Transporteigenschaften, insbesondere die der Viskosität, sind für die Ölförderung sowohl im Hinblick auf den Betrieb als auch auf die Wirtschaftlichkeit von entscheidender Bedeutung. Angesichts der Tatsache, dass DME eine polare Komponente ist, war es nicht ohne weiteres ersichtlich, dass die Transporteigenschaften des DME-Wasser / Sole-Systems den erwarteten Trends und Mischungsregeln (dh dem Verhalten von Alkangasen mit wässrigen Lösungen) folgen.

Basierend auf der durchgeführten symptomatischen Analyse wurde angenommen, dass DME-Salzlösung eine höhere Viskosität als reine Salzlösung aufweisen muss, sofern keine anderen Faktoren vorliegen. Vorläufige Viskositätsmessungen bestätigten diese Hypothese (Abbildung 3). Daher ist ein genauerer Blick auf diese unerwartete Viskositätserhöhung in Bezug auf Wasser erforderlich. Es ist jedoch kein numerisches Werkzeug bekannt, das dieses Verhalten korrekt vorhersagen und darstellen konnte.

Abbildung 3 - Vorläufige Viskositätsmessungen zur schnellen Betrachtung der Viskosität des DME-Solesystems bei 20 ° C (Rohdaten: Es wurden keine Druck- und Temperaturkorrekturen durchgeführt, wie im Wasserdrucktrend zu sehen).

Um unsere Beobachtungen im Labor erklären und diese Lücke im Kontext wesentlicher Daten zur Erklärung und Gestaltung von Laborexperimenten schließen und zuverlässigere Vorhersagen in verschiedenen Maßstäben ermöglichen zu können, haben wir ein umfassendes experimentelles Programm entwickelt, um dies anzugehen und zu entwickeln eine Trenderfassungsformel oder Mischregel, die zum Auffüllen der Anforderungen an die Flüssigkeitsbeschreibung für Reservoirsimulatoren oder andere Werkzeuge verwendet werden kann, um die Viskosität und Dichte der DME-Sole vorherzusagen. Um dies zu erreichen, haben wir die folgenden Schritte ausgeführt.

1. Messen Sie die Viskosität und Dichte der DME-DI-Wasserlösung, wobei Sie von reinem Wasser bis zur DME-Löslichkeitsgrenze bei verschiedenen Temperaturen und Drücken reichen.
2. Entwickeln Sie eine Viskositätsmischregel, um die Mischungseigenschaften unter Verwendung der Eigenschaften von reinem DME und Wasser (Salzlösung) vorherzusagen.

Dichte und Viskosität der DME-DI-Wassermischung (Sole) wurden mit gemessen Rheonics DVM [5]. Dieses Gerät weist im Vergleich zum elektromagnetischen Viskosimeter (EMV) einen klaren Vorteil bei der Messung der Viskosität wässriger Systeme auf, da es eine gleichzeitige Messung von Dichte und Viskosität ermöglichen kann. Zusätzlich, Rheonics DVM kann Inline-Messungen von Dichte und Viskosität bei Prozessdrücken bis zu 30,000 psi (2000 bar) und Temperaturbereichen von –20 °C bis 200 °C mit einer Reaktionszeit von etwa 1 Sekunde pro Messwert durchführen.

DVM ist ein Inline-Modul zur Messung der Viskosität, Dichte und Temperatur der durch das Modul fließenden Flüssigkeit. Das Durchflussmodul basiert auf dem Dichte- und Viskositätssensor des DVM. Das Modul hat einen Durchflusskanal mit einem Innendurchmesser von 12 mm. Der Sensor ist parallel zum Strömungsweg der Flüssigkeit montiert und entfernt alle toten Zonen im Flüssigkeitsstrom. Das Standardmodul verfügt über Swagelok-Verbindungen, die durch andere geeignete Gewindeanschlüsse ersetzt werden können. Eine Teflon-Dichtung verringert das Risiko eines Flüssigkeitszuflusses in das Anschlussgewinde. Das Sensor-DVM ist mit einer Gewindeschraube versehen, um ein einfaches Entfernen zum Reinigen und Ersetzen zu ermöglichen. Es hat eine einfache, kompakte und robuste Konstruktion (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4—Rheonics Inline-DVM-Modell 

Der Rheonics DVM misst Viskosität und Dichte mithilfe eines Torsionsresonators, dessen eines Ende in die zu prüfende Flüssigkeit eingetaucht ist. Je viskoser die Flüssigkeit, desto höher ist die mechanische Dämpfung des Resonators. Durch Messung der Dämpfung lässt sich das Produkt aus Viskosität und Dichte berechnen Rheonics' proprietäre Algorithmen. Unsere ersten Arbeiten zeigten, dass der vom Anbieter bereitgestellte Algorithmus die Auswirkungen von Druck und Temperatur auf die Ausrüstung nicht berücksichtigte. Der Anbieter nutzte diese Eingaben, um seine Algorithmen zu verbessern und einen konsistenteren Korrekturfaktor zu erzielen. Je dichter die Flüssigkeit, desto niedriger ist die Resonanzfrequenz. Eine dichtere Flüssigkeit erhöht die Massenbelastung des Resonators. Der Resonator wird mithilfe eines elektromagnetischen Wandlers, der im Sensorgehäuse montiert ist, sowohl angeregt als auch abgetastet.

Die Dämpfung wird durch Erfassungs- und Auswertungselektronik gemessen, und es werden stabile, hochgenaue und wiederholbare Messwerte auf der Grundlage der proprietären [6] Gate-Phase-Locked-Loop-Technologie erhalten.

Um die Rohmessungen in physikalisch genauere Messungen umzuwandeln, wurden Gerätekorrekturparameter für das jeweilige verwendete Modell benötigt. Diese Korrekturfaktoren wurden vom Hersteller sowohl für die Viskosität als auch für die Dichte angegeben.

Viskosität und Dichte von DI-Wasser bei 35 ° C.

 Kalibrierungsläufe wurden vor den vollständigen Messungen an DME-Wasser-Lösungen durchgeführt. Es ist wichtig, das System mit einer bekannten Flüssigkeit zu kalibrieren, um die Genauigkeit der Messung zu beurteilen. Aus diesem Grund wird DI-Wasser aus zwei Gründen für diesen Zweck ausgewählt:

1. Die Viskosität von DI-Wasser ist in einem weiten Bereich von Drücken und Temperaturen verfügbar, die unsere interessierende PT-Domäne enthalten.
2. Das Interesse dieser Studie liegt hauptsächlich auf wässrigen Lösungen, was das Wasser zu einem idealen Kandidaten für die Kalibrierung macht

Kalibrierungsexperimente wurden bei 35 ° C durchgeführt; Die Ergebnisse wurden mit NIST-Daten bei derselben Temperatur verglichen. 5 und 6 zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen gemessenen Viskositäts- und Dichtedaten und denen von NIST-Daten.

5 - Viskosität von DI-Wasser bei 35 ° C.

Abbildung 6 - Dichte von DI-Wasser bei 35 ° C.

Dichte von DME / DI-Wassermischungen

Basierend auf der experimentellen Matrix in Tabelle 2 wurde die Dichte für eine Reihe von DME-DI-Wassermischungen gemessen. Die Tabellen 3 bis 5 zeigen die experimentellen Daten bei drei verschiedenen Temperaturen in tabellarischer Form.

Tabelle 3 - Dichte von DI-Wasser / DME-Lösungen bei 35 ° C.

 Tabelle 4 - Dichte von DI-Wasser / DME-Lösungen bei 50 ° C.

Tabelle 5 - Dichte von DI-Wasser / DME-Lösungen bei 70 ° C.

Fig. 8 zeigt eine ausgewählte Isotherme für die Dichte von DI-Wasser / DME-Lösung. Wie erwartet nimmt die Dichte mit zunehmendem Druck zu und mit zunehmender DME-Konzentration ab. 9 zeigt das Dichteverhalten einer DI-Wasser / DME-Lösung (5 Mol-% DME) bei verschiedenen Temperaturen, wobei die Dichte mit steigender Temperatur abnimmt.

Abbildung 8 - Dichte von DI-Wasser / DME-Lösungen bei 35 ° C.

Abbildung 9 - Dichte von DI-Wasser / 5 Mol-% DME-Lösung bei verschiedenen Temperaturen.

Viskosität der DME / DI-Wassermischung

In ähnlicher Weise wurden auch die Viskositäten von DME / DI-Wasser bei entsprechenden Konzentrationen und Bedingungen gemessen. Die Tabellen 6 und 8 zeigen die gemessenen Daten in tabellarischer Form.

Tabelle 6 - Viskositäten von DI-Wasser / DME-Lösungen bei 35 ° C.

Tabelle 7 - Viskositäten von DI-Wasser / DME-Lösungen bei 50 ° C.

Tabelle 8 - Viskositäten von DI-Wasser / DME-Lösungen bei 70 ° C.

10 zeigt, dass die Viskosität von DI-Wasser / DME-Lösungen mit zunehmendem Druck leicht ansteigt und mit zunehmender DME-Konzentration zunimmt, was den Erwartungen widerspricht. Fig. 11 die Viskosität von DI-Wasser / DME-Lösung mit 5 Mol-% DME bei verschiedenen Temperaturen zeigt; Wie erwartet nimmt die Viskosität einer solchen Lösung mit steigender Temperatur ab.

10 - Viskosität von DI-Wasser / 5 Mol-% DME-Lösungen bei 35 ° C.

Abbildung 11 - Viskosität von DI-Wasser / DME-Lösung bei verschiedenen Temperaturen.

Um die Dichte und Viskosität eines breiten Bereichs von DI-Wasser / DME-Gemischen vorhersagen zu können, wurden Korrelationen in Form von Mischregeln unter Verwendung der generierten experimentellen Daten und der Eigenschaften reiner Komponenten entwickelt.

Im folgenden Abschnitt werden wir anhand der durchgeführten Experimente den Gültigkeits- und Genauigkeitsbereich der einfachen Korrelationswerkzeuge demonstrieren, die wir für Sole-DME-Systeme entwickelt haben.

Validierung von Dichtegleichungen für Sole-DME-Gemische

Tabelle 14 - Dichte von 3 Gew .-% iger Salzlösung / DME-Lösung bei 35 ° C.

Abbildung 13 - Dichte von 3 Gew .-% Salzlösung / DME bei verschiedenen Temperaturen.

Insgesamt sagt die vorgeschlagene Mischregel für die Dichte die Mischungsdichte bei mittleren bis niedrigen DME-Konzentrationen gut voraus und bei höheren DME-Konzentrationen (dh 8 Mol-%) leicht unterprognostiziert, während die Abweichungen immer noch innerhalb der erwarteten Grenzen liegen.

Validierung von Dichtegleichungen für Sole-DME-Gemische

Tabelle 15 - Viskosität von 3 Gew .-% iger NaCl-Salzlösung / DME-Lösung bei 35 ° C.

Fig. 14 - Viskosität von 3 Gew .-% NaCl-Salzlösung / DME bei verschiedenen Temperaturen.

Fig. 14 zeigt, dass die Mischregeln für die Viskosität die Viskositäten bei 35 ° C, 50 ° C und 70 ° C überschätzen, während sie immer noch eine insgesamt gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten zeigen.

Eine systematische Methodik mit einem neueren Viskosimeter (Rheonics DVM) wurde für gelöste wässrige DME-Systeme entwickelt. Nach ersten Kalibrierungen und Verifizierungstests mit bekannten Substanzen wie Wasser,

1. Dichte und Viskosität von DI-Wasser / DME-, Sole / DME-Systemen wurden ausgiebig bei 35 ° C, 50 ° C und 70 ° C sowie bei verschiedenen Drücken und DME gemessen
2. Nach unserem Kenntnisstand sind die Probandengruppen von Viskositäts- und Dichtemessungen die ersten in der Literatur. Sie können zur Bewertung und / oder Verringerung des Risikos von DME-verstärkten Wasserfluten (DEW) und anderen Verwendungen von DME über Wasser hinaus verwendet werden. Wir stellen solche Daten für die Literatur zur Verfügung.
3. Der Mischregeltyp zur Berechnung von Dichte und Viskosität für diese Gemische wurde entwickelt und validiert. Die berechneten Werte stimmen gut mit experimentellen Daten überein und stellen einen einfachen Satz von Werkzeugen dar, um die erforderlichen Dichte- und Viskositätswerte von Sole / DME-Gemischen unter den Bedingungen zu erzeugen, die für verschiedene Anwendungen wie Simulatoren bewertet wurden.