Ugrás a tartalomra
+41 52 511 3200 (SUI)     + 1 713 364 5427 (USA)     
Worldoil

Új megközelítések a sűrűség és viszkozitás mérésére az olaj- és gázipari alkalmazások spektrumában

Új megközelítések a sűrűség és viszkozitás mérésére az olaj- és gázipari alkalmazások spektrumában

A viszkozitás- és sűrűségmérések az olaj- és gázszektorban a legfontosabbak, de a legkevésbé is megfoghatók. A kutatástól a fúráson át a gyártáson át a szállításig a folyadékok azonossága és tulajdonságai jelentik az iparág életerejét.

A laboratóriumi műszerek csak korlátozottan alkalmazhatók a folyadék tulajdonságainak mérésére tározó körülmények között. Nagyon magas nyomás és hőmérséklet, sokk és rezgés, az energia korlátozott rendelkezésre állása és mindenekelőtt a súlyos térbeli korlátok újszerű és kreatív megközelítéseket tesznek szükségessé a viszkozitás és a sűrűség mérésére. Ebben a cikkben megvizsgáljuk mind a belső viszkozitás, mind a sűrűség mérésének szükségességét, valamint számos új terméket ismertetünk, amelyek lehetővé teszik az inline méréseket az ipar egyik legnagyobb kihívást jelentő környezetében.

A folyékony ismeretek erő - a folyamatok biztonságos és gazdaságos futtatásának képessége. És éppen azok a tulajdonságok - viszkozitás és sűrűség -, amelyeket mélyebben és ipari körülmények között a legnehezebb megragadni, lehetnek a legrelevánsabbak annak megértéséhez, hogy a folyadékok hogyan reagálnak a folyamat során fellépő körülmények teljes spektrumában.

Miért számít a viszkozitás?

Amikor egy folyadék átfolyik egy csövön, az adott sebességgel való mozgatásához szükséges nyomás függ a viszkozitásától és a cső méreteitől. Minél nagyobb a viszkozitás, annál nagyobb nyomásra van szükség a folyadék átjutásához a csövön. Az áramlási sebességet Poiseuille-egyenlet adja meg, ahol F az áramlási sebesség, R a cső sugara, L a hossza, ∆P a cső végei közötti nyomáskülönbség, η pedig a folyadék viszkozitása.

1. ábra: Az áramlási sebesség és a viszkozitás kapcsolata.

Minél nagyobb a viszkozitás, annál alacsonyabb az áramlási sebesség. Függetlenül attól, hogy fúróiszapot, töredezett folyadékot vagy nyersolajat pumpál több kilométeres csövön keresztül, a viszkozitás kicsi változása hatalmas következményekkel járhat a rendszer nyomásegyensúlyára, valamint a folyadék pumpálásához szükséges teljesítményre.

Például a nehéz nyersanyag csővezetéken történő szivattyúzásához a szivattyúzási nyomás csökkenthető annak viszkozitásának szabályozásával. A viszkozitás csökkentése az olaj felmelegítésével vagy hígításával drága. Annak meghatározásához, hogy mennyi hőt vagy hígítószert kell hozzáadni, meg kell mérni a hígított nyers nyers tényleges viszkozitását. A hígítószer hőmérsékletének vagy mennyiségének beállításához inline viszkoziméter és visszacsatolás-szabályozó segítségével optimális egyensúly érhető el a viszkozitás csökkentésének hozzáadott költsége és a termék kívánt viszkozitása között.

Ha a cső függőleges és nem vízszintes, akkor a folyadék gravitációs húzóereje hozzáadódik az áramlási ellenállásához, és módosítja a csövön át eső nyomásesést:

ahol ρ a folyadék sűrűsége, ∆H a cső függőleges magassága és g a gravitáció gyorsulása.

Technikailag ez a képlet csak a newtoni folyadékok lamináris áramlásához igaz. Az általános összefüggések azonban sok esetben használható becsléseket adnak, ha ezek a feltételek nem teljesülnek.

2. ábra: A nyomásesés és a sűrűség kapcsolata.

A folyadék sűrűségének ismerete elengedhetetlen a kút nyomásegyensúlyának fenntartásához. És mivel a termék értékének kiszámításához a tényleges folyadéktömeget használják, a pontos sűrűségmérés elengedhetetlen tényező az őrizet átadásában.

 

Az inline folyadék tulajdonságainak mérésének fontossága

Annak ellenére, hogy a sűrűség és a viszkozitás az up- és downstream műveletek minden aspektusában fontos, az olaj- és gáziparban tapasztalható szélsőséges körülmények között közismerten nehéz mérni őket. A hagyományos laboratóriumi módszerek finom, drága eszközöket tartalmaztak, amelyeket csak a terepi műveletekből vett mintákon lehetett használni.

De az üzemeltetőnek, aki megpróbálja szabályozni az iszap konzisztenciáját egy fúrási művelet során, azonnali, soros mérésre van szükség ahhoz, hogy menet közben optimalizálja a fúrási paramétereket. A minta vétele után órákkal eljuttatott laboratóriumi jelentés csak korlátozott értékű, mivel a múltat ​​tükrözi, nem pedig a tényleges körülményeket.

A frakkolási műveleteknél a sűrűség nagyon fontos annak meghatározásához, hogy a proppant koncentrációja a célon van-e. Az inline sűrűség mérése elengedhetetlen, mert a frakkolás során a dolgok történnek gyors. Hasonlóképpen, a cementálás során a cement sűrűségének ismerete elengedhetetlen a megfelelő nyomásegyensúly fenntartásához. A kezelő számára kevés értéket jelent annak ismerete, hogy pár órával a folyékony cement sűrűsége megkötődött. A sűrűségméréshez nagy szivattyúnyomás mellett a nukleáris abszorpciós eszközök jelentik az egyetlen lehetőséget. De a nukleáris források betartásának és kezelésének megnövekedett költségei óriási terhet jelentettek az ipar számára.

Az egyik legnagyobb kihívást jelentő alkalmazás az inline folyadék tulajdonságainak mérésére is a legértékesebb. Ez a képződési folyadékok értékelése a fúrás során.

Formációs folyadék értékelése - a fúrótól a PVT laboratóriumig és azon túl

A képződési folyadék értékelése megérinti az olaj- és gázipar alapjait. A biztonságos és gazdaságos fúrás, befejezés és gyártás szempontjából elengedhetetlen annak ismerete, hogy milyen folyadékok vannak, és hogyan fognak viselkedni a kitermelés és szállítás során.

A képződési folyadék mintáit hagyományosan drótvezetékes eszközökkel nyerik. Gyűjtésüknél meg kell húzni a fúrószalagot, vezetékes szerszámot kell elhelyezni, mintákat kell gyűjteni, amelyeket aztán a laboratóriumba küldenek, majd a fúrószálat vissza kell helyezni. A minták integritásának megőrzése érdekében a felszínre kerülésükkor tartály hőmérsékleti és nyomási körülmények között kell tartani őket, ami technikailag nehéz és költséges folyamat.

A fejlett szenzortechnológia és a magas hőmérsékletű elektronika fejlesztése miatt praktikus a viszkozitás- és sűrűségérzékelők beépítése a vezetékes eszközökbe. Ilyen például a Baker Hughes víztározó-karakterizáló eszköz (RCI) In-Situ Fluids eXplorer (IFX) szolgáltatással. Az IFX vezetékes eszköz tartalmaz egy piezoelektromos hangvilla rezonátoron alapuló sűrűség-viszkozitás érzékelőt - ez az egyik alapvető technológiai osztály, amely jól alkalmazható a belső sűrűség és a viszkozitás ellenőrzésére.

Ugyanakkor a Baker Hughes fejlesztette a FASTrak naplózást fúrás közben (LWD), amely lehetővé tette a folyadékelemzést és a mintavételt egy fúrási művelet során anélkül, hogy meg kellett volna szakítani a vezetékes naplózást. Ez a rendszer beépítette a piezoelektromos viszkozitás-sűrűség mérőrendszert az IFX eszközből.

2010-ben Baker Hughes felvette a kapcsolatot a Rheonics, Inc. céggel (korábban Viscoteers, Inc.), hogy alternatívát fejlesszen ki a nagyon törékeny piezoelektromos hangvilla számára, amelyet a FASTrak rendszerben használtak. Az eredmény a Rheonics DV-2000 volt, egy torziós hangvilla rezonátor, amely végül egy kibővített inline sűrűség - viszkozitásérzékelők - családjának alapját képezte, amelyek ma már az olaj- és gázágazat széles körét lefedik.

A Rheonics DV-2000 és utódai

Tanulságos közelebbről megvizsgálni a Rheonics DV-2000-t, mert szemlélteti a sűrűség-viszkozitás monitorozás megközelítését, amely fogalmában egyszerre általános, és sokoldalú a megvalósítása.

A Rheonics DV-2000 egy rezgésérzékelő, amelynek rezonáns tulajdonságait a folyadékkal való kölcsönhatása módosítja.

A DV-2000 két összekapcsolt torziós rezonátorból áll, amelyek együttesen egy torziós hangvillát alkotnak, amelyet az alábbiakban mutatunk be egy LWD modul tipikus telepítése mellett:

3. ábra: DV rezonátor az LWD folyadékelemző modulban.

 

A rezonátort a vizsgált folyadékba merítik. A fogak állandó mágneseket tartalmaznak, amelyeket a rezonátort tartalmazó nyomás alatt álló folyadékkamrán kívül elhelyezett tekercsek mozgatnak és érzékelnek torziós rezgésben.

A lapított fogak két különböző módon lépnek kölcsönhatásba a folyadékkal, amikor torzióban rezegnek. Nyírják a folyadékot, ami viszkózus erőkön keresztül energiát visz át a fogakból a folyadékba. És kiszorítják a folyadékot, ami a fogak tömegét a folyadék sűrűségével arányosan terheli.

Amikor a DV-2000-t szinuszhullám vezérli, amplitúdója a rezonáns frekvenciáján tetőzik. Minél több energiát veszít a folyadéknak a viszkózus erők révén, annál laposabb és szélesebb lesz a rezonáns csúcsa. Hasonlóképpen, amikor a rezonátort sűrű folyadék terheli, annak rezonancia frekvenciája a folyadék sűrűségétől függő mértékben csökken.

4. ábra: A rezonanciacsúcs kiszélesedése viszkózus csillapítással (megnövekedett viszkozitás) és a rezonanciacsúcs eltolódása tömegterheléssel (megnövekedett sűrűség).

 

A rezonáns csúcs szélessége felhasználható a folyadék viszkozitásának levezetésére, és rezonáns frekvenciájának eltolása felhasználható a folyadék sűrűségének megállapítására. A Rheonics DVM elektronikai csomagjával együtt az érzékelő képes mérni a sűrűséget és a viszkozitást 500 ° F-ig és 30,000 XNUMX PSI nyomásig.

A DV-2000 sűrűség és viszkozitás specifikációit az alábbi táblázat mutatja:

A Baker Hughesnál végzett tesztek eredményeit a következő táblázatok mutatják be. Az első kettő a viszkozitás és sűrűség meghatározott tartományát lefedő folyadékok sorozatának pontosságát mutatja. A harmadik a sűrűségmérések pontosságát mutatja. Az egyes diagramok két vonala mindkét mérésnél megengedett hibák felső és alsó határát mutatja.

1. táblázat: A Rheonics DV-2000 érzékelő teljesítményének specifikációja.

5. ábra: Az érzékelő viszkozitása (balra) és sűrűsége (jobbra) a különböző folyadékok esetében.

Inline sűrűség - viszkozitási műszerek a Rheonics DV-2000 alapján

A DV-2000 kiváló pontossága, megismételhetősége és robusztussága két inline DV műszerbe történő beépítéséhez vezetett, amelyek jobban megfelelnek az inline és a folyamatalkalmazásoknak.

A Rheonics DVM egy titán blokkba szerelt DV-2000, nagynyomású be- és kimeneti szerelvényekkel. Tényleges mérési térfogata kb. 0.7 cm3. 30,000 500 PSI nyomásig és 2000 ° F hőmérsékletig működik. Pontossága és hatótávolsági specifikációi hasonlóak a fentiekben megadott DV-XNUMX-hez, de a lehetőségei messze meghaladják a specifikációkat. A Rheonics DVM fő alkalmazási területe az élő olajminták PVT-elemzése volt, amelyben nagyon kis mennyiségű anyaggal kell dolgozni, miközben hőmérsékleti és nyomástartályban kell tartani őket. A korábbi mérésekhez külön műszerekre volt szükség a sűrűség és a viszkozitás mérésére, jelentősen nagyobb mintatérfogatokra, valamint nehézkes folyadékátviteli rendszerekre van szükség.

A DVM-et a folyékony és a gáz halmazállapotú CO sűrűségének és viszkozitásának mérésére is használták2 az árvízkísérletekben olyan pontossággal, amely messze meghaladja a fent megadott cél specifikációt.

A DVM-re épülő második eszköz a Rheonics DVP, amelyet sokoldalú inline érzékelőként terveztek tartályokban, csővezetékekben és reaktorokban történő felhasználásra. Tartománya és pontossága megegyezik a DVM-mel, de alacsonyabb, 10,000 10,000 PSI nyomású. A DVP olyan alkalmazásokhoz igazodik, amelyek magukban foglalják a csővezetékekben lévő folyadékok többállomásos megfigyelését, viszkozitás-alapú szivattyúoptimalizálást, letéti transzfert és nagynyomású inline sűrűség-ellenőrzést. A DVP az egyetlen olyan nem nukleáris eszköz, amely képes pontos belső sűrűség-méréseket végezni a XNUMX XNUMX PSI-es nyomáson, és mint ilyen, sok új alkalmazási területet nyit meg, amelyekre korábban közvetett módszerek, például ultrahang-átvitel vagy nyomáskülönbség-mérések vonatkoztak. függőleges folyadékoszlop.

Esettanulmányok: a Rheonics DVM az élő olajelemzésben és az alapvető árvíz-telepítések

Sűrűség és viszkozitás mérések élő olajmintákon az AsphWax, Inc.-nél.

A Rheonics DVM ideális az élő olajminták tulajdonságainak mérésére, mivel kis mintatérfogata, széles viszkozitásmérési tartománya anélkül, hogy megszakítaná a mérési futtatást a hardver újrakonfigurálásához, valamint hogy képes sűrűséget és viszkozitást egyidejűleg ugyanaz a minta. Mivel a versengő rendszerek két külön műszert használnak a sűrűség és a viszkozitás mérésére, nagyobb mintatérfogatot igényelnek, és komplikációkat okoznak az élő olajminták átadásakor. A következő ábra egy Rheonics DVM-et mutat be az élő olajmintatartályban egy kemence belsejében. Kompakt mérete és egyszerű csatlakoztatása lehetővé teszi, hogy közvetlenül az élő olajminta tartályra szerelje fel[1]. A heptán 46.8 ° C-on és 341 bar nyomáson végzett próbaüzeme a következő értékeket adta a standard referenciaértékekhez képest:

A DVM mérési adatok a Stratos Geroulis, AsphWax, Inc. jóvoltából

Táblázat 2: A Rheonics DV mért pontosságaM.

 

6. ábra: Rheonics DVM modul.

A Rheonics DVM2000 viszkoziméter alkalmazása az olajtartályokban lévő emulziók reológiai tulajdonságainak megállapítására

A fejlett EOR technikák olyan rendszert használnak, amelyben két nem elegyedő folyadékot emulgeálnak. Az EOR hab magában foglalja a felületaktív anyaggal stabilizált gáz-víz emulziók előállítását a tartályban a kiszorító gáz alacsony viszkozitásának (N2, könnyű szénhidrogének, CO2 stb.), és ezáltal növeli a seprés hatékonyságát. Az olyan kémiai EOR módszerekben, mint az ASP (alkáli felületaktív polimer) elárasztása, az olaj visszanyerési folyamatát a felületaktív anyag által kiváltott olaj és víz mikroemulzió képződése szabályozza, amelyet ezután polimer által kiváltott, viszkózus sóoldat árasztásával hajtanak végre. Mindkét módszer a reológiai tulajdonságok optimalizálására törekszik a tározók körülményei között, minimális kémiai adagolással. Napoktól hónapokig tarthat egy készítmény reológiai viselkedésének laboratóriumi leírása a víztározó körülményei között, ami a készítmények gyors szűrését meglehetősen nehézkessé teszi. A legfontosabb és legkevésbé ellenőrizhető tényezők a porózus közeg tulajdonságai. Ezek a tulajdonságok változhatnak a kísérlet során, ami szinte lehetetlenné teszi a reológiai tulajdonságok közvetlen mérését.

A Rheonics DVM-2000 néhány óra alatt egyszerre képes mérni az ilyen kémiai készítmények sűrűségét és viszkozitását a tározó körülményei között, így a sebességkorlátozó lépés a folyamat kémiai kölcsönhatásainak időskálája. Ügyfeleink a DV-2000-et alkalmazzák az alapvető árvízkészülékükben, hogy pontos reológiai mérésekkel gyorsítsák fel a termék fejlesztését a tározók körülményei között.

A sűrűség és a viszkozitás egyidejű mérésének képessége alapvető információkat nyújt az emulzió textúrájáról is. Az egyenletes mért sűrűség és a stabil viszkozitás stabil emulziót jelez homogénen diszpergált fázisokkal. Másrészt, ha a textúra nem homogén, mint például a csiga áramlásában, ezt minőségileg a jelzett sűrűség és viszkozitás erős ingadozása mutatja. Ezek az információk alapvetően fontosak az EOR-módszerek tervezéséhez és megvalósításához. A Rheonics DVM-2000 egységet használó tipikus átáramlás vázlata a következő ábrán látható, ahol két nem elegyedő folyadékot (amelyek közül az egyik tipikusan sós lében tartósított felületaktív anyag) szivattyúzzák egyidejűleg egy inline keverőn, egy Rheonics DVM- 2000-es megfigyelési rendszer és egy sor alapvető árvíz-rendszer.

7. ábra: A magáradás beállítása egy soros DVM modullal.

 

Az integrált rezonáns sűrűség és viszkozitás mérésének Outlookja

A Rheonics, Inc. által kínált típusú rezonáns folyadéktulajdonság-érzékelők visszaszorítják a mérés határait, amelyekről azt gondolják, hogy csak laboratóriumi minőségű eszközökkel lehetségesek. A fent említett alkalmazásokon kívül ezeket az érzékelőket viaszok és aszfaltének lerakódásának mérésére is használták. A Rheonics alapvető technológiája optimalizálható nemcsak a lerakódás, hanem a korrózió valós idejű mérésére is, lehetővé téve a vegyi kezelések célzott adagolását terepi körülmények között.

A harmadik Rheonics-szenzor, az SRV, képes a viszkozitás mérésére nagyon széles tartományban, kevesebb mint 1 cP-től 50,000 XNUMX cP-ig. Rendkívül stabil folyamatszabályozó eszköz gyártási és adagolási műveletekhez, még diszperziók, iszapok és más atipikus folyadékok esetén is. Jelenleg a nem newtoni szuszpenzió viszkozitásának pontos szabályozására szolgál egy nagy értékű bevonat alkalmazásakor. Alkalmazható a csövekben és csővezetékekben lévő folyadékok viszkozitásának nyomon követésére és szabályozására, ideértve a tengeri motorok bunkerolaj-égő rendszereit, valamint a fűtött vagy hígított nehéz kőolaj csővezetékes szállítását is.

Referenciák

1. https://www.bakerhughes.com/integrated-well-services/integrated-well-construction/evaluation/wireline-openhole-logging/fluid-characterization-and-testing
2. https://www.onepetro.org/conference-paper/SPWLA-2014-GGGG
3. Goodbread, J., B. Ochoa és T. Kruspe, „Új érzékelő a viszkozitás és a folyadéksűrűség mérésére az olajkút-fúrási alkalmazásokhoz”, Proceedings of ITG / GMA Symposium, 2014, 1–6.
4. A DVM mérési adatai a Stratos Geroulis, AsphWax, Inc. jóvoltából

Áttekintés

Olajiparra koncentrált magazin - A WorldOil egy cikket közöl, amely a Rheonics új megközelítéseit tartalmazza a folyadék sűrűségének és viszkozitásának mérésére. A cikk a technológiát és a működési elveket tárgyalja, különös tekintettel a képződési folyadék értékelésére, valamint a Rheonics inline sűrűség-viszkozitásmérő eszközök hasznára a reológiai tulajdonságok levezetésében.

Világolaj - Weboldal
Kiadvány letöltése

Kapcsolódó alkalmazási megjegyzések

Downhole DV mérések LWD, MWD, Wireline szerszámokban

Downhole DV mérések LWD, MWD, Wireline szerszámokban

A kútfakasztó szenzorok fúró gallérba történő megtervezése a fakitermelés és a fúrás forradalmát szimulálja. Az LWD, MWD és a hagyományos vezetékes folyadék mintavételi rendszerek átfogó, valós idejű információkat nyújtanak a fúrógép számára, és lehetővé teszik egy geológus számára, hogy tanulmányozza a képződményt…

Klikk ide
Sűrűségviszkozitás PVT vizsgálatokhoz

Sűrűségviszkozitás PVT vizsgálatokhoz

A PVT-analízist a felszíni termelés és az olajtartály föld alatti kivezetésének összekapcsolására és a tárolás során a tárolás során végbemenő szimulálására végzik. A PVT-adatok nagy horderejű alkalmazásokkal rendelkeznek a víztározó-tervezésben, a tartalékok becslésétől a tervezési felszínig…

Klikk ide
Keresés