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

Ruien Hu; John Crawshaw

doi:10.3791/55749

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Environnement

Medição da reologia do petróleo bruto em equilíbrio com CO 2 Nas condições do reservatório

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

É apresentado um método para medir a reologia do petróleo bruto em equilíbrio com o dióxido de carbono nas condições do reservatório.

Abstract

É descrito um sistema reómetro para medir a reologia do petróleo bruto em equilíbrio com dióxido de carbono (CO ₂ ) a altas temperaturas e pressões. O sistema compreende um reómetro de alta pressão que está ligado a um circuito de circulação. O reômetro possui uma célula rotativa de medição de fluxo com duas geometrias alternativas: cilindro coaxial e abertura dupla. O circuito de circulação contém um misturador, para levar a amostra de petróleo bruto em equilíbrio com CO ₂ e uma bomba de engrenagem que transporta a mistura do misturador para o reômetro e recicla de volta ao misturador. O CO ₂ e o óleo bruto são levados ao equilíbrio por agitação e circulação e a reologia da mistura saturada é medida pelo reômetro. O sistema é usado para medir as propriedades reológicas do óleo bruto de Zuata (e sua diluição de tolueno) em equilíbrio com CO ₂ em pressões elevadas até 220 bar e uma temperatura de 50 ° C. Os resultados mostram tO aumento da adição de CO ₂ altera significativamente a reologia do óleo, reduzindo inicialmente a viscosidade à medida que a pressão do CO ₂ aumenta e, em seguida, aumenta a viscosidade acima de uma pressão limiar. A resposta não-newtoniana do petróleo bruto também é vista para mudar com a adição de CO ₂ .

Introduction

Na maior parte da literatura sobre as propriedades físicas do CO ₂ e misturas de óleo bruto, a viscosidade é medida usando um viscosímetro, o que significa que a medição é feita com uma taxa de cisalhamento constante ou esforço de cisalhamento. Nestes estudos, a viscosidade da mistura de CO ₂ e óleo bruto é investigada de forma simples: o foco de interesse é a relação entre a viscosidade e outros parâmetros, como temperatura, pressão e concentração de CO ₂ . O pressuposto chave feito nestes estudos, embora raramente mencionado explicitamente, é que a mistura de CO ₂ e petróleo bruto se comporta como um fluido newtoniano. No entanto, é bem sabido que alguns óleos brutos, especialmente o grosso pesado, podem mostrar comportamento não-newtoniano sob certas condições ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ . Portanto, para entender completamente o efeito CO ₂ , a viscosidade do CO ₂ E a mistura de óleo bruto deve ser estudada em função da taxa de cisalhamento ou do estresse.

A nosso conhecimento, apenas o estudo de Behzadfar et al . Relata a viscosidade de um óleo bruto pesado com adição de CO ₂ a diferentes taxas de cisalhamento usando um reômetro ⁵ . Na medida de Behzadfar et al ., A mistura entre o CO ₂ e o petróleo bruto é conseguida pela rotação do cilindro interno da geometria do cilindro coaxial, processo muito lento. Além disso, o efeito da dissolução de CO ₂ na reologia das fusões de polímero tem sido relatado na literatura, o que poderia esclarecer o estudo de misturas pesadas de petróleo bruto e CO ₂ . Royer et al . Medir a viscosidade de três fusíveis de polímero comercial em várias pressões, temperaturas e concentrações de CO ₂ , utilizando um reômetro de matriz de fenda de extrusão de alta pressão ⁶ . Eles então analisam os dados através do volume livre E teoria. Outros estudos semelhantes podem ser encontrados em Gerhardt et al . ⁷ e Lee et al . ⁸ . Nosso método, onde a mistura é realizada em um mixer externo e a medida de reologia em uma geometria de cilindro coaxial, permite uma medição mais completa da reologia de CO ₂ e mistura de óleo bruto.

O sistema de circulação que desenvolvemos contém quatro unidades: uma bomba de seringa, misturador, bomba de engrenagem e reómetro, como mostrado na Figura 1 e na Figura 2 . Uma barra de agitação é colocada na parte inferior do misturador e acoplada magneticamente com um conjunto de ímã rotativo. A agitação é utilizada para melhorar a mistura entre o CO ₂ e o petróleo bruto no misturador, acelerando a aproximação ao equilíbrio entre as fases. A fase de óleo saturado de CO ₂ é retirada de perto da parte inferior do misturador usando um tubo de imersão e circula através do sistema de medição.

Nt "> A viscosidade é medida por uma célula de alta pressão montada em um reômetro. Existem dois tipos de células de pressão: uma é com uma geometria coaxial do cilindro, projetada para a medição de fluido viscoso, e a outra com uma Geometria de duplo espaço para aplicações de baixa viscosidade.

Figura 1: Esquema do sistema de circulação com célula de pressão de geometria cilíndrica coaxial. A linha azul representa o fluxo de CO ₂ , e a linha preta representa as misturas de petróleo bruto. Reimpresso com permissão de Hu et al. ¹⁴ . Copyright 2016 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 2: O esquema do sistema de circulação com célula de pressão de geometria de intervalo duplo. A linha azul representa o fluxo de CO ₂ , e a linha preta representa as misturas de petróleo bruto. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: A célula de pressão da geometria coaxial do cilindro. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

A célula de pressão da geometria do cilindro coaxial ( Figura 3 ) possui um intervalo de 0,5 mm entre o cilindro interno e externo, levando a um volume de amostra de 18ML. O cilindro interno é acoplado magneticamente com um copo giratório, que está preso ao fuso do reómetro. Existem dois rolamentos de safira na parte superior e inferior do cilindro interno, que estão diretamente em contato com o eixo de rotação do cilindro interno. Uma vez que os rolamentos de safira são expostos à amostra por design, o atrito do rolamento pode variar de acordo com as propriedades de lubrificação da amostra.

Figura 4: A célula de pressão de geometria de intervalo duplo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Por outro lado, a célula de pressão de abertura dupla compreende um rotor cilíndrico em uma geometria de duplo espaço, conforme ilustrado na Figura 4 . O cilindro de medição está montadoNa cabeça de pressão através de dois rolamentos de esferas e acoplado magneticamente com o copo de rotação, que está conectado ao fuso do reómetro. Os rolamentos de esferas estão localizados dentro da cabeça de pressão e não estão em contato com a amostra, que é injetada no espaço de medição e transborda em um recesso no estator do qual é devolvido ao recipiente de mistura.

Em um experimento típico, a amostra de petróleo bruto é primeiro carregada no misturador. Depois de iniciar o sistema completo com o óleo bruto, o volume restante no sistema é evacuado usando uma bomba de vácuo. O CO ₂ é então introduzido no misturador através da bomba da seringa e o sistema é levado à temperatura e pressão desejadas. A pressão do sistema é controlada através da fase de CO ₂ pela bomba da seringa. Quando a pressão se estabiliza, o agitador é ligado para misturar o CO ₂ eo óleo cru dentro do misturador. Em seguida, a bomba de engrenagens é ligada para retirar a fase de óleo daMisturador, preencha o reômetro e recicle o fluido de volta ao misturador. Portanto, a mistura entre o CO ₂ e o óleo bruto é feita agitando simultaneamente no misturador e circulando no circuito. O estado de equilíbrio é monitorado por medição periódica tanto do volume na bomba da seringa quanto da viscosidade da mistura. Quando não há mudança (≤ 4%) tanto no volume como na viscosidade, o equilíbrio é confirmado. Nessa fase, a bomba de engrenagens e o agitador são desligados, suspendendo o fluxo através da célula de medição e a medição de reologia é realizada.

Protocol

Nota: Uma vez que o experimento funciona a alta temperatura e pressão, a segurança é primordial. O sistema está protegido contra a sobrepressão pelo limite do software no controlador da bomba da seringa e nos discos de ruptura no misturador e entre a bomba de engrenagem e o reómetro (ver Figura 1 e Figura 2 ). Além disso, antes de cada experimento, recomenda-se uma verificação de vazamento regular. Também é recomendado realizar a verificação de fricção da geometria da célula de pressão para garantir que o reómetro esteja funcionando bem 9 , 10 . 1. Preparando a amostra de petróleo bruto NOTA: Use a amostra de óleo bruto de Zuata conforme recebido. A tabela a seguir mostra as propriedades físicas básicas do óleo bruto de Zuata. ChaRacterísticas Valor API Gravity 9.28 Fator do barril (bbl / t) 6.27 Enxofre total (% em peso) 3.35 Reid Pressão de vapor (kPa) 1 Ponto de despejo (° C) 24 Conteúdo H 2 S existente (ppm) – Conteúdo Potencial de H 2 S (ppm) 115 Conteúdo Potencial de HCl (ppm) – Calc. Gross Cal. Valor (kJ / kg) 41.855 Tabela 1: Propriedades físicas do óleo bruto de Zuata. Adicionar 128,57 g de tolueno a 300 g de óleo bruto de Zuata para preparar a diluição com 70% em peso de óleo bruto de Zuata e 30% em peso de tolueno. Balance a mistura à temperatura ambiente por 3 h. 2. Carregando a amostra de óleo bruto no misturador Desconecte o misturador do sistema e abra-o. Coloque um agitador na parte inferior do misturador. Carregue 200 mL de amostra de óleo bruto no misturador. Depois de apertar todos os parafusos, conecte o misturador de volta ao sistema. 3. Primando o sistema inteiro com a amostra de petróleo bruto Prime o sistema com a célula de pressão da geometria cilíndrica coaxial. NOTA: Consulte a Figura 1 para localizar a válvula. Feche a célula de pressão do reômetro apertando a cabeça de pressão 9 . Monte o copo de rotação no fuso do reómetro. Ajuste-o para a posição de medição 9 . Feche as válvulas A, D, E, F, G e H. Abra a válvula C. Abra o cilindro de nitrogênio. Introduza o gás comprimido no misturador abrindo as válvulas H e E. Quando o gás atingir o misturador, Feche a válvula H e a garrafa de gás. Abra a válvula A. O gás comprimido empurrará a amostra de óleo bruto para o circuito de circulação através do tubo de sucção. Quando a amostra de óleo bruto está escorrendo da válvula C na Figura 1 , todo o sistema é preparado pela amostra de petróleo bruto. Abra a válvula F para liberar o gás restante. Feche a válvula C e abra a válvula D. Ligue a bomba de engrenagem para circular o fluido por um tempo. Dependendo da viscosidade da amostra de óleo bruto, isso pode levar de 1 a 5 h. NOTA: A pressão do nitrogênio comprimido introduzido no misturador depende da viscosidade da amostra de petróleo bruto. Se a viscosidade da amostra de petróleo bruto for superior a 5 Pa ∙ s, a pressão do gás comprimido pode ser maior do que 15 bar. Prime o sistema com a célula de pressão da geometria do duplo espaço. NOTA: Consulte a Figura 2 para localizar a válvula. Remover tEle pressiona a cabeça e o cilindro de medição da célula de pressão. Feche as válvulas A, D, E, F, G, H e I. Abra a válvula C. Abra o cilindro de nitrogênio. Introduza o gás comprimido no misturador abrindo as válvulas H e E. Quando o gás chegar ao misturador, feche a válvula H e a garrafa de gás. Abra a válvula A. O gás comprimido empurrará a amostra de óleo bruto para o circuito de circulação através do tubo de sucção. Quando a amostra de óleo bruto mergulhe a parte interna da geometria do duplo espaço, abra a válvula F para liberar a pressão no misturador. Ligue a bomba de engrenagens. Ajuste cuidadosamente a velocidade de rotação da bomba de engrenagem. Certifique-se de que a taxa de fluxo de entrada para a célula de pressão, que é determinada pela bomba de engrenagem, é menor ou igual à taxa de fluxo da saída da célula de pressão, que é determinada por gravidade. Quando uma velocidade de rotação razoável da bomba de engrenagem é encontrada e a amostra de óleo bruto está escorrendo da válvula C, todo o sistema é preparado pelo óleo. TGalinha apague a bomba de engrenagem. Monte o cilindro de medição e a cabeça de pressão na célula de pressão 10 . Feche a válvula C e abra a válvula D. Ligue a bomba de engrenagem para circular o fluido. NOTA: Se a amostra de óleo bruto tiver uma viscosidade semelhante à água, o gás comprimido com pressão de 3 a 4 bar é suficiente. 4. Evacuando o volume restante no sistema Feche as válvulas A e D na Figura 1 ou na Figura 2 . Conecte a bomba de vácuo à válvula F. Ligue a bomba de vácuo por 15 min. Feche a válvula F e depois desligue a bomba de vácuo. 5. Introdução de CO 2 no Mixer Com célula de pressão de geometria cilíndrica coaxial Abra a válvula G e o cilindro de CO 2 na Figura 1 . Abra a válvula D na Figura 1 . </ Li> Depois que o CO 2 enche o espaço restante no sistema, feche a válvula G e o cilindro de CO 2 para evitar que o CO 2 flua para o cilindro. Com célula de pressão de geometria de intervalo duplo Abra a válvula G e o cilindro de CO 2 na Figura 2 . Abra a válvula D e I na Figura 2 . Depois que o CO 2 enche o espaço restante no sistema, feche a válvula G e o cilindro de CO 2 para evitar que o CO 2 flua para o cilindro. 6. Configuração da temperatura e pressão Introduza o valor da temperatura desejada no misturador e no reómetro. Insira o valor da temperatura desejada no sistema de aquecimento da rede da tubulação. Insira o valor da pressão desejada na bomba da seringa. Aguarde a estabilização da temperatura e da pressão. Jove_title "> 7. Ligar o Agitador e a bomba de engrenagem Abra as válvulas na parte a jusante e a montante da bomba de engrenagem. 8. Monitorando o Volume no Misturador e a Viscosidade da Mistura Grave a leitura do volume em bomba de seringa por cada 6 h. Após todas as 6 h, desligue o agitador e a bomba de engrenagem. Meça a viscosidade da mistura através do reómetro. A medida da viscosidade começa com um tempo de estabilização de 5 minutos e, em seguida, mede a viscosidade a uma taxa de cisalhamento constante de 10 s -1 . Quando os valores de volume e viscosidade mostram diferenças consideráveis (> 4%) entre duas medidas conseqüentes, ligue a bomba de engrenagem e o agitador novamente para continuar a mistura. Quando ambas as medidas de volume e viscosidade não apresentam alteração nos valores (≤ 4%), o equilíbrio entre o CO 2 e a amostra de óleo bruto é confirmado. Desligue a bomba de engrenagem e o agitador para a medição de reologia. NOTA:O período de mistura pode durar de 1 a 2 dias, dependendo da viscosidade da amostra de óleo bruto. 9. Realização da Medição de Reologia Com célula de pressão de geometria cilíndrica coaxial 9 Feche as válvulas A e D na Figura 1 para a medição de reologia. Pré-cortar a mistura à taxa de cisalhamento de 10 s -1 durante 0,5 min. Descanse a mistura por 1 min. Meça a viscosidade da mistura à taxa de cisalhamento de 500 s -1 a 10 s -1 . A cada taxa de cisalhamento, o tempo de ajuste da taxa de cisalhamento é de 0,2 min. A duração da medição em cada passo de taxa de cisalhamento é logaritmicamente aumentada de 0,5 min para 1 min, excluindo o tempo de ajuste da taxa de cisalhamento. Com célula de pressão de geometria de intervalo duplo 10 Feche as válvulas A e D na Figura 2 para a medição da reologia. Pré-cisalhamentoA mistura à taxa de cisalhamento de 10 s -1 durante 0,5 min. Descanse a mistura por 1 min. Medir a viscosidade da mistura à taxa de cisalhamento de 250 s -1 a 10 s -1 . A cada taxa de cisalhamento, o tempo de ajuste da taxa de cisalhamento é de 0,2 min. A duração da medição em cada passo de taxa de cisalhamento é logaritmicamente aumentada de 0,5 min para 1 min, excluindo o tempo de ajuste da taxa de cisalhamento. 10. Aumentando a pressão para o próximo valor desejado Com a célula de pressão da geometria cilíndrica coaxial Feche a válvula E na Figura 1 . Introduza mais CO 2 na bomba da seringa, abrindo a válvula G e o cilindro de CO 2 . Feche a válvula G e o cilindro de CO 2 . Abra a válvula E para adicionar mais CO 2 ao misturador. Se a pressão for inferior ao valor desejado, repita para introduzir mais CO 2 . Insira o novo conjunto de pressão poInt na bomba da seringa. Aguarde a estabilização da pressão. Com a célula de pressão de geometria de dupla fenda Feche as válvulas E e I na Figura 2 . Introduza mais CO 2 na bomba da seringa, abrindo a válvula G e o cilindro de CO 2 . Feche a válvula G e o cilindro de CO 2 . Abra as válvulas E e I para adicionar mais CO 2 ao misturador. Se a pressão for inferior ao valor desejado, repita a etapa para introduzir mais CO 2 . Insira o novo ponto de ajuste de pressão na bomba da seringa. Aguarde a estabilização da pressão. NOTA: Repita as etapas 7 a 10 para a medição de reologia em pressões mais altas.

Representative Results

A medida de reologia do óleo bruto de Zuata e sua mistura saturada de CO 2 , a 50 ° C usando a célula de pressão da geometria do cilindro coaxial, é mostrada pela Figura 5 e Figura 6 . A Figura 5 mostra a medida da temperatura ambiente para 100 bar, enquanto a Figura 6 mostra a medida de 120 bar a 220 bar. Além disso, a Figura 7 ilustra a viscosidade relativa, que é a proporção da viscosidade a uma taxa de cisalhamento dada à viscosidade à menor taxa de cisalhamento. As linhas tracejadas na Figura 7 são o erro de medição máximo causado pelo atrito dos rolamentos da geometria. A medida de reologia a 50 ° C do óleo bruto diluído de Zuata, usando célula de pressão de geometria de duplo espaço, é iIlustrado pela Figura 8 e Figura 9 , enquanto a Figura 10 mostra a viscosidade relativa para pressão até 70 bar. Além disso, a Figura 10 mostra que o óleo bruto diluído à pressão ambiente se comporta como um fluido newtoniano. No entanto, quando a pressão de CO 2 é de 30 bar a 60 bar, observa-se o efeito de desbaste de cisalhamento. Com pressão de CO 2 acima de 60 bar, o desbaste de cisalhamento desaparece e a mistura se comporta novamente como um líquido newtoniano. A partir da Figura 5 e da Figura 6 pode-se ver que a dissolução de CO 2 diminui significativamente a viscosidade da mistura de óleo bruto até 100 bar. Quando a pressão de CO 2 é superior a 100 bar, a viscosidade da mistura de óleo aumenta com o aumento da pressão de CO 2 , mas a uma taxa muito menor. <pclass > A Figura 7 revela que o óleo bruto de Zuata mostra um efeito de desbaste de cisalhamento sem adição de CO 2 . Quando o CO 2 é dissolvido no petróleo bruto, o efeito de desbaste de cisalhamento é enfraquecido, dado que as curvas com maiores pressões de CO 2 são mais lisas. Com as pressões de CO 2 superiores a 40 bar, a mudança de viscosidade com a taxa de cisalhamento está dentro do intervalo de erro de medição, portanto a mistura pode ser considerada newtoniana. A dissolução do CO 2 enfraquece e, eventualmente, elimina o efeito de desbaste de cisalhamento do petróleo bruto Zuata. Isso indica que a molécula de CO 2 dissolvida no óleo cru pode eventualmente interromper a rede de associação gerada pelas macromoléculas no petróleo bruto, como os asfaltenos. Em relação ao óleo bruto diluído como mostrado na Figura 8 , o anúncio de CO 2Diminui dramaticamente a viscosidade da mistura de óleo a um mínimo de 70 bar. À medida que a pressão de CO 2 aumenta além de 70 bar ( Figura 9 ), a maior pressão de CO 2 provoca um aumento na viscosidade do óleo. De acordo com o estudo de Seifried et al . 11 , tanto no óleo bruto de Zuata original quanto diluído, o início da precipitação de asfaltenos ocorre em pressões de CO 2 acima de 80 bar. No entanto, em nossas experiências de reologia quando a pressão é superior a 80 bar, a mistura de óleo bruto / CO 2 se comporta como um líquido newtoniano. Isto implica que a precipitação de asfaltenos não altera as propriedades reológicas desta mistura. Os resultados de reologia para o petróleo bruto diluído também são interessantes: neste caso, a dissolução de CO 2 dá origem ao comportamento não-newtoniano, que é apenas um aplicativoOrelhas em uma certa faixa de pressão de CO 2 . Duas especulações são dadas aqui para o efeito de desbaste de cisalhamento induzido pela adição de CO 2 . A primeira especulação é que o comportamento não-newtoniano é causado por micelas formadas pelas moléculas de asfalteno sob a dissolução de CO 2 . O CO 2 dissolvido no óleo bruto pode reduzir a concentração crítica de micelas (CMC) do sistema por sua ação na estrutura dos agregados de asfaltenos, o que pode levar a uma maior interação entre as micelas 12 . A pressões de 30 a 60 bar, a distância entre as micelas de asfalteno pode estar dentro do alcance efetivo da força de atração van der Waals 13 . Assim, uma rede de associação é formada entre as micelas e causa o efeito de desbaste de cisalhamento. No entanto, quando a pressão é superior a 60 bar, o efeito CO 2 no solvente ou nas moléculas não-asfaltenos é domInating, o que leva a aumentar o CMC. Portanto, as micelas de asfalteno são desestabilizadas e, conseqüentemente, a rede de associação desaparece. A segunda especulação baseia-se no ponto de vista do comportamento de fase. Para as pressões de CO 2 entre 30 e 60 bar, pode ter sido gerada uma fase líquida rica em CO 2 , que faz com que a mistura forme um sistema líquido-líquido-vapor (LLV). Uma emulsão destes dois líquidos poderia ser formada através da mistura por agitação e circulação devido à densidade similar das duas fases líquidas. Como a fase dispersa da emulsão, a fase líquida rica em CO 2 pode ser estabilizada pelo asfalteno no óleo bruto. Esta emulsão mostra comportamento não-newtoniano porque a fase dispersa dá origem a uma rede de associação. No entanto, quando mais CO 2 é dissolvido na mistura de óleo a uma pressão acima de 60 bar, as duas fases líquidas tornam-se miscíveis novamente. O resultado é um Sistema de vapor de líquido (LV) composto por um líquido rico em petróleo bruto em equilíbrio com um vapor rico em CO 2 e a fase líquida rica em óleo bruto se comporta como um líquido newtoniano. Figura 5. Medição de viscosidade para o óleo pesado pesado de Zuata com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. , Limite de taxa de cisalhamento inferior; , Ambiente; 20 bar; 40 bar; 60 bar; 80 bar; Ftp_upload / 55749 / 55749_dGreenDot.jpg "/>, 100 bar. Reimpresso com permissão de Hu et al 15. Copyright 2016 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior deste número. Figura 6. Medição de viscosidade para o óleo pesado pesado de Zuata com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. , Limite de taxa de cisalhamento inferior; 120 bar; 140 bar; 160 bar;5749 / 55749_orangeDot.jpg "/>, 180 bar; 200 bar; 220 bar. Reimpresso com permissão de Hu et al. 15 . Copyright 2016 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 7. A viscosidade relativa para o óleo bruto de Zuata com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. – – intervalo de variação de medição; , Pressão ambiente; 20 bar; <img alt="Equação" 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. Reimpresso com permissão de Hu et al. 15 . Copyright 2016 American Chemical Society. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. E_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figura 8. Medição de viscosidade para o óleo bruto diluído com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. , Limite de taxa de cisalhamento inferior; , 1 bar; 10 bar; 20 bar; 30 bares; 40 bar; 50 bar; 60 bar;D / 55749 / 55749_purpleDiamond.jpg "/>, 70 bar. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 9. Medição de viscosidade para o óleo bruto diluído com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. , Limite de taxa de cisalhamento inferior; 80 bar; 100 bar; 120 bar; 140 bar; 160 bar; <img alt="Equação" src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_lBlueX.jpg" />, 180 bar; 200 bar; 220 bar. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 10. A viscosidade relativa para o óleo bruto diluído com CO 2 a 50 ° C e várias taxas de cisalhamento. – – intervalo de variação de medição; , 1 bar; 10 bar; 20 bar;Tp_upload / 55749 / 55749_lGreenDiamond.jpg "/>, 30 bar; 40 bar; 50 bar; 60 bar; 70 bar. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

Duas etapas são críticas na operação. O primeiro está iniciando todo o sistema pela amostra de petróleo bruto. Ao preencher o sistema com a amostra de petróleo bruto, a bomba de engrenagem pode ser bem lubrificada pela amostra de óleo e qualquer bloqueio no circuito de circulação pode ser facilmente identificado. Assim, a bomba de engrenagens pode evitar danos. O segundo passo crítico é monitorar periodicamente a viscosidade da mistura para confirmar o equilíbrio entre o CO ₂ e o petróleo bruto. Dado que leva uma quantidade considerável de tempo para alcançar o equilíbrio entre o CO ₂ eo óleo bruto pesado viscoso ¹⁶ , realizar a medida de reologia muito cedo irá subestimar o efeito da adição de CO ₂ sobre a viscosidade do óleo. Portanto, somente quando a viscosidade medida atinge um valor constante (menos de 4% de mudança), a mistura pode ser considerada em equilíbrio com o CO ₂ .

Somente o sistema de medição atualPermite a medição reológica da mistura saturada de CO ₂ . Para medir misturas sub-saturadas, um vaso a montante poderia ser introduzido no fluxo de CO ₂ . O CO ₂ será introduzido primeiro no recipiente a montante e depois isolado da fonte, de modo que a quantidade de CO ₂ possa ser controlada pelo volume e pressão no recipiente a montante. A pressão total do sistema neste caso seria controlada por um gás inerte, como o hélio. Kariznovi et al . Fornece uma boa revisão sobre o aparelho utilizado para medir as propriedades físicas da mistura de CO ₂ e petróleo pesado ¹⁷ . As modificações podem se referir aos sistemas que foram analisados em seu artigo.

Deve-se mencionar que o sistema descrito aqui pode medir a reologia de qualquer mistura gás-líquido; Portanto, sua aplicação não se limita aos óleos brutos. Por exemplo, ele pode ser usado para medir o efeito CO ₂ no rhEologia das emulsões ¹⁸ ^, ¹⁹ de Pickering e plastificação induzida por gás ⁶ . Ao introduzir o dispositivo de medição de condutividade elétrica na célula de pressão do reômetro, o efeito da dissolução do gás na inversão de fase induzida por cisalhamento das emulsões também poderia ser estudado ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² ^, ²³ .

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores agradecem o financiamento do Centro de Pesquisa de Carbonatos e Carbono de Qatar (QCCSRC), fornecido conjuntamente pelo Qatar Petroleum, Shell e Qatar Science and Technology Park. Os autores agradecem a Frans van den Berg (Shell Global Solutions, Amsterdã, Países Baixos) por fornecer a amostra de petróleo bruto.

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

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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).