Las propiedades de transporte, especialmente las de la viscosidad, son cruciales en la producción de petróleo tanto en términos de operación como de economía. Dado que el DME es un componente polar, no era obvio que las propiedades de transporte del sistema DME-agua / salmuera seguirían las tendencias esperadas y las reglas de mezcla (es decir, el comportamiento de los gases alcanos con soluciones acuosas).

Basado en el análisis sintomático realizado, se creyó que la solución de salmuera-DME debe tener una viscosidad más alta que la solución de salmuera pura a menos que existan otros factores. Las mediciones de viscosidad preliminares confirmaron esta hipótesis (Figura 3). Por lo tanto, se necesita una mirada más profunda a esta inesperada elevación de la viscosidad con respecto al agua. Sin embargo, no existe una herramienta numérica conocida que pueda predecir y representar este comportamiento correctamente.

Figura 3 — Mediciones preliminares de viscosidad para un vistazo rápido a la viscosidad del sistema DME-salmuera a 20 C (Datos brutos: no se realizaron correcciones de presión y temperatura, como se ve en la tendencia de presión de agua).

Para poder explicar nuestras observaciones en el laboratorio y llenar este vacío en el contexto de datos esenciales para explicar y diseñar experimentos de laboratorio, y permitir pronósticos más confiables en varias escalas, hemos diseñado un programa experimental integral para abordar esto y desarrollar una fórmula de captura de tendencias o regla de mezcla que se puede utilizar para completar los requisitos de descripción de fluidos para simuladores de yacimientos u otras herramientas para predecir la viscosidad y la densidad de la salmuera de DME. Para lograr esto, hemos seguido los pasos a continuación.

1. Mida la viscosidad y la densidad para la solución de agua DME-DI, que abarca desde agua pura hasta el límite de solubilidad de DME a diversas temperaturas y presiones;
2. Desarrollar una regla de mezcla de viscosidad para predecir las propiedades de la mezcla usando DME puro y propiedades del agua (salmuera);

La densidad y la viscosidad de la mezcla de agua DME-DI (salmuera) se midieron utilizando Rheonics DVM [5]. Este equipo muestra una clara ventaja en la medición de la viscosidad del sistema acuoso en comparación con el viscosímetro electromagnético (EMV), ya que puede producir mediciones simultáneas de densidad y viscosidad. Además, Rheonics DVM puede realizar mediciones en línea de densidad y viscosidad a presiones de proceso de hasta 30,000 2000 psi (20 bar) y rangos de temperatura de -200 °C a 1 °C con un tiempo de respuesta de aproximadamente XNUMX segundo por lectura.

DVM es un módulo en línea para medir la viscosidad, densidad y temperatura del fluido que fluye a través del módulo. El módulo de flujo se basa en el sensor de densidad y viscosidad del DVM. El módulo tiene un canal de paso con un diámetro interno de 12 mm. El sensor está montado en paralelo a la trayectoria del flujo del fluido y elimina las zonas muertas en el flujo del fluido. El módulo estándar tiene conexiones Swagelok que se pueden reemplazar con otras conexiones roscadas adecuadas. Un sello de teflón reduce cualquier posibilidad de entrada de líquido en la rosca del conector. El sensor DVM está montado con un perno roscado para permitir una fácil extracción para su limpieza y reemplazo. Tiene una construcción simple, compacta y robusta (Ver Figura 4).

Figura 4-Rheonics Modelo DVM en línea 

La Rheonics DVM mide la viscosidad y la densidad mediante un resonador torsional, uno de cuyos extremos está sumergido en el fluido bajo prueba. Cuanto más viscoso sea el fluido, mayor será la amortiguación mecánica del resonador. Al medir la amortiguación, el producto de la viscosidad y la densidad se puede calcular mediante Rheonics'algoritmos propietarios. Nuestro trabajo inicial demostró que el algoritmo proporcionado por el proveedor no tenía en cuenta el efecto de la presión y la temperatura en el equipo. El proveedor aplicó esta información para mejorar sus algoritmos y generar un factor de corrección más consistente. Cuanto más denso es el fluido, menor es la frecuencia de resonancia. Un fluido más denso aumenta la carga de masa del resonador. El resonador se excita y se detecta por medio de un transductor electromagnético montado en el cuerpo del sensor.

La amortiguación se mide mediante la electrónica de detección y evaluación y se obtienen lecturas estables, de alta precisión y repetibles basadas en la tecnología patentada [6] de bucle cerrado de fase con compuerta.

Para convertir las mediciones sin procesar en mediciones físicamente más precisas, se necesitaban parámetros de corrección del dispositivo para el modelo particular utilizado. Estos factores de corrección fueron proporcionados por el fabricante tanto para la viscosidad como para la densidad.

Viscosidad y densidad del agua desionizada a 35 ° C

 Las corridas de calibración se realizaron antes de las mediciones completas realizadas en soluciones DME-Water. Es importante calibrar el sistema con un fluido conocido para juzgar la precisión de la medición. Como resultado, el agua desionizada se elige para este propósito debido a dos razones:

1. La viscosidad del agua DI está disponible en un amplio rango de presiones y temperaturas que contiene nuestro dominio de PT de interés;
2. El interés de este estudio radica principalmente en soluciones acuosas que hacen del agua un candidato ideal para calibrar el

Los experimentos de calibración se realizaron a 35ºC; los resultados se compararon con los datos del NIST a la misma temperatura. La Figura 5 y la Figura 6 muestran una buena concordancia entre los datos de viscosidad y densidad medidos y los datos de NIST.

Figura 5 — Viscosidad del agua desionizada a 35 C.

Figura 6 — Densidad del agua desionizada a 35 C.

Densidad de mezclas de agua DME / DI

Con base en la matriz experimental en la Tabla 2, se midió la densidad para una serie de mezclas de agua DME-DI. Las tablas 3 a 5 presentan los datos experimentales a tres temperaturas diferentes en forma de tabla.

Tabla 3 — Densidad de soluciones de agua desionizada / DME a 35 ° C.

 Tabla 4 — Densidad de soluciones de agua desionizada / DME a 50 ° C.

Tabla 5 — Densidad de soluciones de agua desionizada / DME a 70 ° C.

La Figura 8 muestra una isoterma seleccionada para la densidad de agua DI / solución DME. Como era de esperar, la densidad aumenta a medida que aumenta la presión y disminuye a medida que aumenta la concentración de DME. La Figura 9 muestra el comportamiento de la densidad de una solución de agua desionizada / DME (5% en moles de DME) a ​​diferentes temperaturas, la densidad disminuye a medida que aumenta la temperatura.

Figura 8 — Densidad de soluciones de agua desionizada / DME a 35 ° C.

Figura 9 — Densidad de agua desionizada / solución de DME al 5% en moles a diferentes temperaturas.

Viscosidad de la mezcla de agua DME / DI

De manera similar, también se midieron las viscosidades del agua DME / DI a las concentraciones y condiciones correspondientes. Las tablas 6 y 8 presentan los datos medidos en forma de tabla.

Tabla 6 — Viscosidades de soluciones de agua desionizada / DME a 35 ° C.

Tabla 7 — Viscosidades de soluciones de agua desionizada / DME a 50 ° C.

Tabla 8 — Viscosidades de soluciones de agua desionizada / DME a 70 ° C.

La Figura 10 muestra que la viscosidad de las soluciones de agua desionizada / DME aumenta ligeramente a medida que aumenta la presión, y también aumenta al aumentar la concentración de DME, lo cual es contrario a las expectativas. La Figura 11 muestra la viscosidad de la solución de agua desionizada / DME con 5% en moles de DME a diferentes temperaturas; como se esperaba, la viscosidad de dicha solución disminuye a medida que aumenta la temperatura.

Figura 10 — Viscosidad de agua desionizada / soluciones de DME al 5% en moles a 35 ° C.

Figura 11 — Viscosidad de la solución de agua desionizada / DME a diferentes temperaturas.

Para poder predecir la densidad y viscosidad de una amplia gama de mezclas de agua DI / DME, se han desarrollado correlaciones en forma de reglas de mezcla utilizando el conjunto generado de datos experimentales y propiedades de componentes puros.

En la siguiente sección, utilizando los experimentos realizados, demostraremos el rango de validez y precisión de las herramientas correlativas simples que hemos desarrollado para los sistemas Brine-DME.

Validación de ecuaciones de densidad para mezclas de salmuera-DME

Tabla 14 — Densidad de la solución de salmuera / DME al 3% en peso a 35 C.

Figura 13 — Densidad del 3% en peso de salmuera / DME a diferentes temperaturas.

En general, la regla de mezcla propuesta para la densidad predice bien la densidad de la mezcla a concentraciones de DME medias a bajas, y predice ligeramente por debajo de las concentraciones de DME más altas (es decir, 8% en moles) mientras que las desviaciones aún están dentro de los márgenes esperados.

Validación de ecuaciones de densidad para mezclas de salmuera-DME

Tabla 15: Viscosidad de una solución de salmuera de NaCl al 3% en peso / DME a 35 C.

Figura 14 — Viscosidad de salmuera de NaCl al 3% en peso / DME a diferentes temperaturas.

La Figura 14 indica que las reglas de mezcla para la viscosidad sobrestiman las viscosidades a 35 C, a 50 C y 70 C, sin dejar de mostrar un buen acuerdo general con los datos experimentales.

Una metodología sistemática con un viscosímetro más nuevo (Rheonics DVM) fue desarrollado para sistemas acuosos disueltos DME. Después de las calibraciones iniciales y pruebas de verificación con sustancias conocidas, como agua,

1. La densidad y viscosidad del agua DI / DME, los sistemas de salmuera / DME se han medido ampliamente a 35 C, 50 C y 70 C y varias presiones y DME
2. Hasta donde sabemos, los conjuntos de temas de mediciones de viscosidad y densidad son los primeros en la literatura. Se pueden usar para evaluar y / o eliminar el riesgo de inundaciones de agua mejoradas (DEW) de DME y otros usos de DME más allá del agua. Proporcionamos estos datos para la literatura.
3. Se ha desarrollado y validado el tipo de regla de mezcla para calcular la densidad y viscosidad de estas mezclas; los valores calculados concuerdan bien con los datos experimentales y constituyen un conjunto simple de herramientas para generar los valores necesarios de densidad y viscosidad de las mezclas de salmuera / DME dentro de las condiciones evaluadas para diversas aplicaciones, como simuladores.