Transportna svojstva, posebno ona viskoznosti, presudna su u proizvodnji nafte kako u pogledu rada, tako i u pogledu ekonomije. S obzirom da je DME polarna komponenta, nije bilo očito da će transportna svojstva sustava DME-voda / salamura slijediti očekivane trendove i pravila miješanja (tj. Ponašanje alkanskih plinova s ​​vodenim otopinama).

Na temelju provedene simptomatske analize vjerovalo se da otopina slane otopine DME mora imati veću viskoznost od čiste otopine salamure, osim ako postoje drugi čimbenici. Preliminarna mjerenja viskoznosti potvrdila su ovu hipotezu (slika 3). Stoga je potreban dublji uvid u ovo neočekivano povišenje viskoznosti s obzirom na vodu. Međutim, ne postoji poznati numerički alat koji je mogao predvidjeti i ispravno prikazati ovo ponašanje.

Slika 3 - Preliminarna mjerenja viskoznosti za brzi uvid u viskoznost DME-otopine salamure na 20 C (sirovi podaci: nisu izvršene korekcije tlaka i temperature, kao što se vidi u trendu tlaka vode).

Da bismo mogli objasniti svoja zapažanja u laboratoriju i popuniti tu prazninu u kontekstu bitnih podataka za objašnjenje i oblikovanje laboratorijskih pokusa i omogućiti pouzdanije prognoze u raznim ljestvicama, osmislili smo sveobuhvatan eksperimentalni program kako bismo to riješili i razvili formula za hvatanje trenda ili pravilo miješanja koje se mogu koristiti u zahtjevima za opisivanje tekućine za simulatore ležišta ili druge alate za predviđanje viskoznosti DME i slane vode. Da bismo to postigli, slijedili smo korake u nastavku.

1. Izmjerite viskoznost i gustoću za DME-DI vodenu otopinu, pokrivajući od čiste vode do granice topljivosti DME pri različitim temperaturama i tlakovima;
2. Razviti pravilo viskoznosti miješanja za predviđanje svojstava smjese koristeći svojstva čistog DME i vode (salamure);

Gustoća i viskoznost mješavine DME-DI vode (slana otopina) mjerene su korištenjem Rheonics DVM [5]. Ova oprema pokazuje jasnu prednost u mjerenju viskoznosti za vodeni sustav u usporedbi s elektromagnetskim viskozimetrom (EMV), budući da može pružiti istovremeno mjerenje gustoće i viskoznosti. U Dodatku, Rheonics DVM može provoditi inline mjerenja i gustoće i viskoznosti pri tlaku procesa do 30,000 psi (2000 bara) i temperaturnom rasponu od -20°C do 200°C s vremenom odziva od oko 1 sekunde po očitanju.

DVM je ugrađeni modul za mjerenje viskoznosti, gustoće i temperature tekućine koja prolazi kroz modul. Protok kroz modul temelji se na senzoru gustoće i viskoznosti DVM-a. Modul ima protočni kanal s unutarnjim promjerom od 12 mm. Senzor je postavljen paralelno s protokom puta tekućine i uklanja sve mrtve zone u protoku fluida. Standardni modul ima Swagelok priključke koji se mogu zamijeniti drugim prikladnim navojnim spojevima. Teflonska brtva smanjuje svaku mogućnost pritjecanja tekućine u navoj konektora. Senzor DVM je montiran navojnim vijkom kako bi se omogućilo jednostavno uklanjanje radi čišćenja i zamjene. Ima jednostavnu, kompaktnu i robusnu konstrukciju (vidi sliku 4).

Slika 4—Rheonics in-line DVM model 

Korištenje električnih romobila ističe Rheonics DVM mjeri viskoznost i gustoću pomoću torzijskog rezonatora, čiji je jedan kraj uronjen u tekućinu koja se ispituje. Što je tekućina viskoznija, to je mehaničko prigušenje rezonatora veće. Mjerenjem prigušenja može se izračunati umnožak viskoznosti i gustoće Rheonics' vlasnički algoritmi. Naš početni rad pokazao je da dobavljač algoritma nije uzeo u obzir učinak tlaka i temperature na opremu. Dobavljač je primijenio ovaj unos kako bi poboljšao svoje algoritme i doveo do dosljednijeg faktora korekcije. Što je tekućina gušća, to je niža rezonantna frekvencija. Gušća tekućina povećava opterećenje mase rezonatora. Rezonator se i pobuđuje i očita pomoću elektromagnetskog pretvarača montiranog u tijelu senzora.

Prigušivanje se mjeri senzorskom i evaluacijskom elektronikom, a stabilna, visoka točnost i ponovljiva očitanja dobivaju se na temelju vlasničke [6] tehnologije fazno zaključane petlje.

Da bi se sirova mjerenja pretvorila u fizički preciznija mjerenja, potrebni su parametri korekcije uređaja za određeni korišteni model. Te je korekcijske faktore osigurao proizvođač i za viskoznost i gustoću.

Viskoznost i gustoća DI vode na 35 ° C

 Provedena su umjeravanja prije punih mjerenja izvršenih na otopinama DME-Water. Važno je kalibrirati sustav s poznatom tekućinom kako bi se procijenila točnost mjerenja. Kao rezultat toga, DI voda je odabrana u tu svrhu iz dva razloga:

1. Viskoznost DI vode dostupna je u širokom rasponu tlakova i temperatura što sadrži našu PT domenu od interesa;
2. Interes ove studije uglavnom je usmjeren na vodene otopine što vodu čini idealnim kandidatom za kalibraciju

Pokusi kalibracije provedeni su na 35 ° C; rezultati su uspoređeni s podacima NIST-a na istoj temperaturi. Slike 5 i 6 pokazuju dobro slaganje izmjerenih podataka o viskoznosti i gustoći s podacima NIST-a.

Slika 5 - Viskoznost DI vode na 35 C.

Slika 6 - Gustoća DI vode na 35 C.

Gustoća DME / DI mješavina vode

Na temelju eksperimentalne matrice u tablici 2, izmjerena je gustoća za niz DME-DI mješavina vode. Tablice 3 do 5 prikazuju eksperimentalne podatke pri tri različite temperature u tabličnom obliku.

Tablica 3 - Gustoća otopina DI vode / DME na 35 ° C.

 Tablica 4 - Gustoća otopina DI vode / DME na 50 ° C.

Tablica 5 - Gustoća otopina DI vode / DME na 70 ° C.

Slika 8 prikazuje odabranu izotermu za gustoću DI vode / DME otopine. Očekivano, gustoća raste kako se pritisak povećava, a smanjuje kako se koncentracija DME povećava. Slika 9 prikazuje ponašanje gustoće otopine DI vode / DME (5 mol% DME) pri različitim temperaturama, gustoća se smanjuje kako temperatura raste.

Slika 8 - Gustoća DI otopina vode / DME na 35 ° C.

Slika 9 - Gustoća DI vode / 5 mol% DME otopine pri različitim temperaturama.

Viskoznost DME / DI vodene smjese

Slično tome, viskoznosti DME / DI vode također su izmjerene pri odgovarajućim koncentracijama i uvjetima. Tablice 6. i 8. prikazuju izmjerene podatke u tabličnom obliku.

Tablica 6 - Viskoznosti otopina DI vode / DME na 35 ° C.

Tablica 7 - Viskoznosti otopina DI vode / DME na 50 ° C.

Tablica 8 - Viskoznosti otopina DI vode / DME na 70 ° C.

Slika 10 pokazuje da viskoznost otopina DI vode / DME lagano raste s porastom tlaka, a također raste s povećanjem koncentracije DME što je suprotno očekivanjima. Slika 11 prikazuje viskoznost otopine DI vode / DME s 5 mol% DME pri različitim temperaturama; kako se očekivalo, viskoznost takve otopine opada s porastom temperature.

Slika 10 - Viskoznost DI vode / 5 mol% DME otopina na 35 ° C.

Slika 11 - Viskoznost otopine DI vode / DME pri različitim temperaturama.

Kako bi se mogle predvidjeti gustoća i viskoznost širokog raspona DI smjesa voda / DME, razvijene su korelacije u obliku pravila miješanja koristeći generirani skup eksperimentalnih podataka i svojstva čistih komponenata.

U sljedećem odjeljku, koristeći izvedene eksperimente, pokazat ćemo raspon valjanosti i točnosti jednostavnih korelacijskih alata koje smo razvili za Brine-DME sustave.

Validacija jednadžbi gustoće za smjese salamure i DME

Tablica 14 - Gustoća 3 mas.% Otopine slane otopine / DME na 35 C.

Slika 13 - Gustoća 3 mas.% Salamure / DME na različitim temperaturama.

Sveukupno, predloženo pravilo miješanja za gustoću dobro predviđa gustoću smjese pri srednjim do niskim koncentracijama DME, a malo niže od predviđanja pri višim koncentracijama DME (tj. 8 mol%), dok su odstupanja još uvijek unutar očekivanih margina.

Validacija jednadžbi gustoće za smjese salamure i DME

Tablica 15 - Viskoznost 3 mas.% NaCl otopine soli / DME pri 35 ° C.

Slika 14 - Viskoznost 3 mas.% NaCl salamure / DME pri različitim temperaturama.

Slika 14 pokazuje da pravila miješanja viskoznosti preko procjenjuju viskoznosti na 35 ° C, na 50 ° C i 70 ° C, dok i dalje pokazuju ukupno dobro slaganje s eksperimentalnim podacima.

Sustavna metodologija s novijim viskozimetrom (Rheonics DVM) je razvijen za DME otopljene vodene sustave. Nakon početnih kalibracija i verifikacijskih testova s ​​poznatim tvarima, poput vode,

1. Gustoća i viskoznost DI vode / DME, salamure / DME sustava opsežno su izmjereni na 35 C, 50 C i 70 C i razni tlakovi i DME
2. Koliko nam je poznato, predmetni skupovi mjerenja viskoznosti i gustoće prvi su u literaturi. Mogu se koristiti za procjenu i / ili uklanjanje rizika od DME pojačane vodene poplave (DEW) i druge namjene DME izvan vode. Takve podatke dostavljamo u literaturi.
3. Razvijeni su i potvrđeni tipovi pravila miješanja za izračunavanje gustoće i viskoznosti za ove smjese; izračunate vrijednosti dobro se slažu s eksperimentalnim podacima i čine jednostavan skup alata za generiranje potrebnih vrijednosti gustoće i viskoznosti mješavine salamure / DME u uvjetima koji su ocijenjeni za različite primjene, poput simulatora.