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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환경과학

CO와 평형 상태에있는 원유의 레올로 지의 측정 2 저수지 조건

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

저장조 조건에서 이산화탄소와 평형 상태에있는 원유의 레올로지를 측정하는 방법을 제시한다.

Abstract

고온 및 고압에서 이산화탄소 (CO ₂ )와 평형 상태에있는 원유의 레올 로지를 측정하기위한 레오 미터 시스템이 설명됩니다. 이 시스템은 순환 루프에 연결된 고압 레오 메타를 포함합니다. 레오 메타는 동축 실린더와 이중 갭의 두 가지 형상을 가진 회전식 플로우 스루 측정 셀을 가지고 있습니다. 순환 루프에는 원유 샘플을 CO ₂ 와 평형 상태로 유지시키는 믹서와 혼합기에서 레오 미터로 혼합물을 옮기고 믹서로 다시 순환시키는 기어 펌프가 있습니다. 이산화탄소와 원유는 교반 및 순환에 의해 평형을 이루고 포화 된 혼합물의 레올로지를 레오 메타 (rheometer)로 측정한다. 이 시스템은 최대 압력 220 bar 및 온도 50 ℃에서 Zuata 원유 (및 톨루엔 희석 물)의 유동 특성을 CO ₂ 와 평형 상태로 측정하는 데 사용됩니다. 결과는 t모자 CO2 첨가는 초기에 CO2 유속이 증가함에 따라 점도를 감소시키고 임계 압력 이상으로 점도를 증가시키면서 오일 레올 로지를 상당히 변화시킨다. 원유의 비 뉴톤 반응은 또한 CO ₂ 의 첨가에 따라 변화하는 것으로 보인다.

Introduction

CO ₂ 와 원유 혼합물의 물리적 특성에 관한 대부분의 문헌에서 점도는 점도계를 사용하여 측정됩니다. 즉, 측정은 일정한 전단 속도 또는 전단 응력에서 수행됩니다. 이 연구에서 CO ₂ 와 원유 혼합물의 점도는 간단한 방법으로 조사됩니다. 관심의 초점은 점도와 온도, 압력 및 CO ₂ 농도와 같은 다른 매개 변수 사이의 관계입니다. 이 연구에서 제기 된 중요한 가정은 아직까지는 거의 언급되지 않았지만 이산화탄소와 원유 혼합물은 뉴톤 유체로서 행동한다는 것이다. 그러나 일부 원유, 특히 무거운 원유는 특정 조건 ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ 에서 비 뉴톤 행동을 나타낼 수 있다는 것은 잘 알려져있다. 따라서, CO2 효과를 완전히 이해하기 위해서는, CO2의 점도 및 원유 혼합물은 전단 속도 또는 응력의 함수로서 연구되어야한다.

우리가 아는 한, Behzadfar et al . 는 레오 메타 (rheometer)를 사용하여 다양한 전단 속도로 CO2를 첨가하여 무거운 원유의 점도를보고합니다. Behzadfar et al .의 측정에서 CO ₂ 와 원유의 혼합은 동축 실린더 기하학의 내부 실린더의 회전에 의해 이루어 지는데, 이는 매우 느린 과정입니다. 또한, CO ₂ 용해가 중합체 용융 물의 레올로 지에 미치는 영향은 문헌에서보고되었는데, 이는 중질 원유 및 이산화탄소 혼합물의 연구를 밝힐 수있다. Royer et al . 고압 압출 슬릿 다이 레오 메타 ^6을 사용하여 다양한 압력, 온도 및 CO2 농도에서 상업용 폴리머 용융물 3 가지의 점도를 측정합니다. 그런 다음 자유 볼륨을 통해 데이터를 분석합니다. e 이론. 다른 유사한 연구는 Gerhardt et al . ⁷ and Lee et al . ⁸ . 외부 믹서에서 혼합을 수행하고 동축 실린더 형상에서 레올 로지 측정을하는이 방법은 CO2 및 원유 혼합물의 레올로지를보다 철저하게 측정 할 수 있습니다.

우리가 개발 한 순환 시스템에는 그림 1 과 그림 2 와 같이 주사기 펌프, 믹서, 기어 펌프 및 레오 미터의 네 가지 장치가 들어 있습니다. 교반 막대를 믹서의 바닥에 놓고 회전하는 자석 세트와 자기 적으로 결합시킨다. 교반은 믹서에서 이산화탄소와 원유의 혼합을 향상시키기 위해 사용되며, 상간의 평형에 대한 접근을 가속화합니다. CO ₂ 포화 오일상은 딥 튜브를 사용하여 믹서의 바닥 가까이에서 배출되고 측정 시스템을 통해 순환된다.

nt "> 점성은 레오 메타에 장착 된 고압 셀에 의해 측정됩니다. 두 가지 유형의 압력 셀이 있습니다 : 하나는 동축 실린더 형상이며 점성 유체 측정을 위해 설계된 것이고 다른 하나는 저점도 적용을위한 이중 갭 기하학.

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그림 2 : 이중 갭 기하 구조의 압력 셀이있는 순환 시스템의 구성표. 파란색 선은 CO2 흐름을 나타내며 검정색 선은 원유 혼합물을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3 : 동축 실린더 형상 압력 셀. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

동축 실린더 기하학적 압력 셀 ( 그림 3 )은 내부 실린더와 외부 실린더 사이에 0.5 mm의 틈새를 가지며 시료 체적이 18mL이다. 내부 실린더는 레오 메타 스핀들에 부착 된 회전 컵과 자기 적으로 결합됩니다. 내부 실린더의 회전축과 직접 접촉하는 내부 실린더의 상단과 하단에 2 개의 사파이어 베어링이 있습니다. 사파이어 베어링은 설계 상 시료에 노출되어 있기 때문에 베어링 마찰은 시료의 윤활 특성에 따라 달라질 수 있습니다.

그림 4 : 이중 갭 기하 구조 압력 셀. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

한편, 이중 갭 압력 셀은 도 4 에 도시 된 바와 같이 이중 갭 기하 구조의 원통형 로터를 포함한다. 측정 실린더가 장착됩니다.2 개의 볼 베어링을 통해 압력 헤드에 장착되고 레오 메타 스핀들에 연결된 회전 컵과 자기 적으로 결합됩니다. 볼 베어링은 압력 헤드 내부에 위치하며 시료와 접촉하지 않고 측정 틈에 주입되어 스테이터의 리 세스로 넘쳐 나와 혼합 용기로 되돌아옵니다.

전형적인 실험에서, 원유 샘플은 먼저 믹서에 적재됩니다. 전체 시스템을 원유로 프라이밍 한 후, 시스템 내의 나머지 볼륨은 진공 펌프를 사용하여 비워진다. 그 다음 CO2는 주사기 펌프를 통해 혼합기로 도입되고 시스템은 원하는 온도와 압력으로이 동됩니다. 시스템 압력은 주사기 펌프에 의해 CO ₂ 단계를 통해 제어됩니다. 압력이 안정화되면 교반기가 켜져 CO ₂ 와 원유가 혼합기 내부에서 혼합됩니다. 그런 다음 기어 펌프를 켜서 오일 펌프를레오 메타를 채우고 유체를 다시 믹서로 재순환 시키십시오. 따라서 CO ₂ 와 원유의 혼합은 혼합기에서 동시에 교반하고 루프에서 순환시킴으로써 이루어집니다. 평형 상태는 시린지 펌프의 체적 및 혼합물 점도의주기적인 측정에 의해 모니터됩니다. 부피와 점도 모두 변화가 없으면 (≤4 %) 평형이 확인됩니다. 이 단계에서 기어 펌프와 교반기가 꺼지고 측정 셀을 통과하는 흐름이 정지되고 유변학 측정이 수행됩니다.

Protocol

참고 : 실험은 고온 및 고압에서 작동하기 때문에 안전이 가장 중요합니다. 시스템은 주사기 펌프 컨트롤러의 소프트웨어 한도 및 혼합기 및 기어 펌프와 레오 메타 ( 그림 1 및 그림 2 참조) 사이의 디스크 파열로 인해 과압으로부터 보호됩니다. 또한 각 실험을하기 전에 정기적 인 누출 검사를 수행하는 것이 좋습니다. 또한 레오 메타가 잘 작동하는지 확인하기 위해 압력 셀 형상의 마찰 점검을 수행하는 것이 좋습니다. 1. 원유 샘플 준비 참고 : Zuata 원유 샘플을받은대로 사용하십시오. 다음 표는 Zuata 원유의 기본 물리적 특성을 보여줍니다. 차광도학 값 API 중력 9.28 배럴 계수 (bbl / t) 6.27 총 유황 (% wt) 3.35 리드 증기압 (kPa) 1 유동점 (° C) 24 기존 H 2 S 함량 (ppm) – 잠재 H 2 S 함량 (ppm) 115 잠재적 인 HCl 함량 (ppm) – Calc. 총 칼. 값 (kJ / kg) 41,855 표 1 : 주아 타 원유의 물리적 성질. Zuata 원유 300g에 톨루엔 128.57g을 첨가하여 주아 타 원유 70 중량 % 및 톨루엔 30 중량 %로 희석액을 제조한다. 혼합물을 실온에서 3 시간 동안 흔들어 준다.. 2. 원유 샘플을 믹서에로드하기 믹서를 시스템에서 분리하고여십시오. 믹서 바닥에 교반기를 놓습니다. 원유 샘플 200 mL를 믹서에 채 웁니다. 모든 나사를 단단히 조이고 믹서를 다시 시스템에 연결하십시오. 3. 원유 시료로 전체 시스템 프라이밍 동축 실린더 형상 압력 셀로 시스템을 프라임하십시오. 참고 : 그림 1 을 참조하여 밸브를 찾으십시오. 압력 헤드를 조여 레오 미터 압력 셀을 닫으십시오 9 . 레오 메타 스핀들에 회전 컵을 장착하십시오. 측정 위치 9 로 조정하십시오. 밸브 A, D, E, F, G 및 H를 닫습니다. 밸브 C를 엽니 다. 질소 실린더를 엽니 다. 밸브 H와 E를 열어 압축 된 가스를 믹서에 주입하십시오. 가스가 믹서에 도달하면, 밸브 H와 가스 실린더를 닫는다. 개방 밸브 A. 압축 된 가스는 원유 샘플을 흡입 튜브를 통해 순환 루프 안으로 밀어 넣습니다. 원유 샘플이 그림 1의 밸브 C에서 떨어지면 전체 시스템에 원유 샘플이 채워집니다. 밸브 F를 열어 남아있는 가스를 방출하십시오. 밸브 C를 닫고 밸브 D를 엽니 다. 잠시 동안 유체를 순환 시키려면 기어 펌프를 켜십시오. 원유 시료의 점도에 따라 1 ~ 5 시간이 걸릴 수 있습니다. 참고 : 혼합기로 도입되는 압축 질소의 압력은 원유 시료의 점도에 따라 달라집니다. 원유 시료의 점도가 5 Pa · s를 초과하면 압축 가스의 압력이 15 bar 이상이 될 수 있습니다. 이중 갭 기하학 압력 셀로 시스템을 프라임하십시오. 참고 : 그림 2 를 참조하여 밸브를 찾으십시오. t 제거압력 헤드의 압력 헤드와 압력 셀의 측정 실린더. 밸브 A, D, E, F, G, H 및 I을 닫으십시오. 밸브 C를여십시오. 질소 실린더를 엽니 다. 밸브 H와 E를 열어 압축 된 가스를 믹서에 주입하십시오. 가스가 믹서에 도달하면 밸브 H와 가스 실린더를 닫으십시오. 개방 밸브 A. 압축 된 가스는 원유 샘플을 흡입 튜브를 통해 순환 루프 안으로 밀어 넣습니다. 원유 샘플이 이중 갭 형상의 내부 부분을 담그기 만하면 밸브 F를 열어 믹서의 압력을 해제합니다. 기어 펌프를 켭니다. 조심스럽게 기어 펌프 회전 속도를 조정하십시오. 기어 펌프에 의해 결정되는 압력 셀의 입구 유량이 중력에 의해 결정되는 압력 셀의 출구 유량보다 작거나 같은지 확인하십시오. 기어 펌프의 적절한 회전 속도가 발견되고 원유 샘플이 밸브 C에서 떨어지면 전체 시스템에 오일이 채워집니다. 티암탉이 기어 펌프를 끄십시오. 측정 실린더와 압력 헤드를 압력 셀 10 에 장착하십시오. 밸브 C를 닫고 밸브 D를 엽니 다. 유체를 순환 시키려면 기어 펌프를 켜십시오. 참고 : 원유 시료의 점도가 물과 비슷한 경우 3 ~ 4 bar의 압력으로 압축 된 가스이면 충분합니다. 4. 시스템에서 남아있는 볼륨 비우기 그림 1 또는 그림 2의 밸브 A와 D를 닫습니다. 진공 펌프를 밸브 F에 연결하십시오. 15 분 동안 진공 펌프를 켜십시오. 밸브 F를 닫은 다음 진공 펌프를 끕니다. 5. 믹서에 이산화탄소 소개 동축 실린더 기하학 압력 셀 그림 1 에서 밸브 G와 CO 2 실린더를여십시오. 그림 1의 밸브 D를여십시오. </ li> CO 2 가 시스템의 나머지 공간을 가득 채운 후 밸브 G와 CO 2 실린더를 닫아 CO 2가 실린더로 역류하는 것을 방지합니다. 더블 갭 기하학 압력 셀 그림 2 에서 밸브 G와 CO 2 실린더를여십시오. 그림 2의 밸브 D와 I를 엽니 다. CO 2 가 시스템의 나머지 공간을 가득 채운 후 밸브 G와 CO 2 실린더를 닫아 CO 2가 실린더로 역류하는 것을 방지합니다. 6. 온도와 압력 설정하기 믹서와 레오 메타에 원하는 온도 값을 입력하십시오. 파이프 라인 네트워크의 가열 시스템에 원하는 온도 값을 입력하십시오. 주사기 펌프에 원하는 압력 값을 입력하십시오. 온도와 압력이 안정 될 때까지 기다리십시오. jove_title "> 7. 교반기 및 기어 펌프 켜기 기어 펌프의 하류 및 상류에서 밸브를 엽니 다. 8. 믹서의 체적 및 혼합 점도 모니터링 매 6 시간마다 주사기 펌프에 볼륨 값을 기록하십시오. 6 시간마다 교반기와 기어 펌프를 끄십시오. 레오 메타를 통해 혼합물의 점도를 측정하십시오. 점도 측정은 5 분의 침강 시간에서 시작하여 10 s -1 의 일정 전단 속도로 점도를 측정합니다. 두 가지 측정 결과 사이의 부피와 점도 값이 상당한 차이 (> 4 %)를 보이면 기어 펌프와 교반기를 다시 켜서 혼합을 계속하십시오. 체적과 점도 측정 값 모두에서 변화가 없으면 (≤ 4 %), CO2와 원유 시료 사이의 평형이 확인됩니다. 레올 로지 측정을 위해 기어 펌프와 교반기를 끄십시오. 노트:혼합 기간은 원유 시료의 점도에 따라 1 ~ 2 일간 지속될 수 있습니다. 9. 레올 로지 측정 수행 동축 실린더 기하학 압력 셀 9 레올 로지 측정을 위해 그림 1의 밸브 A 및 D를 닫습니다. 전단 속도 10s -1 에서 0.5 분 동안 혼합물을 미리 전단하십시오. 혼합물을 1 분간 방치한다. 전단 속도 500 s -1 에서 10 s -1 까지의 혼합물 점도를 측정하십시오. 각각의 전단 속도에서, 전단 속도 조정 시간은 0.2 분이다. 각 전단 속도 단계에서의 측정 지속 시간은 전단 속도 조정 시간을 제외하고 대수적으로 0.5 분에서 1 분으로 증가됩니다. 이중 간격 기하 구조 압력 셀 10 레올 로지 측정을 위해 그림 2의 밸브 A와 D를 닫습니다. 전단력전단 속도 10 s -1 에서 0.5 분 동안 혼합물. 혼합물을 1 분간 방치한다. 전단 속도 250 s -1 에서 10 s -1 까지의 혼합물 점도를 측정하십시오. 각각의 전단 속도에서, 전단 속도 조정 시간은 0.2 분이다. 각 전단 속도 단계에서의 측정 지속 시간은 전단 속도 조정 시간을 제외하고 대수적으로 0.5 분에서 1 분으로 증가됩니다. 10. 다음 원하는 값으로 압력 높이기 동축 실린더 기하학 압력 셀 그림 1의 밸브 E를 닫으십시오. 밸브 G와 CO 2 실린더를 열어 주사기 펌프에 더 많은 CO 2 를 주입하십시오. 밸브 G와 CO 2 실린더를 닫으십시오. 믹서에 CO 2 를 추가하기 위해 밸브 E를여십시오. 압력이 원하는 값보다 낮 으면 반복하여 더 많은 CO2를 주입하십시오. 새로운 압력 세트를 입력하십시오.int를 주사기 펌프에 넣습니다. 압력이 안정 될 때까지 기다리십시오. 이중 갭 기하 구조 압력 셀 그림 2의 밸브 E와 I을 닫습니다. 밸브 G와 CO 2 실린더를 열어 주사기 펌프에 더 많은 CO 2 를 주입하십시오. 밸브 G와 CO 2 실린더를 닫으십시오. 믹서에 CO 2 를 추가하기 위해 밸브 E와 I을 엽니 다. 압력이 원하는 값보다 작 으면 단계를 반복하여 더 많은 CO2를 주입하십시오. 새 압력 설정 값을 주사기 펌프에 입력하십시오. 압력이 안정 될 때까지 기다리십시오. 참고 : 높은 압력에서 레올 로지 측정을 위해 7-10 단계를 반복하십시오.

Representative Results

Zuata 원유 및 이산화탄소 포화 혼합물의 레올 로지 측정은 동축 실린더 기하학적 압력 셀을 사용하여 50 ° C에서 그림 5 와 그림 6 에 나와 있습니다. 그림 5 는 대기압에서 100 bar까지의 측정을 보여 주며, 그림 6 은 120 bar에서 220 bar까지의 측정을 보여줍니다. 또한, 도 7 은 상대 전단 점도를 나타내며, 이것은 주어진 전단 속도에서의 점도 대 최저 전단 속도에서의 점도의 비이다. 그림 7 의 점선은 형상의 베어링 마찰로 인한 최대 측정 오차입니다. 이중 갭 기하 구조의 압력 셀을 사용하여 희석 된 Zuata 원유의 50 ° C에서의 레올로 지 측정은 다음과 같습니다.그림 8 과 그림 9 에서 llustered되어 있으며, 그림 10 은 70bar까지의 압력에 대한 상대 점도를 보여줍니다. 더욱이, 도 10 은 대기압에서의 희석 된 원유가 뉴톤 유체로서 거동한다는 것을 나타낸다. 그러나, CO 2 압력이 30 bar 내지 60 bar 일 때, 전단 담화 효과가 관찰된다. 60 bar 이상의 이산화탄소 압력에서 전단 묽어 짐이 사라지고 혼합물은 다시 뉴턴 유체처럼 거동합니다. 도 5 및 도 6 으로부터, CO 2 용해는 100 bar가 될 때까지 원유 혼합물의 점도를 현저히 감소 시킨다는 것을 알 수있다. CO 2 압력이 100bar를 초과하면, 오일 혼합물의 점도는 CO 2 압력의 증가와 함께 증가하지만 훨씬 낮은 속도로 증가합니다. <p그림 7 은 Zuata 원유가 이산화탄소 첨가없이 전단 담화 효과를 나타냄을 보여줍니다. CO 2 가 원유에 용해되면 더 높은 CO 2 압력에서 곡선이 더 평평 해 지므로 전단 담화 효과가 약화됩니다. 40 bar 이상의 이산화탄소 압력에서 전단 속도에 따른 점도 변화는 측정 오차 범위 내에 있으므로 혼합물은 뉴톤으로 간주 될 수 있습니다. CO 2의 용해가 약해지고 Zuata 원유의 전단 담화 효과가 사라집니다. 이는 원유에 용해 된 이산화탄소 분자가 궁극적으로 아스팔트와 같은 원유의 거대 분자에 의해 생성 된 회합 네트워크를 파괴 할 수 있음을 나타냅니다. 도 8 에 도시 된 바와 같이 희석 된 원유와 관련하여, CO2 광고70 bar에서 오일 혼합물의 점도를 극적으로 감소시킵니다. CO 2 압력이 70 bar를 초과하면 ( 그림 9 ), 높은 CO 2 압력은 오일 점도를 증가시킵니다. Seifried 등 의 연구에 따르면 도 11에 도시 된 바와 같이, 원래의 Zuata 원유 및 희석 된 Zuata 원유 모두에서, 아스팔트 침전의 개시는 80 bar 이상의 CO2 압력에서 발생한다. 그러나, 압력이 80 bar보다 높은 우리의 레올 로지 실험에서, 원유 / CO 2 혼합물은 뉴톤 유체로서 거동한다. 이것은 아스 팔틴 침전이이 혼합물의 유동 학적 특성을 변화시키지 않는다는 것을 의미한다. 희석 된 원유에 대한 레올 로지 결과는 또한 흥미 롭다 :이 경우 CO2 용해는 비 뉴턴 작용을 일으킨다.CO 2 압력의 특정 범위의 귀. CO 2 첨가에 의해 유도 된 전단 박화 효과에 대해 두 가지 추측이 제시된다. 첫 번째 추측은 non-Newtonian 거동이 CO 2 용해 하에서 아스 팔틴 분자에 의해 형성된 미셀에 의해 유발된다는 것이다. 원유에 용해 된 이산화탄소는 아스 팔틴 응집체의 구조에 대한 작용으로 시스템의 임계 미셀 농도 (critical micelle concentration, CMC)를 감소시킬 수 있으며, 이는 미셀 간의 상호 작용이 더 커질 수 있습니다 12 . 30 ~ 60bar의 압력에서, 아스 팔틴 미셀 간의 거리는 반 데르 발스 인력의 유효 범위 (13) 내에있을 수있다. 따라서, 미셀 사이에 결합 네트워크가 형성되어 전단 박화 효과가 발생한다. 그러나, 압력이 60 bar 이상일 때, 용매 또는 비 – 아스 팔틴 분자에 대한 CO 2 효과는 dominating, 이로 인해 CMC가 증가합니다. 따라서, 아스 팔틴 미셀은 불안정화되고 결과적으로 결합 네트워크는 사라진다. 두 번째 추측은 위상 동작 관점을 기반으로합니다. 30 bar 내지 60 bar의 CO 2 압력에서, CO 2가 풍부한 액상이 생성 될 수 있으며, 이는 혼합물이 액체 – 액체 – 증기 (LLV) 시스템을 형성하게한다. 두 액상의 유사한 밀도로 인해 교반 및 순환에 의한 혼합을 통해 이들 두 액의 유제가 형성 될 수있다. 에멀젼의 분산상으로서, CO 2가 풍부한 액상은 원유 중 아스 팔틴에 의해 안정화 될 수있다. 이 유제는 분산 된 상 (phase)이 연관 네트워크 (associating network)를 야기하기 때문에 비 뉴톤 (non-Newtonian) 행태를 나타낸다. 그러나 60 bar 이상의 압력에서 오일 혼합물에 더 많은 CO2가 용해되면 두 액상이 다시 섞일 수 있습니다. 결과는 CO 2가 풍부한 증기와 평형 상태에있는 원유가 풍부한 액체로 이루어지고 원유가 풍부한 액상이 뉴톤 유체로서 거동하는 액체 – 증기 (LV) 시스템이다. 그림 5. 50 ° C 및 다양한 전단 속도에서 CO2가 포함 된 Zuata 무거운 원유의 점도 측정. , 낮은 전단 속도 한계; , 주위; , 20 bar; , 40 bar; , 60 바; , 80 바; Hu 등 15의 허가를 얻어 재판을 받음 Copyright 2016 American Chemical Society. 이 그림의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 6. 50 ° C 및 다양한 전단 속도에서 CO2가 포함 된 Zuata 무거운 원유의 점도 측정. , 낮은 전단 속도 한계; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar;5749 / 55749_orangeDot.jpg "/>, 180 bar; , 200 bar; , 220 bar. Hu 외의 허락을 받아 증쇄 됨 . 15 . Copyright2016 American Chemical Society. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 7. 50 ° C 및 다양한 전단 속도에서 이산화탄소가 함유 된 Zuata 원유의 상대 점도. -, 측정 변동 범위; 주위 압력; , 20 bar; <img alt="방정식" src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_orangeDot.jpg"/>, 40 bar; , 60 바; , 80 바; , 100 bar; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar; , 180 bar; , 220 bar. Hu 외의 허락을 받아 증쇄 됨 . 15 . Copyright2016 American Chemical Society. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. e_content "fo : keep-together.within-page ="1 "> 그림 8. 50 ° C 및 다양한 전단 속도에서 CO2가있는 희석 원유의 점도 측정. , 낮은 전단 속도 한계; , 1 bar; , 10 bar; , 20 bar; , 30 바; , 40 bar; , 50 bar; , 60 바;d / 55749 / 55749_purpleDiamond.jpg "/>, 70 bar. 이 그림의 확대 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 9. 50 ° C 및 다양한 전단 속도에서 CO 2 로 희석 된 원유에 대한 점도 측정. , 낮은 전단 속도 한계; , 80 바; , 100 bar; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar; <img alt="방정식" src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_lBlueX.jpg"/>, 180 bar; , 200 bar; , 220 bar. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 10. 50 ° C 및 다양한 전단 속도에서 CO 2 가있는 희석 원유의 상대 점도. -, 측정 변동 범위; , 1 bar; , 10 bar; , 20 bar;tp_upload / 55749 / 55749_lGreenDiamond.jpg "/>, 30 bar; , 40 bar; , 50 bar; , 60 바; , 70 bar. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Discussion

작동에는 두 단계가 중요합니다. 첫 번째 방법은 원유 샘플을 사용하여 전체 시스템에 프라이밍하는 것입니다. 원유 샘플로 시스템을 채우면 기어 펌프가 오일 샘플에 의해 잘 윤활 될 수 있으며 순환 루프의 모든 막힘을 쉽게 식별 할 수 있습니다. 따라서, 기어 펌프가 손상되는 것을 방지 할 수있다. 두 번째 중요한 단계는 주기적으로 혼합물의 점도를 모니터링하여 CO2와 원유 사이의 평형을 확인하는 것입니다. CO ₂ 와 점성 무거운 원유 ¹⁶ 사이의 평형에 도달하는 데 상당한 시간이 걸리면, 너무 일찍 유변학 측정을 수행하면 오일 점도에 대한 CO ₂ 첨가 효과를 과소 평가하게됩니다. 따라서 측정 된 점도가 일정한 값 (4 % 미만의 변화)에 도달 할 때만 혼합물이 CO2와 평형을 이룰 수 있는가?

전류 측정 시스템 만CO2 포화 혼합물의 레올 로지 측정을 가능하게한다. 저 포화 혼합물을 측정하기 위해, 상류 용기를 CO2 스트림에 도입 할 수있다. CO ₂ 는 먼저 상류 용기로 도입 된 다음, 공급원으로부터 분리되어, 상류 용기의 부피 및 압력에 의해 CO ₂ 의 양이 제어 될 수있다. 이 경우 시스템의 전체 압력은 헬륨과 같은 불활성 가스에 의해 제어됩니다. Kariznovi et al . CO ₂ 와 중질 원유 혼합물 ¹⁷ 의 물리적 성질을 측정하는 데 사용 된 장치에 대한 좋은 검토를 제공합니다. 수정은 자신의 논문에서 검토 한 시스템을 참조 할 수 있습니다.

여기에 설명 된 시스템은 모든 기체 – 액체 혼합물의 레올 로지를 측정 할 수 있다는 점을 언급해야합니다. 그러므로 그 적용은 원유에 국한되지 않습니다. 예를 들어, rh에 대한 CO2 효과를 측정하는 데 사용할 수 있습니다Pickering 에멀젼 18,19 및 가스 유도 가소 화의 학술 ⁶ . 레오 미터 (reheometer) 압력 셀에 전기 전도도 측정 장치를 도입함으로써 전단에 의해 유도 된 에멀젼의 반전에 대한 가스 용해의 영향을 ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² ^, ²³ 에서도 연구 할 수있었습니다.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자들은 Qatar Petroleum, Shell 및 Qatar Science and Technology Park가 공동으로 제공 한 카타르 탄산염 및 탄소 저장 연구 센터 (QCCSRC)의 기금을 감사히 생각합니다. 저자는 원유 샘플을 제공 한 Frans van den Berg (Shell Global Solutions, Amsterdam, Netherlands)에게 감사드립니다.

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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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).