Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO<sub>2</sub> at Reservoir Conditions

Ruien Hu; John Crawshaw

doi:10.3791/55749

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Environment

Medición de la reología del petróleo crudo en equilibrio con CO<sub2</sub> En las condiciones del yacimiento

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

Se presenta un método para medir la reología del petróleo crudo en equilibrio con dióxido de carbono en las condiciones del yacimiento.

Abstract

Se describe un sistema de reómetro para medir la reología del petróleo crudo en equilibrio con dióxido de carbono (CO ₂ ) a altas temperaturas y presiones. El sistema comprende un reómetro de alta presión que está conectado a un circuito de circulación. El reómetro tiene una celda de medición de flujo rotacional con dos geometrías alternativas: cilindro coaxial y doble espacio. El bucle de circulación contiene un mezclador, para poner la muestra de crudo en equilibrio con CO ₂ , y una bomba de engranajes que transporta la mezcla desde el mezclador al reómetro y la recicla de vuelta al mezclador. El CO _$ ₂ _$ y el petróleo crudo se ponen en equilibrio por agitación y circulación y la reología de la mezcla saturada se mide mediante el reómetro. El sistema se utiliza para medir las propiedades reológicas del aceite crudo Zuata (y su dilución de tolueno) en equilibrio con CO ₂ a presiones elevadas de hasta 220 bar ya una temperatura de 50 ° C. Los resultados muestran tLa adición de CO ₂ cambia significativamente la reología del aceite, reduciendo inicialmente la viscosidad a medida que aumenta la presión de CO ₂ y luego aumenta la viscosidad por encima de una presión umbral. También se observa que la respuesta no-newtoniana del crudo cambia con la adición de CO ₂ .

Introduction

En la mayor parte de la literatura sobre las propiedades físicas de CO ₂ y mezclas de petróleo crudo, la viscosidad se mide utilizando un viscosímetro, lo que significa que la medición se realiza a una velocidad de cizallamiento constante o tensión de cizallamiento. En estos estudios se investiga de forma sencilla la viscosidad del CO ₂ y de la mezcla de crudo: el foco de interés son las relaciones entre la viscosidad y otros parámetros, como la temperatura, la presión y la concentración de CO ₂ . La asunción clave de estos estudios, aunque rara vez se menciona explícitamente, es que el CO ₂ y la mezcla de crudo se comporta como un líquido newtoniano. Sin embargo, es bien sabido que algunos aceites crudos, especialmente crudos pesados, pueden mostrar un comportamiento no newtoniano bajo ciertas condiciones ¹ ^, ² ^, ³ ^, ⁴ . Por lo tanto, para comprender completamente el efecto CO ₂ , la viscosidad de CO2 </sub> Y la mezcla de aceite crudo debe ser estudiada en función de la velocidad de corte o estrés.

Hasta donde sabemos, sólo el estudio de Behzadfar et al . Informa la viscosidad de un petróleo crudo pesado con adición de CO ₂ a diferentes velocidades de cizallamiento usando un reómetro ⁵ . En la medición de Behzadfar et al ., La mezcla entre CO ₂ y petróleo crudo se consigue mediante la rotación del cilindro interior de la geometría del cilindro coaxial, proceso muy lento. Además, el efecto de la disolución de CO ₂ sobre la reología de las masas fundidas de polímero ha sido reportado en la literatura, lo que podría arrojar luz sobre el estudio del petróleo crudo pesado y mezclas de CO ₂ . Royer et al . Miden la viscosidad de tres polímeros fundidos comerciales a diversas presiones, temperaturas y concentraciones de CO ₂ , utilizando un reómetro de troquel de extrusión de alta presión ⁶ . A continuación, analizan los datos a través del volumen libre E teoría. Otros estudios similares se pueden encontrar en Gerhardt et al . ⁷ y Lee et al . ⁸ . Nuestro método, en el que el mezclado se realiza en un mezclador externo y la medida reológica en una geometría de cilindro coaxial, permite una medición más completa de la reología de CO ₂ y mezcla de crudo.

El sistema de circulación que desarrollamos contiene cuatro unidades: una bomba de jeringa, mezclador, bomba de engranajes y reómetro, como se muestra en la Figura 1 y la Figura 2 . Se coloca una barra de agitación en la parte inferior del mezclador y se acopla magnéticamente con un conjunto de imán giratorio. La agitación se utiliza para potenciar la mezcla entre CO ₂ y aceite crudo en el mezclador, acelerando el acercamiento al equilibrio entre las fases. La fase de aceite saturado de CO _$ ₂ _$ se retira de cerca del fondo del mezclador usando un tubo de inmersión y se hace circular a través del sistema de medición.

La viscosidad se mide mediante una célula de alta presión montada en un reómetro, existen dos tipos de celdas de presión: una con una geometría de cilindro coaxial, que está diseñada para la medición de fluido viscoso, y la otra con una Doble geometría de hueco para aplicaciones de baja viscosidad.

Figura 1: Esquema del sistema de circulación con célula coaxial de presión de geometría del cilindro. La línea azul representa el flujo de CO ₂ , y la línea negra representa las mezclas de crudo. Reimpreso con permiso de Hu et al. ¹⁴ . Copyright 2016 Sociedad Química Americana. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 2: Esquema del sistema de circulación con célula de presión de doble geometría de hueco. La línea azul representa el flujo de CO ₂ , y la línea negra representa las mezclas de crudo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: La celda coaxial de presión de geometría del cilindro. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

La celda de presión de geometría de cilindro coaxial ( Figura 3 ) tiene una separación de 0,5 mm entre el cilindro interior y el exterior, dando lugar a un volumen de muestra de 18Ml. El cilindro interior está acoplado magnéticamente con una copa rotatoria, que está unida al husillo del reómetro. Hay dos cojinetes de zafiro en la parte superior e inferior del cilindro interior, que están directamente en contacto con el eje de rotación del cilindro interior. Dado que los cojinetes de zafiro están expuestos a la muestra por diseño, la fricción del cojinete puede variar según las propiedades de lubricación de la muestra.

Figura 4: La celda de presión de geometría de doble espacio. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Por otra parte, la célula de presión de doble espacio comprende un rotor cilíndrico en una geometría de espacio doble, como se ilustra en la figura 4 . El cilindro de medición está montadoEn la cabeza de presión a través de dos cojinetes de bolas y acoplado magnéticamente con el vaso de rotación, que está conectado al husillo del reómetro. Los cojinetes de bolas están situados dentro de la cabeza de presión y no están en contacto con la muestra, que se inyecta en el espacio de medida y desborda en un rebaje en el estator desde el que se devuelve al recipiente de mezcla.

En un experimento típico, la muestra de crudo se carga primero en el mezclador. Después de cebar todo el sistema con el aceite crudo, el volumen restante en el sistema se evacua usando una bomba de vacío. El CO2 se introduce entonces en el mezclador a través de la bomba de jeringa y el sistema se lleva a la temperatura y presión deseadas. La presión del sistema se controla a través de la fase de CO ₂ mediante la bomba de la jeringa. Cuando la presión se estabiliza, el agitador se enciende para mezclar el CO _$ ₂ _$ y el aceite crudo dentro del mezclador. A continuación, se enciende la bomba de engranajes para retirar la faseMezclador, llenar el reómetro y reciclar el líquido de nuevo a la mezcladora. Por lo tanto, la mezcla entre CO2 y aceite crudo se realiza agitando simultáneamente en el mezclador y circulando en el bucle. El estado de equilibrio se controla mediante la medición periódica tanto del volumen en la bomba de jeringa como de la viscosidad de la mezcla. Cuando no hay cambio (≤ 4%) tanto en el volumen como en la viscosidad, se confirma el equilibrio. En esta etapa se desconecta la bomba de engranajes y el agitador, suspendiendo el flujo a través de la celda de medición y se realiza la medición de la reología.

Protocol

Nota: Dado que el experimento funciona a alta temperatura y presión, la seguridad es primordial. El sistema está protegido contra la sobrepresión por el límite de software en el controlador de la bomba de la jeringa y los discos de ruptura en el mezclador y entre la bomba de engranajes y el reómetro (ver Figura 1 y Figura 2 ). Además, antes de cada experimento, se recomienda realizar un control de fugas regular. También se recomienda realizar la comprobación de fricción de la geometría de la celda de presión para asegurarse de que el reómetro está funcionando bien 9 , 10 . 1. Preparación de la muestra de aceite crudo NOTA: Utilice la muestra de aceite crudo Zuata tal como se recibió. La siguiente tabla muestra las propiedades físicas básicas del petróleo crudo Zuata. ChaCaracterísticas Valor Gravedad API 9,28 Factor de barril (bbl / t) 6,27 Azufre total (% en peso) 3,35 Reid Presión de vapor (kPa) 1 Punto de fluidez (° C) 24 Contenido de H 2 S existente (ppm) – Contenido Potencial de H 2 S (ppm) 115 Contenido Potencial de HCl (ppm) – Calc. Gross Cal. Valor (kJ / kg) 41.855 Tabla 1: Propiedades físicas del petróleo crudo Zuata. Se a~naden 128,57 g de tolueno a 300 g de aceite crudo Zuata para preparar la dilución con 70% en peso de aceite bruto Zuata y 30% en peso de tolueno. Hacer rodar la mezcla a temperatura ambiente durante 3 h. 2. Carga de la muestra de aceite crudo en el mezclador Desconecte el mezclador del sistema y ábralo. Colocar un agitador en la parte inferior de la mezcladora. Cargar 200 mL de muestra de crudo en el mezclador. Después de apretar todos los tornillos, vuelva a conectar el mezclador al sistema. 3. Primando todo el sistema con la muestra de aceite crudo Primero el sistema con la celda coaxial de la presión de la geometría del cilindro. NOTA: Consulte la Figura 1 para localizar la válvula. Cierre la celda de presión del reómetro apretando la cabeza de presión 9 . Monte el vaso de rotación en el husillo del reómetro. Ajústelo a la posición de medición 9 . Cierre las válvulas A, D, E, F, G y H. Abra la válvula C. Abra el cilindro de nitrógeno. Introducir el gas comprimido en el mezclador abriendo las válvulas H y E. Cuando el gas llega al mezclador, Cerrar la válvula H y el cilindro de gas. Abra la válvula A. El gas comprimido empujará la muestra de crudo en el circuito de circulación a través del tubo de succión. Cuando la muestra de aceite crudo gotea hacia abajo de la válvula C en la figura 1 , todo el sistema es cebado por la muestra de crudo. Abra la válvula F para liberar el gas restante. Cierre la válvula C y abra la válvula D. Encienda la bomba de engranajes para hacer circular el fluido durante un tiempo. Dependiendo de la viscosidad de la muestra de crudo, esto podría tomar de 1 a 5 h. NOTA: La presión del nitrógeno comprimido introducido en el mezclador depende de la viscosidad de la muestra de crudo. Si la viscosidad de la muestra de aceite crudo es superior a 5 Pa · s, la presión del gas comprimido puede ser mayor de 15 bar. Primero el sistema con la celda de presión de geometría de doble espacio. NOTA: Consulte la Figura 2 para localizar la válvula. QuitarLa cabeza de presión y el cilindro de medición de la celda de presión. Cerrar las válvulas A, D, E, F, G, H e I. Abrir la válvula C. Abra el cilindro de nitrógeno. Introduzca el gas comprimido en el mezclador abriendo las válvulas H y E. Cuando el gas llegue al mezclador, cierre la válvula H y el cilindro de gas. Abra la válvula A. El gas comprimido empujará la muestra de crudo en el circuito de circulación a través del tubo de succión. Cuando la muestra de aceite crudo sumerja la parte interior de la geometría de doble espacio, abra la válvula F para liberar la presión en el mezclador. Encienda la bomba de engranajes. Ajuste cuidadosamente la velocidad de rotación de la bomba de engranajes. Asegúrese de que el caudal de entrada a la celda de presión, determinado por la bomba de engranajes, sea inferior o igual al caudal de salida de la celda de presión, que se determina por gravedad. Cuando se encuentra una velocidad de rotación razonable de la bomba de engranajes y la muestra de aceite crudo gotea desde la válvula C, todo el sistema es cebado por el aceite. TGire la bomba de engranajes. Montar el cilindro de medición y la cabeza de presión en la celda de presión 10 . Cierre la válvula C y abra la válvula D. Encienda la bomba de engranajes para hacer circular el fluido. NOTA: Si la muestra de aceite crudo tiene una viscosidad similar al agua, el gas comprimido con una presión de 3 a 4 bar es suficiente. 4. Evacuación del volumen restante en el sistema Cierre las válvulas A y D en la Figura 1 o Figura 2 . Conecte la bomba de vacío a la válvula F. Active la bomba de vacío durante 15 min. Cierre la válvula F y luego apague la bomba de vacío. 5. Introducción de CO 2 en el mezclador Con la célula de presión de geometría cilíndrica coaxial Abra la válvula G y el cilindro de CO 2 en la Figura 1 . Abra la válvula D en la Figura 1 . </ Li Después de que el CO 2 llene el espacio restante en el sistema, cierre la válvula G y el cilindro de CO2 para evitar que el CO 2 vuelva a fluir hacia el cilindro. Con célula de presión de geometría de doble espacio Abra la válvula G y el cilindro de CO 2 en la Figura 2 . Abra la válvula D e I en la Figura 2 . Después de que el CO 2 llene el espacio restante en el sistema, cierre la válvula G y el cilindro de CO2 para evitar que el CO 2 vuelva a fluir hacia el cilindro. 6. Ajuste de la temperatura y la presión Introduzca el valor de temperatura deseado en el mezclador y el reómetro. Introduzca el valor de temperatura deseado en el sistema de calefacción de la red de tuberías. Introduzca el valor de presión deseado en la bomba de la jeringa. Espere a que la temperatura y la presión se estabilicen. Jove_title "> 7. Activación del agitador y de la bomba de engranajes Abra las válvulas en la parte inferior y en la parte superior de la bomba de engranajes. 8. Control del volumen en el mezclador y la viscosidad de la mezcla Registre la lectura del volumen en la bomba de la jeringa cada 6 h. Después de cada 6 h, apague el agitador y la bomba de engranajes. Medir la viscosidad de la mezcla a través del reómetro. La medición de viscosidad comienza con un tiempo de sedimentación de 5 min, y luego mide la viscosidad a una velocidad de cizallamiento constante de 10 s -1 . Cuando los valores de volumen y viscosidad muestren diferencias considerables (> 4%) entre dos mediciones consecutivas, vuelva a encender la bomba de engranajes y el agitador para continuar la mezcla. Cuando las mediciones de volumen y de viscosidad no muestran cambios en los valores (≤ 4%), se confirma el equilibrio entre la muestra de CO 2 y de crudo. Apague la bomba de engranajes y el agitador para la medición de reología. NOTA:El período de mezcla puede durar de 1 a 2 días, dependiendo de la viscosidad de la muestra de crudo. 9. Realización de la medición de la reología Con la celda de presión de geometría del cilindro coaxial 9 Cerrar las válvulas A y D de la figura 1 para la medición reológica. Pre-cortar la mezcla a una velocidad de cizallamiento de 10 s -1 durante 0,5 min. Dejar reposar la mezcla durante 1 min. Medir la viscosidad de la mezcla a una velocidad de cizalla de 500 s -1 a 10 s -1 . A cada velocidad de cizallamiento, el tiempo de ajuste de la velocidad de cizallamiento es de 0,2 min. La duración de la medición a cada paso de velocidad de cizallamiento se aumenta logarítmicamente de 0,5 min a 1 min, excluyendo el tiempo de ajuste de la velocidad de cizallamiento. Con célula de presión de geometría de doble espacio 10 Cerrar las válvulas A y D de la figura 2 para la medición reológica. Pre-cizallamientoLa mezcla a una velocidad de cizallamiento de 10 s -1 durante 0,5 min. Dejar reposar la mezcla durante 1 min. Mida la viscosidad de la mezcla a una velocidad de cizalla de 250 s -1 a 10 s -1 . A cada velocidad de cizallamiento, el tiempo de ajuste de la velocidad de cizallamiento es de 0,2 min. La duración de la medición a cada paso de velocidad de cizallamiento se aumenta logarítmicamente de 0,5 min a 1 min, excluyendo el tiempo de ajuste de la velocidad de cizallamiento. 10. Aumentar la presión al siguiente valor deseado Con la célula de presión de geometría del cilindro coaxial Cierre la válvula E en la Figura 1 . Introduzca más CO 2 en la bomba de la jeringa abriendo la válvula G y el cilindro de CO 2 . Cierre la válvula G y el cilindro de CO 2 . Abra la válvula E para añadir más CO 2 a la mezcladora. Si la presión es menor que el valor deseado, repita para introducir más CO 2 . Introduzca el nuevo conjunto de presión poInt en la bomba de la jeringa. Espere a que la presión se estabilice. Con la célula de presión de geometría de doble hueco Cierre las válvulas E e I de la Figura 2 . Introduzca más CO 2 en la bomba de la jeringa abriendo la válvula G y el cilindro de CO 2 . Cierre la válvula G y el cilindro de CO 2 . Abra las válvulas E e I para añadir más CO 2 al mezclador. Si la presión es menor que el valor deseado, repita el paso para introducir más CO 2 . Introduzca el nuevo punto de ajuste de presión en la bomba de la jeringa. Espere a que la presión se estabilice. NOTA: Repita los pasos 7 a 10 para medir la reología a presiones más altas.

Representative Results

La Figura 5 y la Figura 6 muestran la medida reológica del aceite crudo Zuata y su mezcla saturada de CO 2 , a 50 ° C usando la celda de presión de geometría cilíndrica coaxial. La Figura 5 muestra la medición desde la temperatura ambiente hasta 100 bar, mientras que la Figura 6 muestra la medición desde 120 bar hasta 220 bar. Además, la Figura 7 ilustra la viscosidad relativa, que es la relación de la viscosidad a una velocidad de cizallamiento dada a la viscosidad a la velocidad de cizallamiento más baja. Las líneas discontinuas de la figura 7 son el error de medición máximo causado por el rozamiento de los cojinetes de la geometría. La medida de la reología a 50 ° C del petróleo crudo Zuata diluido, utilizando una celda de presión de geometría de doble espacio, es iIlustrado por la Figura 8 y la Figura 9 , mientras que la Figura 10 muestra la viscosidad relativa para presión de hasta 70 bar. Además, la Figura 10 muestra que el petróleo crudo diluido a presión ambiente se comporta como un fluido Newtoniano. Sin embargo, cuando la presión de CO 2 es de 30 bar a 60 bar, se observa el efecto de adelgazamiento por cizallamiento. A una presión de CO 2 por encima de 60 bar, el adelgazamiento por cizallamiento desaparece y la mezcla se comporta nuevamente como un líquido newtoniano. De la Figura 5 y la Figura 6 se puede ver que la disolución de CO 2 disminuye significativamente la viscosidad de la mezcla de crudo hasta 100 bar. Cuando la presión de CO2 es superior a 100 bares, la viscosidad de la mezcla de aceite aumenta con el aumento de la presión de CO 2 , pero a una velocidad mucho menor. <pLa Figura 7 revela que el petróleo crudo de Zuata muestra un efecto de adelgazamiento por cizalladura sin adición de CO 2 . Cuando el CO 2 se disuelve en el aceite crudo, el efecto de adelgazamiento de la cizalladura se debilita, dado que las curvas a mayores presiones de CO 2 son más planas. A presiones de CO 2 superiores a 40 bar, el cambio de viscosidad con velocidad de cizalladura está dentro del margen de error de medición, por lo que se puede considerar que la mezcla es newtoniana. La disolución de CO 2 se debilita y eventualmente elimina el efecto de adelgazamiento por cizallamiento del petróleo crudo Zuata. Esto indica que la molécula de CO 2 disuelta en el aceite crudo puede eventualmente interrumpir la red de asociación generada por las macromoléculas en el petróleo crudo, tales como asfaltenos. Con respecto al petróleo crudo diluido, como se muestra en la Figura 8 , el CO 2 adReduce drásticamente la viscosidad de la mezcla de aceite a un mínimo a 70 bar. A medida que la presión de CO 2 aumenta más allá de 70 bar ( Figura 9 ), la mayor presión de CO 2 provoca un aumento en la viscosidad del aceite. Según el estudio de Seifried et al . 11 , tanto en el petróleo crudo Zuata original como en el diluido, el inicio de la precipitación del asfalteno se produce a presiones de CO 2 superiores a 80 bar. Sin embargo, en nuestros experimentos de reología cuando la presión es superior a 80 bar, la mezcla de crudo / CO 2 se comporta como un fluido newtoniano. Esto implica que la precipitación de asfaltenos no altera las propiedades reológicas de esta mezcla. Los resultados de la reología del petróleo crudo diluido también son interesantes: en este caso la disolución de CO 2 da lugar al comportamiento no newtoniano,Oídos en un cierto rango de presión de CO 2 . Dos especulaciones se dan aquí para el efecto de adelgazamiento por cizallamiento inducido por la adición de CO 2 . La primera especulación es que el comportamiento no-Newtoniano es causado por micelas formadas por las moléculas de asfalteno bajo la disolución de CO 2 . El CO 2 disuelto en el aceite crudo puede reducir la concentración micelar crítica (CMC) del sistema por su acción sobre la estructura de los agregados de asfaltenos, lo que puede conducir a una mayor interacción entre las micelas 12 . A presiones de 30 a 60 bar, la distancia entre micelas de asfalteno puede estar dentro del rango efectivo de la fuerza de atracción de van der Waals 13 . De este modo, se forma una red de asociación entre las micelas y provoca el efecto de adelgazamiento por cizallamiento. Sin embargo, cuando la presión está por encima de 60 bar, el efecto CO 2 sobre el disolvente o las moléculas no asfaltenas es domLo que lleva a aumentar el CMC. Por lo tanto, las micelas de asfalteno se desestabilizan, y consecuentemente desaparece la red asociada. La segunda especulación se basa en el punto de vista del comportamiento de la fase. A presiones de CO 2 entre 30 y 60 bar, puede haberse generado una fase líquida rica en CO 2 , lo que hace que la mezcla forme un sistema líquido-líquido-vapor (LLV). Una emulsión de estos dos líquidos podría formarse a través de la mezcla mediante agitación y circulación debido a la densidad similar de las dos fases líquidas. Como fase dispersa de la emulsión, la fase líquida rica en CO 2 puede estabilizarse por el asfalteno en el aceite crudo. Esta emulsión muestra un comportamiento no newtoniano porque la fase dispersa da lugar a una red de asociación. Sin embargo, cuando se disuelve más CO $ ₂ $ en la mezcla de aceite a una presión por encima de 60 bares, las dos fases líquidas vuelven a ser miscibles de nuevo. El resultado es un Líquido-vapor (LV) compuesto por un líquido rico en petróleo en equilibrio con un vapor rico en CO 2 y la fase líquida rica en petróleo crudo se comporta como un fluido newtoniano. Figura 5. Medición de la viscosidad del crudo pesado Zuata con CO 2 a 50 ° C y diversas velocidades de corte. , Menor límite de velocidad de corte; , Ambiente; , 20 bares; , 40 bares; , 60 bares; , 80 bares; Ftp_upload / 55749 / 55749_dGreenDot.jpg "/>, 100 bar Reimpreso con el permiso de Hu et al 15. Copyright 2016 American Chemical Society Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 6. Medición de la viscosidad del crudo pesado Zuata con CO 2 a 50 ° C y diversas velocidades de corte. , Menor límite de velocidad de corte; , 120 bares; , 140 bares; , 160 bares;5749 / 55749_orangeDot.jpg "/>, 180 bar; , 200 bares; , 220 bares. Reimpreso con permiso de Hu et al. 15 . Copyright 2016 Sociedad Química Americana. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 7. Viscosidad relativa del petróleo crudo Zuata con CO 2 a 50 ° C y diversas velocidades de corte. – -, rango de fluctuación de medición; , presión ambiental; , 20 bares; <img alt="Ecuación" Src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_orangeDot.jpg" />, 40 bar; , 60 bares; , 80 bares; , 100 bares; , 120 bares; , 140 bares; , 160 bares; , 180 bares; , 220 bares. Reimpreso con permiso de Hu et al. 15 . Copyright 2016 Sociedad Química Americana. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. E_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figura 8. Medición de la viscosidad del petróleo crudo diluido con CO 2 a 50 ° C y diversas velocidades de corte. , Menor límite de velocidad de corte; , 1 bar; , 10 bares; , 20 bares; , 30 bares; , 40 bares; , 50 bares; , 60 bares;D / 55749 / 55749_purpleDiamond.jpg "/>, 70 bares Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 9. Medición de la viscosidad del petróleo crudo diluido con CO 2 a 50 ° C y diversas velocidades de corte. , Menor límite de velocidad de corte; , 80 bares; , 100 bares; , 120 bares; , 140 bares; , 160 bares; <img alt="Ecuación" Src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_lBlueX.jpg" />, 180 bar; , 200 bares; , 220 bares. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 10. Viscosidad relativa del aceite crudo diluido con CO 2 a 50 ° C y diversas velocidades de corte. – -, rango de fluctuación de medición; , 1 bar; , 10 bares; , 20 bares;Tp_upload / 55749 / 55749_lGreenDiamond.jpg "/>, 30 bar; , 40 bares; , 50 bares; , 60 bares; , 70 bares. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

Dos pasos son críticos en la operación. La primera es cebar todo el sistema por la muestra de crudo. Al rellenar el sistema con la muestra de aceite crudo, la bomba de engranajes puede ser bien lubricada por la muestra de aceite y cualquier bloqueo en el circuito de circulación puede ser fácilmente identificado. De este modo, se puede evitar que la bomba de engranajes se dañe. La segunda etapa crítica supervisa periódicamente la viscosidad de la mezcla para confirmar el equilibrio entre el CO ₂ y el petróleo crudo. Dado que se tarda una cantidad considerable de tiempo en alcanzar el equilibrio entre el CO ₂ y el crudo pesado viscoso ¹⁶ , la medición de la reología demasiado temprana subestimará el efecto de la adición de CO ₂ sobre la viscosidad del aceite. Por lo tanto, sólo cuando la viscosidad medida alcanza un valor constante (menos del 4% de cambio), se puede considerar la mezcla en equilibrio con CO ₂ .

Sólo el sistema de medición de corrientePermite la medida reológica de la mezcla saturada de CO ₂ . Para medir mezclas insuficientemente saturadas, se podría introducir un recipiente de aguas arriba a la corriente de CO _$ ₂ _$ . El CO ₂ se introducirá primero en el recipiente aguas arriba y luego se aislará de la fuente, de manera que la cantidad de CO ₂ pueda controlarse por el volumen y la presión en el recipiente aguas arriba. La presión total del sistema en este caso sería controlada por un gas inerte, tal como el helio. Kariznovi et al . Proporciona una buena revisión sobre el aparato utilizado para medir las propiedades físicas de CO ₂ y la mezcla de crudo pesado ¹⁷ . Las modificaciones pueden referirse a los sistemas que revisaron en su trabajo.

Debe mencionarse que el sistema aquí descrito puede medir la reología de cualquier mezcla gas-líquido; Por lo tanto su aplicación no se limita a los aceites crudos. Por ejemplo, puede usarse para medir el efecto de CO ₂ en el rhEología de las emulsiones de Pickering ¹⁸ ^, ¹⁹ y plastificación inducida por gas ⁶ . Mediante la introducción del dispositivo de medición de la conductividad eléctrica en la célula de presión del reómetro, también se podría estudiar el efecto de la disolución del gas sobre la inversión de fase inducida por esfuerzo cortante de las emulsiones ²⁰ ^, ²¹ ^, ²² ^, ²³ .

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores agradecen el financiamiento del Qatar Carbonates and Carbon Storage Research Center (QCCSRC), proporcionado conjuntamente por Qatar Petroleum, Shell y Qatar Science and Technology Park. Los autores agradecen a Frans van den Berg (Shell Global Solutions, Amsterdam, Países Bajos) por proporcionar la muestra de crudo.

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

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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).

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