nadat het gehele systeem met de ruwe olie is gepakt, wordt het resterende volume in het systeem geëvacueerd met behulp van een vacuümpomp. De CO ₂ wordt dan in de menger door de spuitpomp geïntroduceerd en het systeem zorgt voor de gewenste temperatuur en druk. De druk van het systeem wordt via de CO ₂ -fase via de spuitpomp geregeld. Wanneer de druk gestabiliseerd is, wordt de roerder ingeschakeld om de CO ₂ en de ruwe olie in de menger te mengen. Vervolgens wordt de versnellingspomp ingeschakeld om de oliefase van deMixer, vul de rheometer en recycleer de vloeistof terug naar de mixer. Daarom wordt het mengen tussen CO ₂ en ruwe olie gedaan door gelijktijdig in de menger te roeren en in de lus te circuleren. De evenwichtsstatus wordt gecontroleerd door periodieke meting van zowel het volume in de spuitpomp als de viscositeit van het mengsel. Wanneer er geen verandering (≤4%) is in zowel het volume als de viscositeit, wordt het evenwicht bevestigd. In dat stadium worden de versnellingspomp en roerder uitgeschakeld, de stroom door de meetcel geschorst en de reologiemeting wordt uitgevoerd.

Protocol

Opmerking: Aangezien het experiment bij hoge temperaturen en druk werkt, is veiligheid van groot belang. Het systeem is beveiligd tegen overdruk door de softwaregrens op de spuitpompcontroller en de brilschijven bij de mixer en tussen de tandwielpomp en de rheometer (zie Figuur 1 en Figuur 2 ). Bovendien wordt voor elk experiment aanbevolen een regelmatige lekcontrole uit te voeren. Het wordt ook aangeraden om de wrijvingscontrole van de drukcel geometrie uit te voeren om ervoor te zorgen dat de rheometer goed functioneert 9 , 10 . 1. Bereiding van de ruwe oliemonster OPMERKING: Gebruik het Zuata-ruwe oliemonster zoals ontvangen. De volgende tabel toont de fundamentele fysische eigenschappen van de Zuata-ruwe olie. Chaopgenomen productkenmerken Waarde API Gravity 9.28 Barrel Factor (bbl / t) 6.27 Totaal zwavel (% gew.) 3.35 Reid dampdruk (kPa) 1 Gietpunt (° C) 24 Bestaande H 2 S inhoud (ppm) – Potentiële H 2 S inhoud (ppm) 115 Potentiële HCl-inhoud (ppm) – Calc. Bruto Cal. Waarde (kJ / kg) 41.855 Tabel 1: De fysieke eigenschappen van de Zuata-ruwe olie. Voeg 128,57 g tolueen toe aan 300 g Zuata-ruwe olie om de verdunning te bereiden met 70 gew.% Zuata-ruwe olie en 30 gew.% Tolueen. Rommel het mengsel gedurende 3 uur bij kamertemperatuur. 2. Laad de ruwe oliemonster in de mixer Koppel de menger los van het systeem en open het open. Plaats een roerder onderaan de mixer. Breng 200 ml ruwe oliemonster in de menger. Nadat u alle schroeven hebt aangesloten, sluit u de menger weer aan op het systeem. 3. Primeren van het gehele systeem met de ruwe oliemonster Start het systeem met de drukcel van de coaxiale cilinder geometrie. OPMERKING: Raadpleeg afbeelding 1 om de klep te lokaliseren. Sluit de rheometer drukcel door de drukkop 9 vast te zetten . Monteer de rotatiebeker op de rheometerspindel. Pas het aan op de meetpositie 9 . Sluit de kleppen A, D, E, F, G en H. Open klep C. Open de stikstofcilinder. Breng het gecomprimeerde gas in de menger in door de kleppen H en E te openen. Wanneer het gas de menger bereikt, Sluit de klep H en de gascilinder. Open ventiel A. Het gecomprimeerde gas duw het ruwe oliemonster in de circulatielus door de zuigbuis. Wanneer het ruwe oliemonster afneemt van klep C in figuur 1 , wordt het gehele systeem opgevangen door het ruwe oliemonster. Open klep F om het overblijvende gas los te maken. Sluit ventiel C en open ventiel D. Zet de tandwielpomp aan om de vloeistof voor een tijdje te circuleren. Afhankelijk van de viscositeit van het ruwe oliemonster kan dit 1 tot 5 uur duren. OPMERKING: De druk van de gecomprimeerde stikstof die in de mixer wordt ingevoerd hangt af van de viscositeit van het ruwe oliemonster. Als de viscositeit van het ruwe oliemonster groter is dan 5 Pa ∙ s, kan de druk van gecomprimeerd gas groter zijn dan 15 bar. Voer het systeem uit met de dubbele spleetgeometrie drukcel. OPMERKING: Raadpleeg afbeelding 2 om de klep te lokaliseren. Verwijder tHij drukkop en de meetcilinder van de drukcel. Sluit de kleppen A, D, E, F, G, H en I. Open klep C. Open de stikstofcilinder. Breng het gecomprimeerde gas in de mixer door de kleppen H en E te openen. Wanneer het gas de menger bereikt, sluit de klep H en de gascilinder. Open ventiel A. Het gecomprimeerde gas duw het ruwe oliemonster in de circulatielus door de zuigbuis. Wanneer het ruwe oliemonster het binnenste gedeelte van de dubbele kloofgeometrie dompelt, open de klep F om de druk in de menger los te laten. Zet de versnellingspomp aan. Zet de toerentalsnelheid van de tandwiel voorzichtig aan. Zorg ervoor dat de inlaatstroom naar de drukcel, die door de versnellingspomp wordt bepaald, kleiner is dan of gelijk is aan de uitlaatstroom van de drukcel, die door de zwaartekracht wordt bepaald. Wanneer een redelijke draaisnelheid van de tandwielpomp wordt gevonden en het ruwe oliemonster afneemt van klep C, wordt het gehele systeem door de olie geperst. THoorn zet de tandwielpomp uit. Monteer de meetcilinder en drukkop op de drukcel 10 . Sluit ventiel C en open ventiel D. Zet de tandwielpomp aan om de vloeistof te circuleren. OPMERKING: als het ruwe oliemonster een viscositeit heeft die vergelijkbaar is met water, is het gecomprimeerde gas met een druk van 3 tot 4 bar voldoende. 4. Evakueren van het resterende volume in het systeem Sluit de kleppen A en D in Figuur 1 of Figuur 2 . Sluit de vacuümpomp aan op klep F. Zet de vacuümpomp gedurende 15 minuten aan. Sluit de klep F en zet de vacuümpomp uit. 5. Introductie van CO 2 in de Mixer Met coaxiale cilinder geometrie drukcel Open klep G en de CO 2 cilinder in Figuur 1 . Open klep D in Figuur 1 . </ li> Nadat de CO 2 de resterende ruimte in het systeem heeft gevuld, sluit de klep G en de CO 2 cilinder om te voorkomen dat CO 2 terugstroomt naar de cilinder. Met dubbele spleet geometrie druk cel Open klep G en de CO 2 cilinder in Figuur 2 . Open klep D en I in Figuur 2 . Nadat de CO 2 de resterende ruimte in het systeem heeft gevuld, sluit de klep G en de CO 2 cilinder om te voorkomen dat CO 2 terugstroomt naar de cilinder. 6. Temperatuur en druk instellen Voer de gewenste temperatuurwaarde in op de mixer en de rheometer. Voer de gewenste temperatuurwaarde in voor het verwarmingssysteem van het pijpleidingsnetwerk. Voer de gewenste drukwaarde in op de spuitpomp. Wacht tot de temperatuur en de druk stabiliseren. Jove_title "> 7. De roer- en versnellingspomp inschakelen Open de kleppen in de stroomafwaartse en stroomopwaartse van de versnellingspomp. 8. Monitoring van het volume in de mixer en de mengselsviscositeit Noteer de volume lezing in de injectiespuit gedurende elke 6 uur. Zet na elke 6 uur de roerder en tandwielpomp uit. Meet de viscositeit van het mengsel door de rheometer. De viscositeitsmeting begint met een 5 min afwikkelingstijd en meet dan de viscositeit bij een constante schuifsnelheid van 10 s -1 . Wanneer de volume en viscositeitwaarden aanzienlijke verschillen (> 4%) tussen twee consequente metingen tonen, zet u de tandwielpomp weer aan en roer opnieuw om het mengen voort te zetten. Wanneer zowel de volume- als de viscositeitsmetingen geen veranderingen in de waarden (≤ 4%) tonen, wordt het evenwicht tussen het CO 2 en het ruwe oliemonster bevestigd. Zet de tandwielpomp en roerder voor de reologie-meting uit. NOTITIE:De mengperiode kan 1 tot 2 dagen duren, afhankelijk van de viscositeit van het ruwe oliemonster. 9. Uitvoering van de reologiemeting Met coaxiale cilinder geometrie drukcel 9 Sluit de kleppen A en D in Figuur 1 voor de reologiemeting. Voorafscheid het mengsel bij een schuifsnelheid van 10 s -1 gedurende 0,5 min. Rust het mengsel gedurende 1 minuut. Meet de viscositeit van het mengsel bij schuifsnelheid van 500 s -1 tot 10 s -1 . Bij elke schuifsnelheid is de schuifsnel aanpassingstijd 0,2 min. De meetduur bij elke schuifstapstap is logaritmisch verhoogd van 0,5 min tot 1 min, exclusief de schuifsnel aanpassingstijd. Met dubbele spleet geometrie drukcel 10 Sluit de kleppen A en D in Figuur 2 voor de reologiemeting. Pre-shearHet mengsel bij schuifsnelheid van 10 s -1 gedurende 0,5 min. Rust het mengsel gedurende 1 minuut. Meet de viscositeit van het mengsel bij schuifsnelheid van 250 s -1 tot 10 s -1 . Bij elke schuifsnelheid is de schuifsnel aanpassingstijd 0,2 min. De meetduur bij elke schuifstapstap is logaritmisch verhoogd van 0,5 min tot 1 min, exclusief de schuifsnel aanpassingstijd. 10. Verhoog de druk naar de volgende gewenste waarde Met de coaxiale cilinder geometrie drukcel Sluit klep E in Figuur 1 . Voer meer CO 2 in de spuitpomp door het ventiel G en de CO 2 -cilinder te openen. Sluit de klep G en de CO 2 cilinder. Open klep E om meer CO 2 aan de mixer toe te voegen. Als de druk lager is dan de gewenste waarde, herhaal dit om meer CO 2 in te voeren . Voer de nieuwe druk set poInt in de spuitpomp. Wacht tot de druk stabiliseert. Met de dubbele spleetgeometrie drukcel Sluit de kleppen E en I in Figuur 2 . Voer meer CO 2 in de spuitpomp door het ventiel G en de CO 2 -cilinder te openen. Sluit de klep G en de CO 2 cilinder. Open kleppen E en I om meer CO 2 aan de mixer toe te voegen. Als de druk lager is dan de gewenste waarde, herhaal stap om meer CO 2 in te voeren . Voer het nieuwe drukpunt in de spuitpomp in. Wacht tot de druk stabiliseert. OPMERKING: Herhaal stap 7 tot en met 10 voor de reologiemeting bij hogere druk.

Representative Results

De rheologiemeting van de Zuata-ruwe olie en zijn CO 2 verzadigd mengsel, bij 50 ° C onder gebruikmaking van de coaxiale cilinder geometrie drukcel, wordt getoond in Figuur 5 en Figuur 6 . Figuur 5 toont de meting van omgeving tot 100 bar, terwijl Figuur 6 de meting toont van 120 bar tot 220 bar. Verder illustreert figuur 7 de relatieve viscositeit, welke de verhouding is van de viscositeit bij een gegeven schuifsnelheid tot de viscositeit bij de laagste schuifsnelheid. De gestippelde lijnen in Figuur 7 zijn de maximale meetfout veroorzaakt door de wrijving van de lagers van de geometrie. De reologiemeting bij 50 ° C van de verdunde Zuata-ruwe olie, met behulp van een dubbele spleetgeometrie drukcel, is iWeergegeven in figuur 8 en figuur 9 , terwijl figuur 10 de relatieve viscositeit voor druk tot 70 bar toont. Verder blijkt uit Figuur 10 dat de verdunde ruwe olie bij omgevingsdruk gedraagt als een Newtonische vloeistof. Wanneer de CO 2 -druk echter van 30 bar tot 60 bar ligt, wordt het schuifdunnings effect waargenomen. Bij een CO 2 -druk boven 60 bar verdwijnt het afscheidende verdunnen en het mengsel gedraagt zich weer als een Newtonische vloeistof. Uit figuur 5 en figuur 6 kan men zien dat de CO 2 -oplossing de viscositeit van het ruwe oliemengsel tot 100 bar aanzienlijk vermindert. Wanneer de CO 2 -druk groter is dan 100 bar, neemt de viscositeit van het oliemengsel toe met toenemende CO 2 -druk, maar met een veel lagere snelheid. <pclass > In figuur 7 blijkt dat de Zuata-ruwe olie een scheerdunning effect toont zonder CO 2 -toevoeging. Wanneer CO 2 in de ruwe olie wordt opgelost, wordt het schuifdunnings effect verzwakt, gezien de curven bij hogere CO 2 -druk platter zijn. Bij CO 2 -druk hoger dan 40 bar ligt de viscositeitsverandering met schuifsnelheid binnen het meetfoutbereik, waardoor het mengsel kan worden beschouwd als Newton. CO 2 -oplossing verzwakt en elimineert uiteindelijk het schuifverdunende effect van de Zuata-ruwe olie. Dit wijst erop dat het CO 2 -molecuul opgelost in de ruwe olie uiteindelijk het associatieve netwerk dat door de macromoleculen in de ruwe olie, zoals asfaltenen, wordt gegenereerd, kan verstoren. Wat de verdunde ruwe olie betreft, zoals getoond in figuur 8 , is de CO 2 -advertentieDitioneel vermindert de viscositeit van het oliemengsel op een minimum van 70 bar. Aangezien de CO 2 -druk groter is dan 70 bar ( Figuur 9 ), veroorzaakt de hogere CO 2 -druk een verhoging van de olieviscositeit. Volgens de studie van Seifried et al . 11 , in zowel de oorspronkelijke als verdunde Zuata-ruwe olie, komt de aanvang van asfalten neerslag bij CO 2 druk boven 80 bar voor. In onze reologische experimenten, wanneer de druk hoger is dan 80 bar, gedraagt het ruwe olie / CO 2- mengsel zich echter als een Newtonische vloeistof. Dit impliceert dat asfalten neerslag de rheologische eigenschappen van dit mengsel niet verandert. De rheologie resultaten voor de verdunde ruwe olie zijn ook interessant: in dit geval geeft CO 2 -oplossing aanleiding tot het niet-Newtonische gedrag, dat alleen appOren in een bepaald bereik van CO 2 druk. Er worden hier twee speculaties gegeven voor het schuifverdunning door CO 2 toevoeging. De eerste speculatie is dat het niet-Newtonische gedrag wordt veroorzaakt door micellen die worden gevormd door de asfalteenmoleculen onder CO 2 -oplossing. De CO 2 opgelost in de ruwe olie kan de kritische micelleconcentratie (CMC) van het systeem verminderen door zijn werking op de structuur van asfalteenaggregaten, en dit kan leiden tot een grotere interactie tussen micellen 12 . Bij druk van 30 tot 60 bar kan de afstand tussen asfaltenmikellen binnen het effectieve bereik van de van der Waals aantrekkingskracht 13 liggen . Zo wordt een associerend netwerk gevormd tussen de micellen en veroorzaakt het schuifdunnings effect. Wanneer de druk echter hoger is dan 60 bar, is het CO 2 -effect op het oplosmiddel of de niet-asfalteenmoleculen domInating, wat leidt tot het verhogen van de CMC. Daarom worden de asfalten micellen gedestabiliseerd, en daardoor verdwijnt het associatie netwerk. De tweede speculatie is gebaseerd op het fasegedragpunt. Bij CO 2 -druk tussen 30 en 60 bar kan een CO 2 rijke vloeistoffase zijn gegenereerd, waardoor het mengsel een vloeibaar-vloeibaar-damp (LLV) systeem vormt. Een emulsie van deze twee vloeistoffen zou kunnen worden gevormd door het mengen door roeren en circulatie door de gelijkmatige dichtheid van de twee vloeibare fasen. Als de gedispergeerde fase van de emulsie kan de CO2-rijke vloeibare fase worden gestabiliseerd door de asfalteen in de ruwe olie. Deze emulsie toont niet-Newtonisch gedrag omdat de gedispergeerde fase aanleiding geeft tot een associatie netwerk. Wanneer echter meer CO 2 in het oliemengsel wordt opgelost bij een druk boven 60 bar, worden de twee vloeibare fasen opnieuw mengbaar. Het resultaat is a Vloeibaar-damp (LV) systeem bestaat uit een ruwe olie rijke vloeistof in evenwicht met een CO 2 rijke damp en de ruwe olie rijke vloeibare fase gedraagt zich als een Newtonische vloeistof. Figuur 5. Viscositeitsmeting voor de Zuata zware ruwe olie met CO 2 bij 50 ° C en verschillende schuifsnelheden. , Limiet voor lagere schuifgraad; , Omringend; , 20 bar; , 40 bar; 60 bar; , 80 bar; Ftp_upload / 55749 / 55749_dGreenDot.jpg "/>, 100 bar. Reprinted with permission van Hu et al. 15. Copyright 2016 American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken. Figuur 6. Viscositeitsmeting voor de Zuata zware ruwe olie met CO 2 bij 50 ° C en verschillende schuifsnelheden. , Limiet voor lagere schuifgraad; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar;5749 / 55749_orangeDot.jpg "/>, 180 bar; , 200 bar; , 220 bar. Reprinted met toestemming van Hu et al. 15 . Copyright 2016 American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 7. De relatieve viscositeit voor de Zuata-ruwe olie met CO 2 bij 50 ° C en verschillende schuifsnelheden. – -, meetfluctuatiebereik; , omgevingsdruk; , 20 bar; <img alt="Vergelijking" 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. Reprinted met toestemming van Hu et al. 15 . Copyright 2016 American Chemical Society. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. E_content "voor: keep-together.within-page =" 1 "> Figuur 8. Viscositeitsmeting voor de verdunde ruwe olie met CO 2 bij 50 ° C en verschillende schuifsnelheden. , Limiet voor lagere schuifgraad; , 1 bar; , 10 bar; , 20 bar; , 30 bar; , 40 bar; , 50 bar; 60 bar;D / 55749 / 55749_purpleDiamond.jpg "/>, 70 bar. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 9. Viscositeitsmeting voor de verdunde ruwe olie met CO 2 bij 50 ° C en verschillende schuifsnelheden. , Limiet voor lagere schuifgraad; , 80 bar; , 100 bar; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar; <img alt="Vergelijking" src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_lBlueX.jpg" />, 180 bar; , 200 bar; , 220 bar. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken. Figuur 10. De relatieve viscositeit voor de verdunde ruwe olie met CO 2 bij 50 ° C en verschillende schuifsnelheden. – -, meetfluctuatiebereik; , 1 bar; , 10 bar; , 20 bar;Tp_upload / 55749 / 55749_lGreenDiamond.jpg "/>, 30 bar; , 40 bar; , 50 bar; 60 bar; , 70 bar. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

Twee stappen zijn cruciaal in de operatie. De eerste is het hele systeem door het ruwe oliemonster. Door het systeem met het ruwe oliemonster op te vullen, kan de tandwielpomp goed worden gesmeerd door het oliemonster, en eventuele verstoppingen in de circulatielus kunnen gemakkelijk worden geïdentificeerd. Zo kan de tandwielpomp voorkomen worden van beschadiging. De tweede kritische stap volgt periodiek de viscositeit van het mengsel om het evenwicht tussen CO ₂ en ruwe olie te bevestigen. Aangezien het een aanzienlijke hoeveelheid tijd kost om het evenwicht tussen CO ₂ en viskeuze zware ruwe olie ^{16 te bereiken} , zal het effect van CO ₂ -toevoeging op de olieviscositeit te vroeg worden onderschat door de rheologiemeting te vroeg. Alleen wanneer de viscositeit gemeten een constante waarde bereikt (minder dan 4% verandering), kan het mengsel in evenwicht met CO ₂ worden beschouwd.

Alleen het huidige meetsysteemLaat de reologiemeting toe van het CO ₂ verzadigde mengsel. Om onderverzadigde mengsels te meten, zou een stroomopwaartse vaartuig kunnen worden geïntroduceerd in de CO ₂ -stroom. De CO ₂ wordt eerst aan het stroomopwaartse vat geïntroduceerd en vervolgens geïsoleerd uit de bron, zodat de hoeveelheid CO ₂ kan worden geregeld door het volume en de druk in het stroomopwaartse vat. De totale druk van het systeem in dit geval zou gecontroleerd worden door een inert gas, zoals helium. Kariznovi et al . Geeft een goede beoordeling op het apparaat dat wordt gebruikt om de fysische eigenschappen van CO ₂ en zwaar ruwe olie mengsel ¹⁷ te meten. Wijzigingen kunnen verwijzen naar de systemen die in hun document zijn beoordeeld.

Er dient te worden vermeld dat het hier beschreven systeem de reologie van eventuele gas-vloeibare mengsels kan meten; Daarom is de toepassing ervan niet beperkt tot ruwe oliën. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt om het CO ₂ effect op de rh te metenEologie van Pickering emulsies ¹⁸ ^, ¹⁹ en gas geïnduceerde plasticisatie ⁶ . Door het elektrische geleidingsvermogen meetinstrument in de rheometer drukcel in te voeren, kan ook het effect van gasoplossing op de schuifgeïnduceerde fase inversie van emulsies ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² ^, ²³ worden bestudeerd.

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs erkennen dankbaar financiering van het Qatar Carbonates en Carbon Storage Research Center (QCCSRC), die gezamenlijk door Qatar Petroleum, Shell, en Qatar Science and Technology Park wordt aangeboden. De auteurs bedanken Frans van den Berg (Shell Global Solutions, Amsterdam, Nederland) om het ruwe oliemonster te leveren.

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

Citer Cet 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).