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.

환경과학

قياس ريولوجيا النفط الخام في التوازن مع كو 2 في ظروف الخزان

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

يتم عرض طريقة لقياس ريولوجيا النفط الخام في التوازن مع ثاني أكسيد الكربون في ظروف الخزان.

Abstract

يتم وصف نظام مقياس الحرارة لقياس ريولوجيا النفط الخام في التوازن مع ثاني أكسيد الكربون (كو ₂ ) في درجات حرارة عالية وضغوط. ويتكون النظام من مقياس ضغط عالي الضغط متصل بعروة دوران. جهاز قياس الضغط لديه تدفق التناوب من خلال خلية القياس مع اثنين من هندستها البديلة: اسطوانة محورية وفجوة مزدوجة. حلقة الدوران تحتوي على خلاط، لجعل عينة النفط الخام في التوازن مع كو ₂ ، ومضخة والعتاد الذي ينقل الخليط من الخلاط إلى مقياس الحرارة وإعادة تدويره مرة أخرى إلى خلاط. يتم إحضار ثاني أكسيد الكربون والنفط الخام إلى التوازن عن طريق التحريك والدوران وتقاس ريولوجيا الخليط المشبع بواسطة جهاز القياس. يستخدم هذا النظام لقياس الخصائص الريولوجية لزيت زواتا الخام (وتخفيف التولوين) في حالة التوازن مع ثاني أكسيد الكربون عند ضغط مرتفع يصل إلى 220 بار ودرجة حرارة 50 درجة مئوية. تظهر النتائج tقبعة كو ₂ بالإضافة إلى تغيير ريولوجيا النفط بشكل ملحوظ، والحد من البداية اللزوجة كما يتم زيادة الضغط كو ₂ ومن ثم زيادة اللزوجة فوق ضغط العتبة. كما أن الاستجابة غير النيوتونية للنفط الخام تتغير مع إضافة ثاني أكسيد الكربون.

Introduction

في معظم المؤلفات على الخصائص الفيزيائية لمخاليط كو ₂ وخام النفط، يتم قياس اللزوجة باستخدام مقياس اللزوجة، وهذا يعني أن القياس يتم على أساس معدل القص المستمر أو إجهاد القص. في هذه الدراسات، يتم التحقيق في لزوجة كو ₂ وخليط النفط الخام بطريقة بسيطة: تركيز الاهتمام هو العلاقات بين اللزوجة وغيرها من المعالم، مثل درجة الحرارة والضغط وتركيز كو ₂ . الافتراض الرئيسي الذي تم إجراؤه في هذه الدراسات، ونادرا ما يذكر صراحة، هو أن كو ₂ وخليط النفط الخام يتصرف كسوائل نيوتونية. ومع ذلك، فمن المعروف أن بعض الزيوت الخام، وخاصة الخام الثقيل، يمكن أن تظهر سلوك غير نيوتن في ظل ظروف معينة ¹ ^، ² ^، ³ ^، ⁴ . لذلك، لفهم تماما تأثير كو ₂ ، لزوجة كو ₂ وينبغي دراسة خليط النفط الخام كدالة لمعدل القص أو الإجهاد.

على حد علمنا، إلا أن الدراسة التي كتبها بهزادفار وآخرون . تقارير اللزوجة من النفط الخام الثقيل مع كو ₂ بالإضافة إلى معدلات القص مختلفة باستخدام مقياس ⁵ . في القياس من قبل بهزادفار وآخرون ، ويتم تحقيق الاختلاط بين كو ₂ والنفط الخام عن طريق دوران الاسطوانة الداخلية للهندسة اسطوانة محورية، عملية بطيئة جدا. وبالإضافة إلى ذلك، تم الإبلاغ عن تأثير حل ثاني أكسيد الكربون على ريولوجيا بوليمر ذوبان في الأدب، والتي يمكن تسليط الضوء على دراسة النفط الخام الثقيل ومخاليط ثاني أكسيد الكربون. روير وآخرون . قياس اللزوجة من ثلاثة يذوب البوليمر التجاري في مختلف الضغوط ودرجات الحرارة وتركيزات ثاني أكسيد الكربون، وذلك باستخدام ارتفاع ضغط البثق شق يموت مقياس الجريان ⁶ . ثم يقومون بتحليل البيانات من خلال المجلد الحر ه نظرية. دراسات أخرى مماثلة يمكن العثور عليها في جيرهارد وآخرون . ⁷ و لي وآخرون . ^{8 –} طريقة لدينا، حيث يتم تنفيذ الخلط في خلاط خارجي وقياس ريولوجيا في هندسة اسطوانة محورية، ويسمح قياس أكثر دقة من ريولوجيا كو ₂ وخليط النفط الخام.

نظام التداول الذي وضعنا يحتوي على أربع وحدات: مضخة حقنة، خلاط، مضخة والعتاد والمقياس، كما هو مبين في الشكل 1 والشكل 2 . يتم وضع شريط التحريك في الجزء السفلي من الخلاط ومغناطيسيا إلى جانب مجموعة المغناطيس الدورية. ويستخدم التحريك لتعزيز خلط بين كو ₂ والنفط الخام في خلاط، وتسريع النهج إلى التوازن بين المراحل. يتم سحب المرحلة ثاني أكسيد الكربون المشبعة من بالقرب من الجزء السفلي من الخلاط باستخدام أنبوب تراجع وتعميمها من خلال نظام القياس.

نت "> يتم قياس اللزوجة بواسطة خلية الضغط العالي التي يتم تركيبها على مقياس الحرارة، وهناك نوعان من خلايا الضغط، أحدهما مع هندسة اسطوانية محورية، والتي تم تصميمها لقياس السائل اللزج، والآخر مع الهندسة الفجوة المزدوجة لتطبيق اللزوجة المنخفضة.

الشكل 1: مخطط نظام التداول مع خلية الضغط هندسة محورية اسطوانة. ويمثل الخط الأزرق تدفق ثاني أكسيد الكربون، ويمثل الخط الأسود مخاليط النفط الخام. أعيد طباعته بإذن من هو وآخرون. ^{14 –} حقوق الطبع والنشر 2016 الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

e 2 "كلاس =" زفيجيمغ "سرك =" / فيليز / ftp_upload / 55749 / 55749fig2.jpg "/>
الشكل 2: مخطط نظام الدورة الدموية مع خلية الضغط الهندسة الفجوة المزدوجة. ويمثل الخط الأزرق تدفق ثاني أكسيد الكربون، ويمثل الخط الأسود مخاليط النفط الخام. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: محوري اسطوانة هندسة الضغط الخلية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

خلية الضغط الهندسة المحورية اسطوانة ( الشكل 3 ) لديه فجوة 0.5 ملم بين الاسطوانة الداخلية والخارجية، مما يؤدي إلى حجم عينة من 18مل. الاسطوانة الداخلية يقترن مغناطيسيا مع كوب التناوب، التي تعلق على المغزل مقياس سرعة الدوران. هناك نوعان من محامل الياقوت في الجزء العلوي والسفلي من الاسطوانة الداخلية، والتي هي مباشرة في اتصال مع محور دوران الاسطوانة الداخلية. منذ محامل الياقوت يتعرضون للعينة حسب التصميم، قد تختلف الاحتكاك واضعة وفقا لخصائص تزييت العينة.

الشكل 4: الفجوة المزدوجة هندسة الضغط الخلية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

من ناحية أخرى، فإن خلية ضغط الفجوة المزدوجة تحتوي على دوار أسطواني في هندسة فجوة مزدوجة، كما هو موضح في الشكل 4 . يتم تركيب اسطوانة القياسعلى رأس الضغط من خلال اثنين من الكرات والمغناطيسية إلى جانب كوب التناوب، والذي يرتبط إلى محور الدوران محور الدوران. وتقع الكرات داخل رأس الضغط وليس في اتصال مع العينة، والتي يتم حقنها في الفجوة القياس وتجاوز في عطلة في الجزء الثابت الذي يتم إرجاعه إلى وعاء الخلط.

في تجربة نموذجية، يتم تحميل عينة النفط الخام لأول مرة في خلاط. بعد فتيلة النظام بأكمله مع النفط الخام، يتم إجلاء الحجم المتبقي في النظام باستخدام مضخة فراغ. ثم يتم إدخال ثاني أكسيد الكربون في الخلاط من خلال مضخة حقنة والنظام جلبت إلى درجة الحرارة والضغط المطلوب. يتم التحكم في ضغط النظام من خلال المرحلة كو ₂ بواسطة مضخة حقنة. عند استقرار الضغط، يتم تشغيل النمام لخلط كو ₂ والنفط الخام داخل الخلاط. ثم يتم تشغيل مضخة والعتاد على سحب مرحلة النفط منخلاط، ملء مقياس الحرارة وإعادة تدوير السوائل مرة أخرى إلى خلاط. لذلك، يتم خلط بين كو ₂ والنفط الخام عن طريق التحريك في نفس الوقت في الخلاط وتعميم في حلقة. تتم مراقبة حالة التوازن عن طريق القياس الدوري لكل من حجم مضخة الحقن و لزوجة الخليط. عندما لا يكون هناك تغيير (≤4٪) في كل من الحجم واللزوجة، يتم تأكيد التوازن. في تلك المرحلة يتم تشغيل مضخة والعتاد والنمام قبالة، وتعليق تدفق من خلال خلية القياس ويتم قياس الريولوجيا بها.

Protocol

ملاحظة: منذ التجربة تعمل في درجة حرارة عالية والضغط، والسلامة هي الأهم. النظام محمي ضد الضغط الزائد عن طريق حد البرنامج على وحدة تحكم مضخة الحقن والأقراص المتدفقة في خلاط وبين مضخة والعتاد والمقياس (انظر الشكل 1 والشكل 2 ). وعلاوة على ذلك، قبل كل تجربة، فمن المستحسن إجراء فحص تسرب منتظم. ويوصى أيضا لإجراء فحص الاحتكاك الهندسة خلية الضغط للتأكد من أن مقياس سرعة الهواء يعمل بشكل جيد 9 ، 10 . 1. إعداد عينة النفط الخام ملاحظة: استخدام زواتا عينة النفط الخام كما وردت. ويبين الجدول التالي الخصائص الفيزيائية الأساسية لزيت زواتا الخام. تشاracteristics القيمة أبي الجاذبية 9.28 عامل برميل (ببل / t) 6.27 إجمالي الكبريت (٪ بالوزن) 3.35 ريد بخار الضغط (كبا) 1 صب نقطة (° C) 24 محتوى H2 S الموجود (جزء في المليون) – محتوى H2S المحتمل (جزء في المليون) 115 محتوى حمض الهيدروكلوريك المحتمل (جزء في المليون) – احسب. إجمالي كال. القيمة (كج / كغ) 41855 الجدول 1: الخواص الفيزيائية لزيت زواتا الخام. إضافة 128.57 غرام من التولوين إلى 300 غرام من زيت زواتا الخام لإعداد التخفيف بنسبة 70٪ بالوزن من الزيت الخام و 30٪ بالوزن من التولوين. صخرة الخليط في درجة حرارة الغرفة لمدة 3 ساعات. 2. تحميل عينة النفط الخام في خلاط افصل الخلاط عن النظام وافتحه. وضع النمام في الجزء السفلي من خلاط. تحميل 200 مل من عينة النفط الخام في خلاط. بعد تشديد جميع المسامير، وربط الخلاط مرة أخرى إلى النظام. 3. فتيلة النظام بأكمله مع عينة النفط الخام رئيس النظام مع محوري اسطوانة هندسة الضغط الخلية. ملاحظة: يرجى الرجوع إلى الشكل 1 لتحديد موقع الصمام. إغلاق خلية الضغط مقياس الضغط عن طريق تشديد رأس الضغط 9 . جبل كوب دوران على المغزل مقياس سرعة الدوران. اضبطه على موضع القياس 9 . أغلق الصمامات A و D و E و F و G و H. صمام مفتوح C. افتح اسطوانة النيتروجين. إدخال الغاز المضغوط في خلاط عن طريق فتح الصمامات H و E. عندما يصل الغاز خلاط، إغلاق صمام h و اسطوانة الغاز. صمام مفتوح A. الغاز المضغوط دفع عينة النفط الخام في حلقة التداول من خلال أنبوب الشفط. وعندما تنخفض عينة الزيت الخام من الصمام C في الشكل 1 ، فإن النظام برمته مدعوم بعينة الزيت الخام. افتح الصمام F لإطلاق الغاز المتبقي. إغلاق صمام C وفتح صمام D. بدوره على مضخة والعتاد لتعميم السائل لفترة من الوقت. اعتمادا على لزوجة عينة النفط الخام، وهذا يمكن أن يستغرق 1 حتي 5 ح. ملاحظة: ضغط النيتروجين المضغوط إدخالها في خلاط يعتمد على لزوجة عينة النفط الخام. إذا كانت لزوجة عينة النفط الخام تتجاوز 5 باسكال ∙ ثانية، قد يكون ضغط الغاز المضغوط أكبر من 15 بار. رئيس النظام مع خلية ضغط الهندسة الفجوة المزدوجة. ملاحظة: يرجى الرجوع إلى الشكل 2 لتحديد موقع الصمام. إزالة tانه ضغط الرأس وأسطوانة القياس من خلية الضغط. أغلق الصمامات A، D، E، F، G، H و I. فتح صمام C. افتح اسطوانة النيتروجين. إدخال الغاز المضغوط في الخلاط عن طريق فتح الصمامات H و E. عندما يصل الغاز إلى خلاط، إغلاق صمام H وأسطوانة الغاز. صمام مفتوح A. الغاز المضغوط دفع عينة النفط الخام في حلقة التداول من خلال أنبوب الشفط. عندما عينة النفط الخام مجرد تزج الجزء الداخلي للهندسة الفجوة المزدوجة، صمام مفتوح F للافراج عن الضغط في خلاط. بدوره على مضخة والعتاد. ضبط بعناية سرعة دوران مضخة التروس. تأكد من أن معدل تدفق مدخل إلى خلية الضغط، والتي يتم تحديدها من قبل مضخة التروس، هو أقل من أو يساوي معدل تدفق منفذ من خلية الضغط، والتي تحددها الجاذبية. عندما يتم العثور على سرعة دوران معقولة لمضخة التروس وعينة النفط الخام ينزلق من صمام C، والنظام بأكمله هو مدعوم من النفط. تيالدجاجة إيقاف مضخة والعتاد. جبل اسطوانة القياس ورئيس الضغط على خلية الضغط 10 . إغلاق صمام C وفتح صمام D. بدوره على مضخة والعتاد لتعميم السائل. ملاحظة: إذا كانت عينة النفط الخام لديه لزوجة مماثلة للمياه، الغاز المضغوط مع ضغط من 3 إلى 4 بار يكفي. 4. إجلاء الحجم المتبقي في النظام إغلاق الصمامات A و D في الشكل 1 أو الشكل 2 . قم بتوصيل مضخة الفراغ إلى صمام F. بدوره على مضخة فراغ لمدة 15 دقيقة. أغلق الصمام F ثم أوقف تشغيل مضخة التفريغ. 5. إدخال كو 2 في خلاط مع محوري اسطوانة هندسة الضغط الخلية فتح صمام G و كو 2 اسطوانة في الشكل 1 . فتح صمام D في الشكل 1 . </ لى> بعد أن يملأ ثاني أكسيد الكربون المساحة المتبقية في النظام، أغلق صمام G وأسطوانة ثاني أكسيد الكربون لمنع ثاني أكسيد الكربون من التدفق الخلفي إلى الأسطوانة. مع ضعف الفجوة الهندسة خلية الضغط فتح صمام G و 2 اسطوانة كو في الشكل 2 . فتح صمام D وأنا في الشكل 2 . بعد أن يملأ ثاني أكسيد الكربون المساحة المتبقية في النظام، أغلق صمام G وأسطوانة ثاني أكسيد الكربون لمنع ثاني أكسيد الكربون من التدفق الخلفي إلى الأسطوانة. 6. ضبط درجة الحرارة والضغط أدخل قيمة درجة الحرارة المطلوبة إلى الخلاط والمقياس. إدخال قيمة درجة الحرارة المطلوبة لنظام التدفئة للشبكة خط أنابيب. إدخال قيمة الضغط المطلوب إلى مضخة حقنة. انتظر لدرجة الحرارة والضغط لتحقيق الاستقرار. jove_title "> 7. تشغيل النمام ومضخة التروس فتح الصمامات في المصب والمصب من مضخة التروس. 8. مراقبة حجم في الخلاط والخلطة اللزوجة سجل حجم القراءة في مضخة حقنة لكل 6 ساعات. بعد كل 6 ح، إيقاف النمام ومضخة والعتاد. قياس اللزوجة من الخليط من خلال مقياس الحرارة. يبدأ قياس اللزوجة بوقت تسوية 5 دقائق، ثم يقيس اللزوجة بمعدل القص الثابت 10 ثوان -1 . عندما تظهر قيم الحجم واللزوجة فروقا كبيرة (> 4٪) بين قياسات متبقية، قم بتشغيل مضخة التروس والمحرك مرة أخرى لمواصلة الخلط. عندما لا تظهر قياسات الحجم واللزوجة أي تغيير في القيم (≤ 4٪)، يتم التأكد من التوازن بين ثاني أكسيد الكربون 2 وعينة النفط الخام. إيقاف مضخة والعتاد والنمام لقياس الريولوجيا. ملحوظة:يمكن أن تستمر فترة الخلط لمدة 1-2 أيام، اعتمادا على لزوجة عينة النفط الخام. 9. إجراء قياس الريولوجيا مع محوري اسطوانة هندسة الضغط خلية 9 إغلاق الصمامات A و D في الشكل 1 لقياس الريولوجيا. قبل القص الخليط في معدل القص من 10 ثانية -1 لمدة 0.5 دقيقة. بقية الخليط لمدة 1 دقيقة. قياس اللزوجة خليط في معدل القص من 500 ق -1 إلى 10 ق -1 . في كل معدل القص، ووقت ضبط معدل القص هو 0.2 دقيقة. مدة القياس في كل خطوة معدل القص هي لوغاريتميا زيادة من 0.5 دقيقة إلى 1 دقيقة، باستثناء وقت ضبط معدل القص. مع ضعف الفجوة الهندسة خلية الضغط 10 إغلاق الصمامات A و D في الشكل 2 لقياس الريولوجيا. قبل القصالخليط في معدل القص من 10 ثانية -1 لمدة 0.5 دقيقة. بقية الخليط لمدة 1 دقيقة. قياس اللزوجة خليط في معدل القص من 250 ثانية -1 إلى 10 ثانية -1 . في كل معدل القص، ووقت ضبط معدل القص هو 0.2 دقيقة. مدة القياس في كل خطوة معدل القص هي لوغاريتميا زيادة من 0.5 دقيقة إلى 1 دقيقة، باستثناء وقت ضبط معدل القص. 10. زيادة الضغط إلى القيمة المرغوبة التالية مع الخلايا المحورية اسطوانة ضغط الخلية أغلق الصمام E في الشكل 1 . إدخال أكثر كو 2 في مضخة حقنة عن طريق فتح صمام G و 2 اسطوانة كو. أغلق صمام G و 2 اسطوانة كو. افتح الصمام E لإضافة المزيد من ثاني أكسيد الكربون إلى الخلاط. إذا كان الضغط أقل من القيمة المطلوبة، كرر لإدخال أكثر كو 2 . إدخال مجموعة الضغط الجديدة بوإنت في مضخة حقنة. انتظر الضغط لتحقيق الاستقرار. مع خلية ضغط الهندسة الفجوة المزدوجة إغلاق الصمامات E و I في الشكل 2 . إدخال أكثر كو 2 في مضخة حقنة عن طريق فتح صمام G و 2 اسطوانة كو. أغلق صمام G و 2 اسطوانة كو. فتح الصمامات E وأنا لإضافة المزيد من كو 2 إلى خلاط. إذا كان الضغط أقل من القيمة المطلوبة، كرر الخطوة لتقديم المزيد من ثاني أكسيد الكربون. إدخال نقطة ضبط الضغط الجديد في مضخة حقنة. انتظر الضغط لتحقيق الاستقرار. ملاحظة: كرر الخطوات من 7 إلى 10 لقياس الريولوجيا عند الضغط العالي.

Representative Results

ويوضح الشكل 5 والشكل 6 قياس الريولوجيا من النفط الخام زواتا والمزيج مشبعة كو 2 ، عند 50 درجة مئوية باستخدام خلية الضغط هندسة محورية اسطوانة، الشكل 5 . ويبين الشكل 5 القياس من المحيط إلى 100 بار، بينما يبين الشكل 6 القياس من 120 بار إلى 220 بار. وعلاوة على ذلك، يوضح الشكل 7 اللزوجة النسبية، وهي نسبة اللزوجة في معدل القص معين إلى اللزوجة في أدنى معدل القص. والخطوط المتقطعة في الشكل 7 هي الحد الأقصى لخطأ القياس الناجم عن احتكاك المحامل للهندسة. قياس الريولوجيا في 50 درجة مئوية من النفط الخام زواتا المخفف، وذلك باستخدام ضعف الفجوة الهندسة هندسة الضغط، هو طلوستراتد حسب الشكل 8 والشكل 9 ، في حين يبين الشكل 10 اللزوجة النسبية للضغط تصل إلى 70 بار. وعلاوة على ذلك، يبين الشكل 10 أن النفط الخام المخفف عند الضغط المحيط يتصرف كسوائل نيوتونية. ومع ذلك، عندما يكون ضغط كو 2 من 30 بار إلى 60 بار، لوحظ تأثير ترقق القص. عند ضغط ثاني أكسيد الكربون فوق 60 بار، يختفي ترقق القص ويتصرف الخليط كسوائل نيوتونية مرة أخرى. من الشكل 5 والشكل 6 يمكن للمرء أن يرى أن كو 2 حل يقلل بشكل كبير من اللزوجة من خليط النفط الخام حتى 100 بار. عندما يكون ضغط كو 2 يتجاوز 100 بار، تزداد لزوجة خليط الزيت مع زيادة ضغط ثاني أكسيد الكربون، ولكن بمعدل أقل بكثير. <pكلاس = "jove_content" فو: كيب-together.within-بادج = "1"> يوضح الشكل 7 أن زيت زواتا الخام يظهر تأثير ترقق القص بدون إضافة ثاني أكسيد الكربون. عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون في النفط الخام، ويضعف تأثير ترقق القص، نظرا لأن المنحنيات في ارتفاع ضغط كو 2 هي تملق. في كو 2 الضغوط أعلى من 40 بار، وتغير اللزوجة مع معدل القص هو ضمن نطاق خطأ القياس، وبالتالي يمكن اعتبار الخليط نيوتن. كو 2 يضعف ويزيل في نهاية المطاف تأثير القص رقيق من زيت زواتا الخام. وهذا يدل على أن جزيء ثاني أكسيد الكربون الذائب في النفط الخام يمكن أن يعطل في نهاية المطاف شبكة الربط الناتجة عن الجزيئات في النفط الخام، مثل الأسفلتين. وفيما يتعلق بالنفط الخام المخفف كما هو مبين في الشكل 8 ، فإن إعلان ثاني أكسيد الكربونالتقسيم يقلل بشكل كبير من اللزوجة مزيج النفط إلى الحد الأدنى في 70 بار. كما يزيد الضغط كو 2 وراء 70 بار ( الشكل 9 )، وارتفاع ضغط كو 2 يسبب زيادة في لزوجة النفط. وفقا لدراسة سيفريد وآخرون . 11 ، في كل من زيت زواتا الخام الأصلي والمخفف، وبدء هطول الأمطار الأسفلتين يحدث في كو 2 الضغوط فوق 80 بار. ومع ذلك، في تجارب الريولوجيا لدينا عندما يكون الضغط أعلى من 80 بار، والخليط الخام / كو 2 خليط يتصرف كما السائل نيوتن. وهذا يعني أن هطول الأمطار السفلتية لا يغير الخواص الريولوجية لهذا الخليط. نتائج الريولوجيا للنفط الخام المخفف هي أيضا مثيرة للاهتمام: في هذه الحالة كو 2 حل يؤدي إلى سلوك غير نيوتوني، الذي التطبيق فقطآذان في مجموعة معينة من كو 2 الضغط. يتم إعطاء اثنين من التكهنات هنا لتأثير القص ترقق الناجم عن إضافة ثاني أكسيد الكربون. التكهنات الأولى هي أن السلوك غير نيوتوني سببه المذيبات التي شكلتها جزيئات الأسفلتين تحت كو 2 حل. كو 2 الذائبة في النفط الخام يمكن أن تقلل من تركيز ميسيل الحرجة (سمك) للنظام من خلال عملها على هيكل الركام أسفالتن، وهذا يمكن أن يؤدي إلى مزيد من التفاعل بين ميسيلس 12 . في الضغوط من 30 إلى 60 بار، والمسافة بين ميسيلس أسفالتن قد يكون ضمن مجموعة فعالة من فان دير فالس قوة الجذب 13 . وهكذا، يتم تشكيل شبكة ربط بين المذيلات ويسبب تأثير ترقق القص. ومع ذلك، عندما يكون الضغط فوق 60 بار، وتأثير كو 2 على المذيبات أو جزيئات غير أسفالتن هو دومإناتينغ، الأمر الذي يؤدي إلى زيادة سمك. لذلك، يتم زعزعة استقرار ميسيلس الأسفلتين، وبالتالي يختفي شبكة الربط. وتستند التكهنات الثانية على وجهة نظر مرحلة السلوك. في كو 2 الضغوط بين 30 و 60 بار، قد يكون قد تم توليد ثاني أكسيد الكربون المرحلة السائلة الغنية، مما يجعل الخليط تشكل السائل السائل بخار (لف) النظام. ويمكن تشكيل مستحلب من هذه السوائل اثنين من خلال خلط عن طريق التحريك والدورة بسبب كثافة مماثلة من المرحلتين السائل. كما المرحلة المشتتة من مستحلب، قد تستقر ثاني أكسيد الكربون المرحلة السائلة الغنية من قبل الأسفلتين في النفط الخام. هذا المستحلب يظهر سلوك غير نيوتوني لأن المرحلة المشتتة تؤدي إلى شبكة ربط. ومع ذلك، عندما يتم حل المزيد من ثاني أكسيد الكربون في خليط الزيت عند الضغط فوق 60 بار، يصبح المرحلتين السائلتين قابلة للامتزاج مرة أخرى. والنتيجة هي أ (لف) يتكون من سائل غني بالنفط الخام في حالة توازن مع بخار غني من ثاني أكسيد الكربون، وتتفاعل المرحلة السائلة الغنية بالنفط الخام كسوائل نيوتونية. الشكل 5. قياس اللزوجة للنفط الخام الثقيل زواتا مع كو 2 عند 50 درجة مئوية ومعدلات القص المختلفة. ، وانخفاض الحد القص معدل؛ ، محيط ب؛ ، و 20 بار؛ ، 40 بار؛ ، 60 بار؛ ، 80 بار؛ ftp_upload / 55749 / 55749_dGreenDot.jpg "/>، 100 بار أعيد طباعته بإذن من هو وآخرون 15. حقوق الطبع والنشر 2016 الجمعية الكيميائية الأمريكية الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 6. قياس اللزوجة للنفط الخام الثقيل زواتا مع ثاني أكسيد الكربون عند 50 درجة مئوية ومعدلات القص المختلفة. ، وانخفاض الحد القص معدل؛ ، 120 بار؛ ، 140 بار؛ ، 160 بار؛5749 / 55749_orangeDot.jpg "/>، 180 بار؛ ، 200 بار؛ ، 220 بار. أعيد طباعته بإذن من هو وآخرون. 15 – حقوق الطبع والنشر 2016 الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 7. اللزوجة النسبية لزواتا النفط الخام مع كو 2 عند 50 درجة مئوية ومعدلات القص المختلفة. – -، مدى تقلب القياس؛ ، الضغط المحيط؛ ، و 20 بار؛ <img alt="معادلة" سرك = "/ فيليز / ftp_upload / 55749 / 55749_orangeDot.jpg" />، 40 بار؛ ، 60 بار؛ ، 80 بار؛ ، 100 بار؛ ، 120 بار؛ ، 140 بار؛ ، 160 بار؛ ، 180 بار؛ ، 220 بار. أعيد طباعته بإذن من هو وآخرون. 15 – حقوق الطبع والنشر 2016 الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. e_content "فو: كيب-together.within-بادج =" 1 "> الشكل 8. قياس اللزوجة للنفط الخام المخفف مع ثاني أكسيد الكربون عند 50 درجة مئوية ومعدلات القص المختلفة. ، وانخفاض الحد القص معدل؛ ، بار واحد؛ ، 10 بار؛ ، و 20 بار؛ ، 30 بار؛ ، 40 بار؛ ، 50 بار؛ ، 60 بار؛d / 55749 / 55749_purpleDiamond.jpg "/>، 70 بار الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 9. قياس اللزوجة للنفط الخام المخفف مع ثاني أكسيد الكربون عند 50 درجة مئوية ومعدلات القص المختلفة. ، وانخفاض الحد القص معدل؛ ، 80 بار؛ ، 100 بار؛ ، 120 بار؛ ، 140 بار؛ ، 160 بار؛ <img alt="معادلة" سرك = "/ فيليز / ftp_upload / 55749 / 55749_lBlueX.jpg" />، 180 بار؛ ، 200 بار؛ ، 220 بار. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. الشكل 10. اللزوجة النسبية للنفط الخام المخفف مع ثاني أكسيد الكربون عند 50 درجة مئوية ومعدلات القص المختلفة. – -، مدى تقلب القياس؛ ، بار واحد؛ ، 10 بار؛ ، و 20 بار؛tp_upload / 55749 / 55749_lGreenDiamond.jpg "/>، 30 بار؛ ، 40 بار؛ ، 50 بار؛ ، 60 بار؛ ، 70 بار. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

خطوتين حاسمتين في العملية. الأول هو فتيلة النظام بأكمله من قبل عينة النفط الخام. عن طريق ملء النظام مع عينة النفط الخام، يمكن أن تكون مشحم مضخة والعتاد بشكل جيد من قبل عينة النفط، ويمكن تحديد أي انسداد في حلقة تداول بسهولة. وبالتالي يمكن منع مضخة التروس من التلف. الخطوة الحرجة الثانية هي مراقبة اللزوجة بشكل دوري للتأكد من التوازن بين ثاني أكسيد الكربون والنفط الخام. وبالنظر إلى أن الأمر يتطلب قدرا كبيرا من الوقت للوصول إلى التوازن بين ثاني أكسيد الكربون والزيت الخام اللزج ¹⁶ ، فإن قياس الريولوجيا في وقت مبكر جدا يقلل من تأثير إضافة ثاني أكسيد الكربون على لزوجة النفط. لذلك، فقط عندما تقاس اللزوجة تصل إلى قيمة ثابتة (أقل من 4٪ التغيير)، ويمكن النظر في الخليط في التوازن مع كو ₂ .

نظام القياس الحالي فقطيسمح قياس الريولوجيا من كو ₂ المشبعة الخليط. لقياس المخاليط تحت التشبع، يمكن إدخال سفينة المنبع إلى تيار ثاني أكسيد الكربون ₂ . سيتم إدخال ثاني أكسيد الكربون إلى السفينة المنبع أولا ثم عزلها عن المصدر، بحيث يمكن التحكم في كمية ثاني أكسيد الكربون من قبل حجم وضغط في وعاء المنبع. الضغط الكلي للنظام في هذه الحالة سيكون خاضعا للغاز الخامل، مثل الهيليوم. كاريزنوفي وآخرون . يوفر مراجعة جيدة على الجهاز المستخدم لقياس الخصائص الفيزيائية لل كو ₂ وخليط النفط الخام الثقيل ¹⁷ . يمكن أن تشير التعديلات إلى الأنظمة التي تمت مراجعتها في ورقتهم.

وتجدر الإشارة إلى أن النظام الموصوف هنا يمكن قياس ريولوجيا أي الخلائط الغاز السائل. وبالتالي تطبيقه لا يقتصر على الزيوت الخام. على سبيل المثال، يمكن استخدامه لقياس تأثير كو ₂ على رإيولوجيا بيكيرينغ المستحلبات ¹⁸ ^، ¹⁹ والبلاستيك الناجم عن الغاز ⁶ . من خلال إدخال جهاز قياس التوصيل الكهربائي في خلية الضغط مقياس الضغط، ويمكن أيضا دراسة تأثير حل الغاز على انقلاب المرحلة التي يسببها القص من المستحلبات ²⁰ ^، ²¹ ^، ²² ^، ²³ .

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ويعرب املؤلفون عن امتنانهم للتمويل من مركز أبحاث كربونات الكربون ومخزون الكربون) كسكرك (، الذي شاركت فيه قطر للبترول، وشركة شل، وحديقة قطر للعلوم والتكنولوجيا. يشكر المؤلفون فرانس فان دن بيرغ (شل غلوبال سولوتيونس، أمستردام، هولندا) على تقديم عينة النفط الخام.

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).