Přejít na obsah
Článek

Shell se nasazuje Rheonics DVM pro studie EOR – „Měření transportních vlastností a hustot dimethyletheru DME a směsí vody a solanky“

Rheonics_DVM

Přehled

Byl publikován příspěvek k prezentaci na konferenci SPE (Society of Petroleum Engineers) Improved Oil Recovery Conference, která se původně měla konat v Tulse, OK, USA, 18. - 22. dubna 2020. Kvůli COVID-19 byla fyzická událost odložena na 31. srpna - 4. září 2020 a byla změněna na virtuální událost. Příspěvek má název „Měření transportních vlastností a hustoty dimethyletherových DME a směsí voda / solanka“ a autorem je Jingyu Cui a Yunying Qi, Shell Global Solutions US Inc; Birol Dindoruk, Shell International Exploration and Production Inc.

V tomto článku autoři poprvé prezentují nová data o systematickém měření hustoty a viskozity pro DME a vodu. Neexistují žádné systematické údaje o viskozitě pro systémy solanky DME, zejména pro sledované podmínky (podmínky v nádrži), proto nasadili Rheonics DVM získat údaje o hustotě a viskozitě za drsných, agresivních podmínek a použít tato data ke stanovení a ověření rovnic hustoty a viskozity pro směsi solanka-DME. Taková základní transportní data jsou nezbytná k tomu, aby bylo možné vyhodnotit potenciál vstřikování DME/DEW pro různé aplikace, od EOR/IOR po stimulaci blízko vrtu.

Konference o vylepšené regeneraci oleje SPE

Měření transportních vlastností a hustoty dimethyletheru DME a směsí voda / solanka

Jingyu Cui a Yunying Qi, Shell Global Solutions USA Inc.; Birol Dindoruk, Shell International Exploration and Production Inc.

Vydavatel: Společnost ropných inženýrů (SPE)
Příspěvek prezentovaný na konferenci SPE Improved Oil Recovery Conference, 31. srpna - 4. září 2020
Číslo papíru: SPE-200314-MS
DOI: https://doi.org/10.2118/200314-MS

Abstraktní

Dimethylether (DME) je považován za potenciální prostředek EOR Enhanced Oil Recovery EOR pro lepší zaplavení vodou. Vzhledem ke své první mísitelnosti s kontakty v uhlovodících a částečné vysoké rozpustnosti ve vodě / solance se při kontaktu vstřikuje do zásobníku přednostně do uhlovodíkové fáze. Výsledkem je, že zbytkový olej nabobtná a jeho viskozita se sníží, což zase vede k výrazně vyššímu konečnému výtěžku oleje. Míra bobtnání a snížení viskozity závisí na rozsahu dělení DME a jeho dostupnosti spolu s tlakem a teplotou systému. V zóně směšování oleje s DME a zóně DME-voda je odhad viskozit DME-uhlovodíků a DME-vody zásadní pro vyhodnocení a pochopení výkonu DME-zalévání vody (DEW) v nádrži nebo v laboratorním / pilotním měřítku . Mezi nimi nebyly nalezeny žádné systematické údaje o viskozitě pro systémy DME-solanka, zejména pro sledovanou podmínku (podmínky zásobníku). Viskozita DME-uhlovodíku docela dobře dodržuje tradiční pravidla a očekávání míchání; zatímco viskozita DME-vody vykazuje velmi odlišné chování, než se očekávalo. V tomto článku poprvé představujeme nová data o systematickém měření hustoty a viskozity pro DME a vodu. Taková základní data o přenosu jsou nezbytná k tomu, aby bylo možné vyhodnotit vstřikovací potenciál DME / DEW pro různé aplikace, od EOR / IOR po stimulaci blízké vrtu.

Mezi důležité rysy této studie patří:

  1. Nová data pro literaturu používanou pro DME a DME zlepšené zaplavování vodou
  2. Vývoj korelace pro měřené

Hlavní vlastnosti papíru

Úvod

Transportní vlastnosti, zejména viskozita, jsou rozhodující při výrobě oleje, a to jak z hlediska provozu, tak z hlediska ekonomiky. Vzhledem k tomu, že DME je polární složkou, nebylo zcela zřejmé, že transportní vlastnosti systému DME-voda / solanka budou odpovídat očekávaným trendům a pravidlům míchání (tj. Chování alkanových plynů s vodnými roztoky).

Na základě provedené symptomatické analýzy se věřilo, že DME-solanka musí mít vyšší viskozitu než čistý solanka, pokud neexistují jiné faktory. Tuto hypotézu potvrdilo předběžné měření viskozity (obrázek 3). Je proto zapotřebí hlouběji se podívat na toto neočekávané zvýšení viskozity vzhledem k vodě. Neexistuje však žádný známý numerický nástroj, který by dokázal toto chování správně předvídat a reprezentovat.

Obrázek 3 — Předběžná měření viskozity pro rychlý pohled na viskozitu systému DME-solanka při 20 ° C (hrubá data: neprovádí se žádná korekce tlaku a teploty, jak je patrné z trendu tlaku vody).

Abychom mohli vysvětlit naše pozorování v laboratoři a zaplnit tuto mezeru v souvislosti se základními daty pro vysvětlení a návrh laboratorních experimentů a umožnit spolehlivější předpovědi v různých měřítcích, navrhli jsme komplexní experimentální program, který by to vyřešil a vyvinul vzorec nebo směšovací pravidlo zachycující trend, které lze použít k naplnění požadavků na popis tekutin pro simulátory zásobníků nebo jiné nástroje k předpovědi viskozity DME-solanky a také hustoty. Abychom toho dosáhli, postupovali jsme podle níže uvedených kroků.

  1. Změřte viskozitu a hustotu vodního roztoku DME-DI, pokrývajícího od čisté vody po mez rozpustnosti DME při různých teplotách a tlacích;
  2. Vytvořte pravidlo míchání viskozity pro předpovídání vlastností směsi pomocí vlastností čistého DME a vody (solanky);

Zařízení a kalibrace

Hustota a viskozita směsi DME-DI voda (Solanka) byly měřeny pomocí Rheonics MVDr. Toto zařízení vykazuje jasnou výhodu při měření viskozity vodných systémů ve srovnání s elektromagnetickým viskozimetrem (EMV), protože umožňuje současné měření hustoty a viskozity. Kromě toho, Rheonics DVM může provádět inline měření hustoty i viskozity při provozních tlacích až 30,000 2000 psi (20 200 bar) a teplotních rozmezích od -1 °C do XNUMX °C s dobou odezvy asi XNUMX sekundu na odečet.

DVM je inline modul pro měření viskozity, hustoty a teploty kapaliny protékající modulem. Průtok modulem je založen na senzoru hustoty a viskozity DVM. Modul má průtokový kanál s vnitřním průměrem 12 mm. Senzor je namontován rovnoběžně s průtokovou cestou tekutiny a odstraňuje všechny mrtvé zóny v toku tekutiny. Standardní modul má připojení Swagelok, které lze nahradit jinými vhodnými závitovými připojeními. Teflonové těsnění snižuje pravděpodobnost vniknutí kapaliny do závitu konektoru. Snímač DVM je namontován pomocí šroubu se závitem, který umožňuje snadné vyjmutí za účelem čištění a výměny. Má jednoduchou, kompaktní a robustní konstrukci (viz obrázek 4).

 

in-line, online vysokotlaký vysokotlaký vysokoteplotní vysokoteplotní hpht viskozita a sledování hustoty v reálném čase

Obrázek 4—Rheonics in-line model DVM 

Jedno Rheonics DVM měří viskozitu a hustotu pomocí torzního rezonátoru, jehož jeden konec je ponořen do testované kapaliny. Čím je kapalina viskóznější, tím vyšší je mechanické tlumení rezonátoru. Měřením tlumení lze vypočítat součin viskozity a hustoty Rheonics"proprietárních algoritmů." Naše počáteční práce ukázala, že poskytnutý algoritmus nezohlednil vliv tlaku a teploty na zařízení. Prodejce použil tento vstup ke zlepšení svých algoritmů a vedl ke konzistentnějšímu opravnému faktoru. Čím je kapalina hustší, tím je rezonanční frekvence nižší. Hustší kapalina zvyšuje hmotnostní zatížení rezonátoru. Rezonátor je buzen i snímán pomocí elektromagnetického měniče namontovaného v těle snímače.

Tlumení se měří snímací a vyhodnocovací elektronikou a stabilní, vysoká přesnost a opakovatelné hodnoty se získávají na základě proprietární [6] brány s technologií fázového závěsu.

Aby bylo možné převést nezpracovaná měření na fyzicky přesnější měření, byly pro konkrétní použitý model zapotřebí parametry korekce zařízení. Tyto korekční faktory poskytl výrobce jak pro viskozitu, tak pro hustotu.

Údaje shromážděné pomocí DVM pro tuto studii


Viskozita a hustota DI vody při 35 ° C

Kalibrační běhy byly provedeny před úplným měřením prováděným na DME-vodných roztocích. Je důležité kalibrovat systém známou kapalinou, aby bylo možné posoudit přesnost měření. Výsledkem je, že je pro tento účel vybrána DI voda, a to ze dvou důvodů:

  1. Viskozita DI vody je k dispozici při širokém rozsahu tlaků a teplot, které obsahují naši zájmovou doménu PT;
  2. Zájem této studie je do značné míry o vodné roztoky, díky nimž je voda ideálním kandidátem na kalibraci

Kalibrační experimenty byly prováděny při 35 ° C; výsledky byly porovnány s údaji NIST při stejné teplotě. Obrázek 5 a obrázek 6 ukazují dobrou shodu mezi naměřenými údaji o viskozitě a hustotě a údaji NIST.

Obrázek 5 - Viskozita DI vody při 35 ° C

 

Obrázek 6 - Hustota DI vody při 35 ° C

Hustota vodních směsí DME / DI

Na základě experimentální matice v tabulce 2 byla měřena hustota pro řadu vodních směsí DME-DI. Tabulky 3 až 5 uvádějí experimentální data při třech různých teplotách v tabulce.

Tabulka 3 - Hustota DI vody / DME roztoků při 35 ° C.

Tlak Koncentrace
pes 0 % DME 2 % DME 5 % DME 10 % DME 14 % DME
400 0.9967 0.9835 0.9656 0.9442 0.9188
725 0.9976 0.9844 0.9665 0.9452 0.9198
1450 0.9997 0.9863 0.9684 0.9472 0.9220
2175 1.0017 0.9882 0.9702 0.9492 0.9243
3000 1.0038 0.9903 0.9723 0.9514 0.9268
4000 1.0065 0.9930 0.9749 0.9540 0.9297
5000 1.0092 0.9955 0.9781 0.9567 0.9326
6000 1.0119 0.9981 0.9800 0.9592 0.9354
7000 1.0145 1.0007 0.9825 0.9618 0.9382
8000 1.0171 1.0032 0.9850 0.9644 0.9410
9000 1.0197 1.0058 0.9874 0.9669 0.9437
10000 1.0224 1.0083 0.9900 0.9695 0.9464
11000 1.0249 1.0108 0.9924 0.9720 0.9491

 

 Tabulka 4 - Hustota DI vody / DME roztoků při 50 ° C.

Tlak Koncentrace
pes 0 % DME 2 % DME 5 % DME 10 % DME 14 % DME
400 0.9905 0.9769 0.9575 0.9348 0.9099
725 0.9914 0.9777 0.9581 0.9358 0.9108
1450 0.9933 0.9796 0.9603 0.9380 0.9134
2175 0.9953 0.9815 0.9622 0.9401 0.9159
3000 0.9975 0.9837 0.9644 0.9425 0.9186
4000 1.0001 0.9862 0.9669 0.9454 0.9218
5000 1.0027 0.9888 0.9695 0.9482 0.9249
6000 1.0054 0.9914 0.9721 0.9509 0.9281
7000 1.0079 0.9940 0.9747 0.9536 0.9310
8000 1.0105 0.9965 0.9772 0.9564 0.9339
9000 1.0131 0.9990 0.9797 0.9591 0.9368
10000 1.0157 1.0016 0.9823 0.9617 0.9397
11000 1.0182 1.0040 0.9848 0.9644 0.9425

 

Tabulka 5 - Hustota DI vody / DME roztoků při 70 ° C.

Tlak Koncentrace
pes 0 % DME 2 % DME 5 % DME 10 % DME 14 % DME
400 0.9800 0.9656 0.9443 0.9217 0.8936
725 0.9809 0.9665 0.9452 0.9228 0.8965
1450 0.9828 0.9686 0.9474 0.9251 0.9003
2175 0.9848 0.9705 0.9494 0.9274 0.9031
3000 0.9870 0.9724 0.9517 0.9300 0.9060
4000 0.9896 0.9751 0.9545 0.9330 0.9094
5000 0.9923 0.9777 0.9572 0.9360 0.9125
6000 0.9950 0.9804 0.9599 0.9390 0.9156
7000 0.9975 0.9830 0.9626 0.9419 0.9187
8000 1.0001 0.9856 0.9652 0.9448 0.9217
9000 1.0027 0.9881 0.9679 0.9476 0.9247
10000 1.0053 0.9907 0.9705 0.9503 0.9276
11000 1.0078 0.9932 0.9731 0.9531 0.9305

 

Obrázek 8 ukazuje vybranou izotermu pro hustotu DI vody / DME roztoku. Jak se dalo očekávat, hustota se zvyšuje s rostoucím tlakem a klesá s rostoucí koncentrací DME. Obrázek 9 ukazuje chování hustoty roztoku DI voda / DME (5 mol% DME) při různých teplotách, hustota klesá s rostoucí teplotou.

Obrázek 8 - Hustota DI vody / DME roztoků při 35 ° C.

 

Obrázek 9 - Hustota DI vody / 5 mol% roztoku DME při různých teplotách.

Viskozita směsi DME / DI vody

Podobně byly také měřeny viskozity DME / DI vody při odpovídajících koncentracích a podmínkách. Tabulky 6 a 8 prezentují naměřená data v tabulkové formě.

Tabulka 6 — Viskozity DI vody / DME roztoků při 35 ° C.

Tlak Koncentrace
pes 0 % DME 2 % DME 5 % DME 10 % DME 14 % DME
400 0.7350 0.8342 0.9346 1.0062 1.0010
725 0.7377 0.8344 0.9405 1.0132 1.0066
1450 0.7388 0.8361 0.9432 1.0231 1.0123
2175 0.7380 0.8387 0.9439 1.0301 1.0189
3000 0.7372 0.8412 0.9577 1.0384 1.0247
4000 0.7358 0.8439 0.9575 1.0488 1.0390
5000 0.7346 0.8457 0.9613 1.0570 1.0508
6000 0.7339 0.8498 0.9538 1.0612 1.0637
7000 0.7336 0.8520 0.9557 1.0658 1.0739
8000 0.7308 0.8535 0.9637 1.0663 1.0811
9000 0.7297 0.8551 0.9652 1.0772 1.0927
10000 0.7284 0.8527 0.9669 1.0857 1.1002
11000 0.7310 0.8519 0.9670 1.0943 1.1124

 

 

Tabulka 7 — Viskozity DI vody / DME roztoků při 50 ° C.

Tlak Koncentrace
pes 0 % DME 2 % DME 5 % DME 10 % DME 14 % DME
400 0.5433 0.6181 0.6943 0.7121 0.7157
725 0.5441 0.6199 0.6948 0.7160 0.7073
1450 0.5471 0.6208 0.6973 0.7234 0.7111
2175 0.5481 0.6236 0.6969 0.7305 0.7237
3000 0.5499 0.6259 0.7005 0.7384 0.7329
4000 0.5520 0.6280 0.7071 0.7456 0.7444
5000 0.5552 0.6235 0.7045 0.7569 0.7531
6000 0.5557 0.6276 0.7074 0.7660 0.7602
7000 0.5579 0.6298 0.7092 0.7749 0.7715
8000 0.5607 0.6317 0.7128 0.7859 0.7756
9000 0.5612 0.6362 0.7175 0.7923 0.7852
10000 0.5630 0.6383 0.7198 0.7918
11000 0.5635 0.6376 0.7216 0.8038 0.8035

 

Tabulka 8 — Viskozity DI vody / DME roztoků při 70 ° C.

Tlak Koncentrace
pes 0 % DME 2 % DME 5 % DME 10 % DME 14 % DME
400 0.4003 0.4422 0.4791 0.4783 0.5041
725 0.4016 0.4402 0.4812 0.4789 0.4962
1450 0.4029 0.4420 0.4828 0.4985
2175 0.4054 0.4437 0.4832 0.4859 0.5011
3000 0.4076 0.4451 0.4844 0.4898 0.5090
4000 0.4097 0.4468 0.4873 0.4952 0.5191
5000 0.4122 0.4494 0.4953 0.5003 0.5270
6000 0.4132 0.4522 0.4976 0.5068 0.5366
7000 0.4136 0.4517 0.5011 0.5137 0.5420
8000 0.4160 0.4540 0.5058 0.5206 0.5495
9000 0.4181 0.4551 0.5088 0.5259 0.5520
10000 0.4193 0.4561 0.5105 0.5330 0.5601
11000 0.4193 0.4564 0.5123 0.5351 0.5666

 

Obrázek 10 ukazuje, že viskozita roztoků DI voda / DME se mírně zvyšuje se zvyšujícím se tlakem a také se zvyšuje se zvyšující se koncentrací DME, což je v rozporu s očekáváním. Obrázek 11 ukazuje viskozitu DI vody / DME roztoku s 5 mol% DME při různých teplotách; jak se očekávalo, viskozita takového roztoku klesá se zvyšováním teploty.

Obrázek 10 - Viskozita DI vody / 5 mol% roztoků DME při 35 ° C.

Obrázek 11 — Viskozita roztoku DI voda / DME při různých teplotách.

Aby bylo možné předpovědět hustotu a viskozitu širokého spektra směsí DI voda / DME, byly vyvinuty korelace ve formě pravidel míchání s využitím generované sady experimentálních údajů a vlastností čistých složek.

V následující části pomocí provedených experimentů předvedeme rozsah platnosti a přesnosti jednoduchých korelačních nástrojů, které jsme vyvinuli pro systémy Brine-DME.

Ověření rovnic hustoty pro směsi solanky a DME

 

Tabulka 14 - Hustota 3% hmotn. Solanky / DME roztoku při 35 ° C.

Experimentální hustota (g / cmXNUMX) Vypočtená hustota (g / cmXNUMX) Relativní chyba (%)
pes 2 % DME 5 % DME 8 % DME 2 % DME 5 % DME 8 % DME 2 % DME 5 % DME 8 % DME
400 1.0000 0.9832 0.9696 1.0006 0.9796 0.9612 -0.06 0.37 0.87
725 1.0008 0.9840 0.9703 1.0016 0.9811 0.9630 -0.08 0.30 0.75
1450 1.0026 0.9859 0.9721 1.0037 0.9840 0.9664 -0.11 0.19 0.59
2175 1.0045 0.9877 0.9741 1.0057 0.9865 0.9693 -0.13 0.13 0.49
3000 1.0066 0.9898 0.9762 1.0078 0.9889 0.9720 -0.12 0.09 0.43
4000 1.0091 0.9924 0.9788 1.0101 0.9916 0.9749 -0.11 0.08 0.40
5000 1.0116 0.9948 0.9813 1.0124 0.9939 0.9772 -0.08 0.09 0.42
6000 1.0141 0.9973 0.9839 1.0145 0.9960 0.9793 -0.04 0.13 0.47

Obrázek 13 - Hustota 3% hm. Solanky / DME při různých teplotách.

Celkově navrhované směšovací pravidlo pro hustotu předpovídá hustotu směsi dobře při středních až nízkých koncentracích DME a mírně předpovídá při vyšších koncentracích DME (tj. 8 mol%), zatímco odchylky jsou stále v očekávaných mezích.

Ověření rovnic hustoty pro směsi solanky a DME

 

Tabulka 15 - Viskozita 3% hmotn. Roztoku chloridu sodného NaCl / DME při 35 ° C.

Tlak Experimentální viskozita (cp) Vypočtená viskozita (cp) Relativní chyba
pes 0 % DME 2 % DME 5 % DME 8 % DME 2 % DME 5 % DME 8 % DME 2 % DME 5 % DME 8 % DME
400 0.7537 0.8462 0.9535 1.0220 0.9209 0.9824 1.0392 -8.82 -3.03 -1.68
725 0.7650 0.8485 0.9563 1.0159 0.9217 0.9838 1.0413 -8.63 -2.87 -2.51
1450 0.7616 0.8332 0.9532 1.0201 0.9238 0.9869 1.0462 -10.87 -3.53 -2.55
2175 0.7641 0.8334 0.9516 1.0313 0.9257 0.9899 1.0507 -11.08 -4.02 -1.88
3000 0.7594 0.8388 0.9527 1.0235 0.9279 0.9931 1.0557 -10.62 -4.25 -3.15
4000 0.7553 0.8400 0.9410 1.0221 0.9304 0.9968 1.0613 -10.76 -5.93 -3.83
5000 0.7528 0.8439 0.9520 1.0330 0.9329 1.0006 1.0670 -10.54 -5.10 -3.29

 

Obrázek 14 — Viskozita 3% hmotn. NaCl solanka / DME při různých teplotách.

Obrázek 14 ukazuje, že směšovací pravidla pro viskozitu nad odhady viskozit při 35 ° C, 50 ° C a 70 ° C, přičemž stále ukazují celkově dobrou shodu s experimentálními daty.

Závěr / výsledky studie

Systematická metodika s novějším viskozimetrem (Rheonics DVM) byl vyvinut pro DME rozpuštěné vodné systémy. Po počátečních kalibracích a ověřovacích zkouškách se známými látkami, jako je voda,

  1. Hustota a viskozita systémů DI voda / DME, solanka / DME byly značně měřeny při 35 ° C, 50 ° C a 70 ° C a různých tlacích a DME
  2. Pokud je nám známo, předmětné soubory měření viskozity a hustoty jsou první v literatuře. Mohou být použity pro vyhodnocení a / nebo snížení rizika DME zvýšených vodních povodní (DEW) a dalších použití DME mimo vodu. Tyto údaje poskytujeme pro literaturu.
  3. Byly vyvinuty a ověřeny typy pravidel míchání pro výpočet hustoty a viskozity; vypočítané hodnoty dobře souhlasí s experimentálními daty a představují jednoduchou sadu nástrojů pro generování potřebných hodnot hustoty a viskozity směsí solanky / DME za podmínek vyhodnocených pro různé aplikace, jako jsou simulátory.
#Rheonics #RopnýAPlynárenskýPrůmysl #DVM #MěřeníHustoty #MěřeníViskozity

Spojit s Rheonics

Sledujte nás na sociálních sítích a buďte informováni o nejnovějších inovacích, technických poznatcích a novinkách z oboru.

Hledat