Właściwości transportowe, a zwłaszcza lepkość, są kluczowe w produkcji ropy naftowej zarówno pod względem eksploatacyjnym, jak i ekonomicznym. Biorąc pod uwagę, że DME jest składnikiem polarnym, nie było oczywiste, że właściwości transportowe układu DME-woda / solanka będą zgodne z oczekiwanymi trendami i zasadami mieszania (tj. Zachowanie alkanów w roztworach wodnych).

Na podstawie przeprowadzonej analizy symptomatycznej uznano, że roztwór DME-solanka musi mieć wyższą lepkość niż czysty roztwór solanki, chyba że istnieją inne czynniki. Wstępne pomiary lepkości potwierdziły tę hipotezę (rysunek 3). Dlatego potrzebne jest głębsze przyjrzenie się temu nieoczekiwanemu wzrostowi lepkości w stosunku do wody. Jednak nie jest znane żadne narzędzie numeryczne, które byłoby w stanie prawidłowo przewidzieć i przedstawić to zachowanie.

Rysunek 3 - Wstępne pomiary lepkości w celu szybkiego spojrzenia na lepkość układu DME-solanka w 20 C (Dane surowe: brak wykonanych korekt ciśnienia i temperatury, jak widać w trendzie ciśnienia wody).

Aby móc wyjaśnić nasze obserwacje w laboratorium i wypełnić tę lukę w kontekście danych niezbędnych do wyjaśnienia i zaprojektowania eksperymentów laboratoryjnych oraz umożliwić bardziej wiarygodne prognozy w różnych skalach, opracowaliśmy kompleksowy program eksperymentalny, aby rozwiązać ten problem i opracować formuła określająca trend lub reguła mieszania, która może być wykorzystana do wypełnienia wymagań dotyczących opisu płynu dla symulatorów zbiorników lub innych narzędzi do przewidywania lepkości solanki DME, a także gęstości. Aby to osiągnąć, wykonaliśmy poniższe kroki.

1. Zmierz lepkość i gęstość roztworu wodnego DME-DI, obejmując od czystej wody do granicy rozpuszczalności DME w różnych temperaturach i ciśnieniach;
2. Opracuj regułę mieszania lepkości, aby przewidzieć właściwości mieszanki na podstawie właściwości czystego DME i wody (solanki);

Zmierzono gęstość i lepkość mieszaniny woda DME-DI (solanka). Rheonics DVM [5] Sprzęt ten wykazuje wyraźną przewagę w pomiarze lepkości układu wodnego w porównaniu z wiskozymetrem elektromagnetycznym (EMV), ponieważ może zapewnić jednoczesny pomiar gęstości i lepkości. Ponadto, Rheonics DVM może wykonywać pomiary inline zarówno gęstości, jak i lepkości przy ciśnieniach procesowych do 30,000 2000 psi (20 barów) i zakresie temperatur od -200°C do 1°C z czasem reakcji około XNUMX sekundy na odczyt.

DVM to wbudowany moduł do pomiaru lepkości, gęstości i temperatury płynu przepływającego przez moduł. Moduł przepływu jest oparty na czujniku gęstości i lepkości DVM. Moduł posiada kanał przepływowy o średnicy wewnętrznej 12 mm. Czujnik jest zamontowany równolegle do ścieżki przepływu płynu i usuwa wszelkie martwe strefy w przepływie płynu. Standardowy moduł ma połączenia Swagelok, które można zastąpić innymi odpowiednimi połączeniami gwintowanymi. Uszczelka teflonowa ogranicza możliwość przedostania się płynu do gwintu złącza. Czujnik DVM jest montowany za pomocą gwintowanej śruby, aby umożliwić łatwe wyjmowanie w celu czyszczenia i wymiany. Ma prostą, zwartą i solidną konstrukcję (patrz rysunek 4).

 

Rysunek 4—Rheonics wbudowany model DVM 

Rheonics DVM mierzy lepkość i gęstość za pomocą rezonatora skrętnego, którego jeden koniec jest zanurzony w badanej cieczy. Im bardziej lepki płyn, tym większe tłumienie mechaniczne rezonatora. Mierząc tłumienie, można obliczyć iloczyn lepkości i gęstości Rheonicsautorskie algorytmy. Nasza wstępna praca wykazała, że ​​dostawca algorytmu nie uwzględnił wpływu ciśnienia i temperatury na sprzęt. Dostawca zastosował te dane wejściowe, aby ulepszyć swoje algorytmy i uzyskać bardziej spójny współczynnik korekcji. Im gęstszy płyn, tym niższa częstotliwość rezonansowa. Gęstszy płyn zwiększa obciążenie masowe rezonatora. Rezonator jest zarówno wzbudzany, jak i wykrywany za pomocą przetwornika elektromagnetycznego zamontowanego w korpusie czujnika.

Tłumienie jest mierzone za pomocą elektroniki czujnikowej i oceniającej, a stabilne, wysokiej dokładności i powtarzalne odczyty uzyskuje się w oparciu o zastrzeżoną [6] technologię zamkniętej pętli fazowej.

Aby przekonwertować surowe pomiary na fizycznie dokładniejsze pomiary, potrzebne były parametry korekcji urządzenia dla konkretnego wykorzystywanego modelu. Te współczynniki korekcyjne zostały podane przez producenta zarówno dla lepkości, jak i gęstości.

Lepkość i gęstość wody DI przy 35 ° C

 Kalibracje przeprowadzono przed pełnymi pomiarami wykonanymi na roztworach DME-Woda. Ważne jest, aby skalibrować system za pomocą znanego płynu, aby ocenić dokładność pomiaru. W rezultacie do tego celu wybiera się wodę DI z dwóch powodów:

1. Lepkość wody DI jest dostępna w szerokim zakresie ciśnień i temperatur, który zawiera naszą interesującą domenę PT;
2. Przedmiotem tego badania są głównie roztwory wodne, co sprawia, że ​​woda jest idealnym kandydatem do kalibracji

Eksperymenty kalibracyjne przeprowadzono w 35 ° C; wyniki porównano z danymi NIST w tej samej temperaturze. Rysunek 5 i Rysunek 6 pokazują dobrą zgodność między zmierzonymi danymi dotyczącymi lepkości i gęstości a danymi NIST.

Rysunek 5 - Lepkość wody DI w temperaturze 35 ° C

 

Rysunek 6 - Gęstość wody DI w temperaturze 35 ° C

Gęstość mieszanin wody DME / DI

Na podstawie macierzy doświadczalnej w Tabeli 2 zmierzono gęstość dla serii mieszanin wody DME-DI. Tabele 3 do 5 przedstawiają dane eksperymentalne w trzech różnych temperaturach w formie tabelarycznej.

Tabela 3 - Gęstość roztworów wody dejonizowanej / DME w 35 ° C.

Nacisk	Stężenie
psia	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

 

 Tabela 4 - Gęstość roztworów wody dejonizowanej / DME w 50 ° C.

Nacisk	Stężenie
psia	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

 

Tabela 5 - Gęstość roztworów wody dejonizowanej / DME w 70 ° C.

Nacisk	Stężenie
psia	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

 

Rysunek 8 przedstawia wybraną izotermę gęstości wody dejonizowanej / roztworu DME. Jak oczekiwano, gęstość rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia i maleje wraz ze wzrostem stężenia DME. Rysunek 9 przedstawia zachowanie gęstości roztworu wody dejonizowanej / DME (5% mol DME) w różnych temperaturach, gęstość spada wraz ze wzrostem temperatury.

Rysunek 8 - Gęstość roztworów wody dejonizowanej / DME w temperaturze 35 ° C.

 

Rysunek 9 - Gęstość wody dejonizowanej / roztworu 5% mol DME w różnych temperaturach.

Lepkość mieszaniny DME / DI woda

Podobnie, lepkości wody DME / DI również mierzono w odpowiednich stężeniach i warunkach. Tabele 6 i 8 przedstawiają zmierzone dane w formie tabelarycznej.

 

Tabela 6 - Lepkości roztworów wody dejonizowanej / DME w 35 ° C.

Nacisk	Stężenie
psia	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

 

 

Tabela 7 - Lepkości roztworów wody dejonizowanej / DME w 50 ° C.

Nacisk	Stężenie
psia	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

 

 

Tabela 8 - Lepkości roztworów wody dejonizowanej / DME w 70 ° C.

Nacisk	Stężenie
psia	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

 

Rysunek 10 pokazuje, że lepkość roztworów wody dejonizowanej / DME nieznacznie wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia, a także rośnie wraz ze wzrostem stężenia DME, co jest sprzeczne z oczekiwaniami. Rysunek 11 przedstawia lepkość roztworu woda dejonizowana / DME z 5% molowymi DME w różnych temperaturach; jak oczekiwano, lepkość takiego roztworu spada wraz ze wzrostem temperatury.

Rysunek 10 - Lepkość roztworów wody dejonizowanej / 5% molowych DME w 35 ° C.

Rysunek 11 - Lepkość roztworu wody dejonizowanej / DME w różnych temperaturach.

Aby móc przewidzieć gęstość i lepkość szerokiego zakresu mieszanin wody dejonizowanej / DME, opracowano korelacje w postaci reguł mieszania z wykorzystaniem wygenerowanego zestawu danych doświadczalnych i właściwości czystych składników.

W następnej sekcji, korzystając z przeprowadzonych eksperymentów, zademonstrujemy zakres trafności i dokładności prostych narzędzi korelacyjnych, które opracowaliśmy dla systemów Brine-DME.

Walidacja równań gęstości dla mieszanin solanka-DME

 

Tabela 14 - Gęstość 3% wag. Roztworu solanka / DME w 35 ° C.

	Gęstość eksperymentalna (g / cmXNUMX)			Obliczona gęstość (g / cmXNUMX)			Względny błąd (%)
psia	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

 

Rysunek 13 - Gęstość 3% wag. Solanki / DME w różnych temperaturach.

Ogólnie rzecz biorąc, proponowana reguła mieszania dla gęstości dobrze przewiduje gęstość mieszaniny przy średnich do niskich stężeniach DME i nieco niedostatecznie prognozuje przy wyższych stężeniach DME (tj. 8% molowych), podczas gdy odchylenia nadal mieszczą się w oczekiwanych granicach.

Walidacja równań gęstości dla mieszanin solanka-DME

 

Tabela 15 - Lepkość 3% wag. Roztworu NaCl solanka / DME w 35 ° C.

Nacisk	Lepkość eksperymentalna (cp)				Obliczona lepkość (cp)			Względny błąd
psia	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

 

Rysunek 14 - Lepkość 3% wag. Solanki NaCl / DME w różnych temperaturach.

Figura 14 wskazuje, że reguły mieszania dla lepkości powyżej szacują lepkości w 35 ° C, w 50 ° C i 70 ° C, jednocześnie wykazując ogólną dobrą zgodność z danymi eksperymentalnymi.

Systematyczna metodologia z nowszym wiskozymetrem (Rheonics DVM) został opracowany dla układów wodnych rozpuszczonych w DME. Po wstępnej kalibracji i testach weryfikacyjnych ze znanymi substancjami, takimi jak woda,

1. Gęstość i lepkość wody DI / DME, solanka / DME były szeroko mierzone w 35 ° C, 50 ° C i 70 ° C oraz przy różnych ciśnieniach i DME
2. O ile nam wiadomo, zestawy tematyczne pomiarów lepkości i gęstości są pierwszymi w literaturze. Mogą być używane do oceny i / lub zmniejszania ryzyka powodzi wodnych (DEW) i innych zastosowań DME poza wodą. Dostarczamy takie dane do literatury.
3. Opracowano i zweryfikowano typ reguły mieszania do obliczania gęstości i lepkości dla tych mieszanin; obliczone wartości są zgodne z danymi eksperymentalnymi i stanowią prosty zestaw narzędzi do generowania potrzebnych wartości gęstości i lepkości mieszanin solanka / DME w warunkach ocenianych dla różnych zastosowań, takich jak symulatory.