Misurazione della reologia del petrolio greggio in equilibrio con CO<sub&gt; 2</sub&gt; Presso le condizioni del serbatoio

Riepilogo

Viene presentato un metodo per misurare la reologia del petrolio greggio in equilibrio con l'anidride carbonica in condizioni di serbatoio.

Abstract

Viene descritto un sistema di reometria per misurare la reologia del petrolio greggio in equilibrio con l'anidride carbonica (CO ₂ ) ad alte temperature e pressioni. Il sistema comprende un reometro ad alta pressione collegato ad un circuito di circolazione. Il reometro dispone di una cella di misurazione a flusso con due geometrie alternative: cilindro coassiale e doppio snodo. Il ciclo di circolazione contiene un miscelatore per portare il campione di olio grezzo in equilibrio con CO ₂ e una pompa ad ingranaggi che trasporta la miscela dal mixer al reometro e la ricicla al mixer. Il CO ₂ e il greggio vengono portati in equilibrio agitando e circolando e la reologia della miscela satura viene misurata dal reometro. Il sistema è utilizzato per misurare le proprietà reologiche dell'olio grezzo Zuata (e la sua diluizione di toluene) in equilibrio con il CO ₂ a pressioni elevate fino a 220 bar e una temperatura di 50 ° C. I risultati mostrano tL'aggiunta del CO ₂ aumenta in modo significativo la reologia dell'olio riducendo inizialmente la viscosità aumentando la pressione del CO ₂ e aumentando la viscosità sopra una pressione di soglia. La risposta non-newtoniana del greggio è anche visto cambiare con l'aggiunta di CO ₂ .

Introduzione

Nella maggior parte della letteratura sulle proprietà fisiche delle miscele di CO ₂ e di petrolio grezzo, la viscosità viene misurata usando un viscosimetro, il che significa che la misurazione viene effettuata a una velocità di taglio costante o allo stress di taglio. In questi studi, la viscosità della miscela di CO ₂ e di petrolio greggio è esaminata in modo semplice: la messa a fuoco dell'interesse sono i rapporti tra la viscosità e altri parametri, come la temperatura, la pressione e la concentrazione di CO ₂ . L'ipotesi fondamentale di questi studi, ma raramente menzionata in modo esplicito, è che la miscela di CO ₂ e greggio si comporta come fluido newtoniano. Tuttavia, è ben noto che alcuni oli grezzi, in particolare il greggio pesante, possono mostrare comportamento non Newtoniano in determinate condizioni ^{1 , 2 , 3 , 4} . Pertanto, per comprendere appieno l'effetto CO ₂ , la viscosità del CO ₂ E la miscela di olio grezzo deve essere studiata in funzione della velocità di taglio o dello stress.

A nostra conoscenza, solo lo studio di Behzadfar et al . Riporta la viscosità di un greggio pesante con aggiunta di CO a diverse velocità di taglio utilizzando un reometro ⁵ . Nella misurazione di Behzadfar ed altri , la miscelazione tra CO ₂ ed il petrolio greggio è ottenuta con la rotazione del cilindro interno della geometria del cilindro coassiale, un processo molto lento. Inoltre, in letteratura è stato riportato l'effetto della dissoluzione del CO ₂ sulla reologia dei fondi polimerici, che potrebbe dare luce sullo studio di olio grezzo pesante e miscele di CO ₂ . Royer et al . Misurare la viscosità di tre fusibili polimerici commerciali a varie pressioni, temperature e concentrazioni di CO _2, utilizzando un reometro a fessura per estrusione ad alta pressione ⁶ . Quindi analizzano i dati attraverso il volume libero E la teoria. Altri studi simili possono essere trovati in Gerhardt et al . ⁷ e Lee et al . ⁸ . Il nostro metodo, dove la miscelazione viene eseguita in un mixer esterno e la misura della reologia in una geometria coassiale del cilindro, consente una misurazione più approfondita della reologia della miscela di CO ₂ e greggio.

Il sistema di circolazione che abbiamo sviluppato contiene quattro unità: una pompa a siringa, un mixer, una pompa a ingranaggi e un reometro, come mostrato in Figura 1 e Figura 2 . Una barra di agitazione viene posta al fondo del miscelatore e magneticamente accoppiata con un set di magnete rotante. La mescolatura viene utilizzata per migliorare la miscelazione tra CO ₂ e olio grezzo nel miscelatore, accelerando l'approccio all'equilibrio tra le fasi. La fase di olio satura CO ₂ viene ritirata da vicino al fondo del miscelatore utilizzando un tubo di scarico e circolato attraverso il sistema di misurazione.

La viscosità è misurata da una cella ad alta pressione montata su un reometro. Ci sono due tipi di cellule a pressione: una con una geometria coassiale del cilindro, progettata per la misurazione del fluido viscoso e l'altro con un Doppia geometria delle gamme per applicazioni a bassa viscosità.

Figura 1: Schema del sistema di circolazione con la cella a pressione geometrica del cilindro coassiale. La linea blu rappresenta il flusso di CO ₂ e la linea nera rappresenta le miscele di petrolio greggio. Ristampato con l'autorizzazione di Hu et al. ¹⁴ . Copyright 2016 American Chemical Society. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 2: Schema del sistema di circolazione con doppia cella a pressione geometrica. La linea blu rappresenta il flusso di CO ₂ e la linea nera rappresenta le miscele di petrolio greggio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: La cella di pressione geometrica del cilindro coassiale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

La cella di pressione geometrica del cilindro coassiale ( Figura 3 ) ha un gap di 0,5 mm tra il cilindro interno ed esterno, portando ad un volume di campionamento di 18mL. Il cilindro interno è magneticamente accoppiato con una tazza di rotazione, attaccata al mandrino reometrico. Ci sono due cuscinetti in zaffiro nella parte superiore e inferiore del cilindro interno, che sono direttamente a contatto con l'asse di rotazione del cilindro interno. Poiché i cuscinetti a zaffiro sono esposti al campione per disegno, l'attrito del cuscinetto può variare in base alle proprietà di lubrificazione del campione.

Figura 4: La cella di pressione a geometria a doppia apertura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

D'altra parte, la cella a pressione a doppia apertura comprende un rotore cilindrico in una doppia geometria del divario, come illustrato nella Figura 4 . Il cilindro di misura è montatoSulla testa di pressione attraverso due cuscinetti a sfere e magneticamente accoppiati con la tazza di rotazione, collegata al mandrino reometrico. I cuscinetti a sfere sono situati all'interno della testa di pressione e non in contatto con il campione, che viene iniettato nel foro di misura e si trabocca in un incavo nello statore da cui viene riportato nella vasca di miscelazione.

In un esperimento tipico, il campione di olio grezzo viene caricato per la prima volta nel miscelatore. Dopo aver innescato l'intero sistema con l'olio grezzo, il volume rimanente nel sistema viene evacuato usando una pompa a vuoto. La CO ₂ viene quindi introdotta nel miscelatore attraverso la pompa della siringa e il sistema viene portato alla temperatura e alla pressione desiderati. La pressione del sistema viene controllata attraverso la fase CO ₂ dalla pompa della siringa. Quando la pressione è stabilizzata, l'agitatore viene acceso per mescolare il CO ₂ e l'olio grezzo all'interno del miscelatore. Poi la pompa a ingranaggi viene accesa per ritirare la fase dell'olio dalMiscelatore, riempire il reometro e riciclare il fluido al mixer. Pertanto, la miscelazione tra CO ₂ ed il greggio viene effettuata mescolando contemporaneamente nel miscelatore e circolando nel ciclo. Lo stato di equilibrio viene monitorato mediante misurazione periodica sia del volume della pompa della siringa che della viscosità della miscela. Quando non c'è alcuna modifica (≤4%) sia nel volume che nella viscosità, l'equilibrio viene confermato. In quella fase la pompa a ingranaggi e l'agitatore vengono spenti, sospendendo il flusso attraverso la cella di misura e viene eseguita la misura della reologia.

Protocollo

Nota: poiché l'esperimento funziona ad alta temperatura e pressione, la sicurezza è fondamentale. Il sistema è protetto contro la sovrapressione dal limite del software sul controllore della pompa della siringa e dai dischi di scoppio al mixer e tra la pompa ad ingranaggi e il reometro (vedere la figura 1 e la figura 2 ). Inoltre, prima di ogni esperimento, si raccomanda di eseguire un controllo di perdita regolare. Si raccomanda inoltre di eseguire il controllo dell'attrito della geometria della cella di pressione per assicurarsi che il reometro funzioni ben ^{9 , 10} .

1. Preparazione del campione di olio grezzo

NOTA: utilizzare il campione di olio grezzo Zuata come ricevuto. La seguente tabella mostra le proprietà fisiche di base dell'olio grezzo Zuata.

Charatteristiche	Valore
Gravità API	9.28
Barrel Factor (bbl / t)	6.27
Zolfo totale (% wt)	3.35
Reid pressione di vapore (kPa)	1
Pour Point (° C)	24
Contenuto H 2 S esistente (ppm)	-
Potenziale H 2 S Contenuto (ppm)	115
Potenziale contenuto di HCl (ppm)	-
Calc. Calcolo lordo. Valore (kJ / kg)	41.855

Tabella 1: Le proprietà fisiche dell'olio grezzo Zuata.

1. Aggiungere 128,57 g di toluene a 300 g di petrolio greggio Zuata per preparare la diluizione con 70% di petrolio greggio Zuata e 30% di toluene. Portare la miscela a temperatura ambiente per 3 ore.

2. Caricare il campione di olio grezzo nel miscelatore

1. Scollegare il mixer dal sistema e aprirlo. Mettere un agitatore nella parte inferiore del miscelatore. Caricare 200 ml di campione di olio grezzo nel miscelatore. Dopo aver serrato tutte le viti, collegare il mixer al sistema.

3. Applicare l'intero sistema con il campione di olio grezzo

1. Primi il sistema con la cella di pressione geometria del cilindro coassiale.
   NOTA: Fare riferimento alla Figura 1 per individuare la valvola.
   1. Chiudere la cella di pressione del reometro serrando la testa di pressione ⁹ . Montare la tazza di rotazione sul mandrino reometrico. Regolare la posizione di misura ⁹ .
   2. Chiudere le valvole A, D, E, F, G e H. Aprire la valvola C.
   3. Aprire il cilindro di azoto. Introdurre il gas compresso nel miscelatore aprendo le valvole H e E. Quando il gas raggiunge il miscelatore, Chiudere la valvola H e il cilindro del gas.
   4. Aprire la valvola A. Il gas compresso spingerà il campione di olio grezzo nel ciclo di circolazione attraverso il tubo di aspirazione. Quando il campione di petrolio greggio sta gocciolando dalla valvola C in Figura 1 , l'intero sistema viene innescato dal campione di petrolio grezzo.
   5. Aprire la valvola F per rilasciare il gas residuo. Chiudere la valvola C e aprire la valvola D. Accendere la pompa ad ingranaggi per far circolare il fluido per un po '. A seconda della viscosità del campione di petrolio grezzo, questo potrebbe richiedere da 1 a 5 h.
      NOTA: La pressione dell'azoto compresso introdotta nel miscelatore dipende dalla viscosità del campione di petrolio grezzo. Se la viscosità del campione di petrolio greggio è superiore a 5 Pa ∙ s, la pressione del gas compresso può essere maggiore di 15 bar.
2. Predisporre il sistema con la cella a pressione doppia geometria.
   NOTA: Fare riferimento alla Figura 2 per individuare la valvola.
   1. Rimuovi tLa testa di pressione e il cilindro di misura della cella di pressione.
   2. Chiudere le valvole A, D, E, F, G, H e I. Aprire la valvola C.
   3. Aprire il cilindro di azoto. Introdurre il gas compresso nel miscelatore aprendo le valvole H e E. Quando il gas raggiunge il miscelatore, chiudere la valvola H e il cilindro del gas.
   4. Aprire la valvola A. Il gas compresso spingerà il campione di olio grezzo nel ciclo di circolazione attraverso il tubo di aspirazione. Quando il campione di olio grezzo immerge appena la parte interna della geometria a doppia apertura, aprire la valvola F per rilasciare la pressione nel miscelatore.
   5. Accendere la pompa ad ingranaggi. Regolare con cautela la velocità di rotazione della pompa. Assicurarsi che la portata d'ingresso alla cella di pressione, determinata dalla pompa a ingranaggi, sia inferiore o uguale alla portata di uscita dalla cella di pressione, determinata dalla gravità. Quando si raggiunge una velocità ragionevole di rotazione della pompa ad ingranaggi e il campione di petrolio greggio si sgocciola dalla valvola C, l'intero sistema viene azionato dall'olio. TSpegnere la pompa ad ingranaggi.
   6. Montare il cilindro di misura e la testa di pressione sulla cella di pressione ¹⁰ . Chiudere la valvola C e aprire la valvola D. Accendere la pompa ad ingranaggi per circolare il fluido.
      NOTA: Se il campione di petrolio greggio ha una viscosità simile all'acqua, è sufficiente il gas compresso con pressione di 3 a 4 bar.

4. Evacuare il volume residuo nel sistema

1. Chiudere le valvole A e D in Figura 1 o Figura 2 . Collegare la pompa a vuoto alla valvola F. Accendere la pompa per 15 minuti.
2. Chiudere la valvola F e quindi spegnere la pompa a vuoto.

5. Introdurre CO ₂ nel Mixer

1. Con la cella di pressione geometrica del cilindro coassiale
   1. Aprire la valvola G e il cilindro CO ₂ nella figura 1 . Aprire la valvola D in figura 1 . li>
   2. Dopo che il CO ₂ riempie lo spazio rimanente nel sistema, chiudere la valvola G e il cilindro CO ₂ per evitare che il CO ₂ scorri dal cilindro.
2. Con doppia cella a pressione geometrica
   1. Aprire la valvola G e il cilindro CO ₂ in figura 2 . Aprire la valvola D e I nella figura 2 .
   2. Dopo che il CO ₂ riempie lo spazio rimanente nel sistema, chiudere la valvola G e il cilindro CO ₂ per evitare che il CO ₂ scorri dal cilindro.

6. Impostazione della temperatura e della pressione

1. Immettere il valore di temperatura desiderato al mixer e al reometro. Inserire il valore di temperatura desiderato nel sistema di riscaldamento della rete di conduttura. Immettere il valore di pressione desiderato sulla pompa della siringa.
2. Attendere che la temperatura e la pressione si stabilizzino.

Jove_title "> 7. Accensione della pompa ad ingranaggi e dell'attrezzo

1. Aprire le valvole a valle e a monte della pompa ad ingranaggi.

8. Monitoraggio del volume nel mixer e della viscosità della miscela

1. Registrare la lettura del volume nella pompa della siringa per ogni 6 h.
2. Dopo ogni 6 ore, spegnere l'agitatore e la pompa ad ingranaggi. Misurare la viscosità della miscela attraverso il reometro. La misura della viscosità inizia con un tempo di sedimentazione di 5 minuti e quindi misurare la viscosità a velocità costante di 10 s ^-1 .
3. Quando i valori di volume e viscosità mostrano notevoli differenze (> 4%) tra due misurazioni successive, accendere nuovamente la pompa ad ingranaggi e l'agitatore per continuare la miscelazione. Quando entrambe le misure di volume e viscosità non mostrano variazioni nei valori (≤ 4%), viene confermato l'equilibrio tra il campione di CO ₂ e il greggio.
4. Spegnere la pompa ad ingranaggi e l'agitatore per la misura della reologia.
   NOTA:Il periodo di miscelazione potrebbe durare da 1 a 2 giorni, a seconda della viscosità del campione di petrolio grezzo.

9. Eseguire la misurazione della reologia

1. Con la cella di pressione geometria del cilindro coassiale ⁹
   1. Chiudere le valvole A e D in figura 1 per la misura della reologia. Pre-taglia la miscela con una velocità di taglio di 10 s ^-1 per 0,5 min. Riposare la miscela per 1 minuto.
   2. Misurare la viscosità della miscela alla velocità di taglio da 500 s ^-1 a 10 s ^-1 . Ad ogni velocità di taglio, il tempo di regolazione della velocità di taglio è di 0,2 min. La durata della misura in ogni passo della velocità di taglio è aumentata logaritmicamente da 0,5 min a 1 min, escludendo il tempo di regolazione della velocità di taglio.
2. Con doppia cella di pressione geometria di divario ¹⁰
   1. Chiudere le valvole A e D della Figura 2 per la misura della reologia. Pre-taglioLa miscela a velocità di taglio di 10 s ^-1 per 0,5 min. Riposare la miscela per 1 minuto.
   2. Misurare la viscosità della miscela alla velocità di taglio da 250 s ^-1 a 10 s ^-1 . Ad ogni velocità di taglio, il tempo di regolazione della velocità di taglio è di 0,2 min. La durata della misura in ogni passo della velocità di taglio è aumentata logaritmicamente da 0,5 min a 1 min, escludendo il tempo di regolazione della velocità di taglio.

10. Aumentare la pressione al prossimo valore desiderato

1. Con la cella di pressione geometria del cilindro coassiale
   1. Chiudere la valvola E in Figura 1 .
   2. Introdurre più CO ₂ nella pompa della siringa aprendo la valvola G e il cilindro CO ₂ . Chiudere la valvola G e il cilindro CO ₂ . Aprire la valvola E per aggiungere più CO ₂ al miscelatore.
   3. Se la pressione è inferiore al valore desiderato, ripetere per introdurre più CO ₂ .
   4. Inserisci la nuova pressione impostata poInt nella pompa della siringa. Attendere che la pressione si stabilizzi.
2. Con la cella a pressione doppia geometria
   1. Chiudere le valvole E e I nella Figura 2 .
   2. Introdurre più CO ₂ nella pompa della siringa aprendo la valvola G e il cilindro CO ₂ . Chiudere la valvola G e il cilindro CO ₂ . Aprire le valvole E e I per aggiungere più CO ₂ al miscelatore.
   3. Se la pressione è inferiore al valore desiderato, ripetere il passo per introdurre più CO ₂ .
   4. Inserire il nuovo punto di regolazione della pressione nella pompa della siringa. Attendere che la pressione si stabilizzi.
      NOTA: ripetere i passaggi da 7 a 10 per la misura della reologia a pressioni più alte.

Risultati

La misura reologica dell'olio greggio Zuata e la sua miscela saturata CO ₂ , a 50 ° C utilizzando la cella di pressione geometria del cilindro coassiale, è mostrata dalla Figura 5 e dalla Figura 6 . La Figura 5 mostra la misura dall'ambiente a 100 bar, mentre la Figura 6 mostra la misura da 120 bar a 220 bar. Inoltre, la figura 7 illustra la relativa viscosità, che è il rapporto della viscosità ad una determinata velocità di taglio alla viscosità alla velocità di taglio più bassa. Le linee tratteggiate in Figura 7 sono l'errore massimo di misura causato dall'attrito dei cuscinetti della geometria.

La misura della reologia a 50 ° C dell'olio grezzo Zuata diluito, utilizzando la cella a pressione doppia geometria, è iIllustrato dalla Figura 8 e dalla Figura 9 , mentre la Figura 10 mostra la relativa viscosità della pressione fino a 70 bar. Inoltre, la figura 10 mostra che l'olio grezzo diluito a pressione ambiente si comporta come fluido newtoniano. Tuttavia, quando la pressione del CO ₂ è da 30 a 60 bar, viene osservato l'effetto di diluizione del taglio. A pressione CO ₂ superiore a 60 bar, la deformazione del taglio scompare e la miscela si comporta nuovamente come fluido newtoniano.

Dalla figura 5 e dalla figura 6 si può vedere che la dissoluzione di CO ₂ riduce in modo significativo la viscosità della miscela di petrolio grezzo fino a 100 bar. Quando la pressione di CO _{2 è} superiore a 100 bar, la viscosità della miscela di olio aumenta con l'aumento della pressione del CO ₂ , ma ad una velocità molto inferiore.

La figura 7 mostra che l'olio grezzo Zuata mostra un effetto di diluizione di taglio senza l'aggiunta di CO ₂ . Quando il CO ₂ viene sciolto nell'olio grezzo, l'effetto di diluizione del taglio è indebolito, dato che le curve a pressioni più alte del CO ₂ sono più lisce. A pressioni di CO ₂ superiori a 40 bar, la variazione di viscosità con velocità di taglio è all'interno dell'intervallo di errore di misurazione, quindi la miscela può essere considerata Newtoniana. La dissoluzione del CO ₂ indebolisce e, infine, elimina l'effetto di diluizione del taglio del petrolio greggio Zuata. Ciò indica che la molecola CO ₂ disciolta nel greggio può infine distruggere la rete associativa generata dalle macromolecole nel greggio, come gli asfalti.

Per quanto riguarda l'olio grezzo diluito come mostrato nella Figura 8 , l'annuncio di CO ₂Che riduce drasticamente la viscosità della miscela olio a un minimo di 70 bar. Poiché la pressione del CO ₂ aumenta oltre i 70 bar ( figura 9 ), la pressione del CO ₂ aumenta la viscosità dell'olio.

Secondo lo studio di Seifried et al . ¹¹ , sia nell'olio grezzo originale Zuata sia diluito, l'inizio della precipitazione di asfalto avviene a pressioni di CO ₂ sopra 80 bar. Tuttavia, nelle esperienze reologiche quando la pressione è superiore a 80 bar, la miscela di petrolio / CO ₂ si comporta come fluido newtoniano. Ciò implica che la precipitazione di asfalto non altera le proprietà reologiche di questa miscela.

I risultati della reologia per l'olio grezzo diluito sono anche interessanti: in questo caso la dissoluzione di CO ₂ dà origine al comportamento non Newtoniano, che solo appLe orecchie in una certa gamma di pressione CO ₂ . Due speculazioni sono riportate qui per l'effetto di diluizione di taglio indotto dall'aggiunta di CO ₂ .

La prima speculazione è che il comportamento non Newtoniano è causato da micelle formate dalle molecole di asfalto sotto la dissoluzione di CO ₂ . Il CO ₂ disciolto nell'olio grezzo può ridurre la concentrazione di micelle critiche (CMC) del sistema mediante la sua azione sulla struttura degli aggregati di asfalto e ciò può portare ad una maggiore interazione tra micelle ¹² . A pressioni da 30 a 60 bar, la distanza tra micelle di asfalto può essere all'interno dell'intervallo efficace della forza di attrazione van der Waals ¹³ . Così, una rete associativa viene formata tra le micelle e provoca l'effetto di taglio del taglio. Tuttavia, quando la pressione è superiore a 60 bar, l'effetto del CO ₂ sul solvente o sulle molecole non asfaltene è domChe porta ad aumentare la CMC. Pertanto, le micelle di asfalto sono destabilizzate, e di conseguenza la rete associativa scompare.

La seconda speculazione si basa sul punto di vista del comportamento di fase. A pressioni di CO ₂ tra 30 e 60 bar, può essere stata creata una fase liquida ricca di CO ₂ , che rende la miscela formata da un sistema liquido liquido-liquido (LLV). Una emulsione di questi due liquidi potrebbe essere formata attraverso la miscelazione agitando e circolando a causa della densità simile delle due fasi liquide. Come fase dispersa dell'emulsione, la fase liquida ricca di CO ₂ può essere stabilizzata dall'asfalto nell'olio grezzo. Questa emulsione mostra il comportamento non Newtoniano perché la fase dispersa dà origine ad una rete associativa. Tuttavia, quando più CO ₂ viene disciolto nella miscela di olio a pressione superiore a 60 bar, le due fasi liquide si ripetono nuovamente. Il risultato è a Sistema a vapore liquido (LV) costituito da un liquido ricco di greggio in equilibrio con un vapore ricco di CO ₂ e la fase liquida ricca di olio grezzo si comporta come fluido newtoniano.

Figura 5. Misurazione della viscosità del petrolio grezzo Zuata con CO ₂ a 50 ° C e varie velocità di taglio. , Limite inferiore della velocità di taglio; , Ambiente; , 20 bar; , 40 bar; , 60 bar; , 80 bar; Ftp_upload / 55749 / 55749_dGreenDot.jpg "/>, 100 bar Ristampato con il permesso di Hu et al ¹⁵ Copyright 2016 American Chemical Society Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6. Misurazione della viscosità per l'olio grezzo Zuata con CO ₂ a 50 ° C e varie velocità di taglio. , Limite inferiore della velocità di taglio; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar;5749 / 55749_orangeDot.jpg "/>, 180 bar; , 200 bar; , 220 bar. Ristampato con l'autorizzazione di Hu et al. ¹⁵ . Copyright 2016 American Chemical Society. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7. La viscosità relativa dell'olio greggio Zuata con CO ₂ a 50 ° C e varie velocità di taglio. - -, gamma di fluttuazione di misura; , pressione ambientale; , 20 bar; Src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_orangeDot.jpg" />, 40 bar; , 60 bar; , 80 bar; , 100 bar; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar; , 180 bar; , 220 bar. Ristampato con l'autorizzazione di Hu et al. ¹⁵ . Copyright 2016 American Chemical Society. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 8. Misurazione della viscosità dell'olio grezzo diluito con CO ₂ a 50 ° C e varie velocità di taglio. , Limite inferiore della velocità di taglio; , 1 bar; , 10 bar; , 20 bar; , 30 bar; , 40 bar; , 50 bar; , 60 bar;D / 55749 / 55749_purpleDiamond.jpg "/>, 70 bar. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 9. Misurazione della viscosità dell'olio greggio diluito con CO ₂ a 50 ° C e varie velocità di taglio. , Limite inferiore della velocità di taglio; , 80 bar; , 100 bar; , 120 bar; , 140 bar; , 160 bar; Src = "/ files / ftp_upload / 55749 / 55749_lBlueX.jpg" />, 180 bar; , 200 bar; , 220 bar. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 10. La viscosità relativa dell'olio grezzo diluito con CO ₂ a 50 ° C e varie velocità di taglio. - -, gamma di fluttuazione di misura; , 1 bar; , 10 bar; , 20 bar;Tp_upload / 55749 / 55749_lGreenDiamond.jpg "/>, 30 bar; , 40 bar; , 50 bar; , 60 bar; , 70 bar. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussione

Due passaggi sono critici nell'operazione. Il primo è quello di innescare l'intero sistema dal campione di petrolio grezzo. Riempendo il sistema con il campione di olio grezzo, la pompa a ingranaggi può essere ben lubrificata dal campione di olio e tutti i blocchi nel circuito circolare possono essere facilmente identificati. Pertanto la pompa ad ingranaggi può essere impedita da danni. Il secondo passo critico è monitorare periodicamente la viscosità della miscela per confermare l'equilibrio tra il CO ₂ e l'olio grezzo. Dato che occorrono una notevole quantità di tempo per raggiungere l'equilibrio tra il CO ₂ e l'olio grezzo pesante ¹⁶ , l'esecuzione della misura reologica troppo presto sottosterterà l'effetto dell'aggiunta di CO ₂ sulla viscosità dell'olio. Pertanto, solo quando la viscosità misurata raggiunge un valore costante (meno del 4% cambia), la miscela può essere considerata in equilibrio con CO ₂ .

Solo l'attuale sistema di misurazioneConsente la misura della reologia della miscela saturata di CO ₂ . Per misurare le miscele sottostrutture, un recipiente a monte potrebbe essere introdotto nel flusso CO ₂ . Il CO ₂ verrà introdotto prima sul recipiente a monte e poi isolato dalla sorgente, in modo che la quantità di CO ₂ possa essere controllata dal volume e dalla pressione nel recipiente a monte. La pressione totale del sistema in questo caso sarebbe controllata da un gas inerte, come l'elio. Kariznovi et al . Fornisce una buona revisione sull'apparecchiatura utilizzata per misurare le proprietà fisiche della miscela di CO ₂ e di pesante greggio ¹⁷ . Le modifiche possono fare riferimento ai sistemi che sono stati esaminati nel loro documento.

Va ricordato che il sistema qui descritto può misurare la reologia di qualsiasi miscela gas-liquido; Pertanto la sua applicazione non è limitata agli oli grezzi. Ad esempio, può essere utilizzato per misurare l'effetto CO ₂ sul rhLa teologia delle emulsioni Pickering ^{18 , 19} e la plastificazione indotta dal gas ⁶ . Introducendo il dispositivo di misura della conducibilità elettrica nella cella di pressione del reometro, si può anche studiare l'effetto della dissoluzione del gas sulla inversione di fase delle emulsioni indotta dal taglio della tensione ^{, 20 , 21 , 22 , 23} .

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
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