Le proprietà di trasporto, in particolare quella della viscosità, sono cruciali nella produzione di petrolio sia in termini di funzionamento che di economia. Dato che il DME è un componente polare, non era subito ovvio che le proprietà di trasporto del sistema DME-acqua / salamoia seguiranno le tendenze previste e le regole di miscelazione (cioè, il comportamento dei gas alcano con soluzioni acquose).

Sulla base dell'analisi sintomatica eseguita, si è ritenuto che la soluzione di salamoia DME dovesse avere una viscosità maggiore rispetto alla soluzione di salamoia pura a meno che non vi siano altri fattori. Le misurazioni preliminari della viscosità hanno confermato questa ipotesi (Figura 3). Pertanto, è necessario uno sguardo più approfondito a questo inaspettato aumento della viscosità rispetto all'acqua. Tuttavia, non esiste uno strumento numerico noto che sia stato in grado di prevedere e rappresentare correttamente questo comportamento.

Figura 3 - Misurazioni preliminari della viscosità per una rapida occhiata alla viscosità del sistema DME-salamoia a 20 ° C (dati grezzi: nessuna correzione di pressione e temperatura eseguita, come mostrato nell'andamento della pressione dell'acqua).

Per essere in grado di spiegare le nostre osservazioni in laboratorio e colmare questa lacuna nel contesto di dati essenziali per spiegare e progettare esperimenti di laboratorio e consentire previsioni più affidabili in varie scale, abbiamo progettato un programma sperimentale completo per affrontare questo problema e per sviluppare una formula per catturare le tendenze o una regola di miscelazione che può essere utilizzata per compilare i requisiti di descrizione del fluido per i simulatori di serbatoi o altri strumenti per prevedere la viscosità della salamoia DME e anche la densità. Per ottenere ciò, abbiamo seguito i passaggi seguenti.

1. Misurare la viscosità e la densità per la soluzione acquosa DME-DI, coprendo dall'acqua pura al limite di solubilità DME a varie temperature e pressioni;
2. Sviluppare una regola di miscelazione della viscosità per prevedere le proprietà della miscela utilizzando DME puro e proprietà dell'acqua (salamoia);

La densità e la viscosità della miscela di acqua DME-DI (salamoia) sono state misurate utilizzando Rheonics DVM [5]. Questa apparecchiatura mostra un chiaro vantaggio nella misurazione della viscosità per sistemi acquosi rispetto al viscosimetro elettromagnetico (EMV), poiché può fornire misurazioni simultanee di densità e viscosità. Inoltre, Rheonics DVM può eseguire misurazioni in linea sia di densità che di viscosità a pressioni di processo fino a 30,000 psi (2000 bar) e intervalli di temperatura da −20°C a 200°C con un tempo di risposta di circa 1 secondo per lettura.

DVM è un modulo in linea per misurare la viscosità, la densità e la temperatura del fluido che scorre attraverso il modulo. Il modulo di flusso si basa sul sensore di densità e viscosità del DVM. Il modulo ha un canale passante con un diametro interno di 12 mm. Il sensore è montato parallelamente al percorso del flusso del fluido e rimuove eventuali zone morte nel flusso del fluido. Il modulo standard ha connessioni Swagelok che possono essere sostituite con altre connessioni filettate adatte. Una guarnizione in teflon riduce ogni possibilità di afflusso di fluido nella filettatura del connettore. Il sensore DVM è montato con un bullone filettato per consentire una facile rimozione per la pulizia e la sostituzione. Ha una struttura semplice, compatta e robusta (vedere la Figura 4).

Figura 4—Rheonics Modello DVM in linea 

I Rheonics Il DVM misura la viscosità e la densità mediante un risonatore torsionale, un'estremità del quale è immersa nel fluido in prova. Più il fluido è viscoso, maggiore è lo smorzamento meccanico del risonatore. Misurando lo smorzamento, è possibile calcolare il prodotto tra viscosità e densità Rheonics' algoritmi proprietari. Il nostro lavoro iniziale ha dimostrato che l'algoritmo fornito dal fornitore non teneva conto dell'effetto della pressione e della temperatura sull'apparecchiatura. Il fornitore ha applicato questo input per migliorare i propri algoritmi e portare a un fattore di correzione più coerente. Più denso è il fluido, minore è la frequenza di risonanza. Un fluido più denso aumenta il carico di massa del risonatore. Il risonatore viene eccitato e rilevato tramite un trasduttore elettromagnetico montato nel corpo del sensore.

Lo smorzamento viene misurato mediante l'elettronica di rilevamento e valutazione e si ottengono letture stabili, di alta precisione e ripetibili sulla base della tecnologia proprietaria [6] ad anello ad aggancio di fase gated.

Per convertire le misurazioni grezze in misurazioni fisicamente più accurate, i parametri di correzione del dispositivo erano necessari per il particolare modello utilizzato. Questi fattori di correzione sono stati forniti dal produttore sia per la viscosità che per la densità.

Viscosità e densità dell'acqua deionizzata a 35 ° C

 Le corse di calibrazione sono state eseguite prima delle misurazioni complete eseguite sulle soluzioni DME-Water. È importante calibrare il sistema con un fluido noto per giudicare l'accuratezza della misurazione. Di conseguenza, l'acqua deionizzata viene scelta per questo scopo per due motivi:

1. La viscosità dell'acqua deionizzata è disponibile in un'ampia gamma di pressioni e temperature che contengono il nostro dominio di interesse PT;
2. L'interesse di questo studio è in gran parte sulle soluzioni acquose che rendono l'acqua un candidato ideale per calibrare il

Gli esperimenti di calibrazione sono stati condotti a 35 ° C; i risultati sono stati confrontati con i dati NIST alla stessa temperatura. La Figura 5 e la Figura 6 mostrano un buon accordo tra i dati di viscosità e densità misurati e quelli dei dati NIST.

Figura 5 - Viscosità dell'acqua deionizzata a 35 C.

Figura 6 - Densità dell'acqua deionizzata a 35 C.

Densità delle miscele di acqua DME / DI

Sulla base della matrice sperimentale nella Tabella 2, è stata misurata la densità per una serie di miscele di acqua DME-DI. Le tabelle da 3 a 5 presentano i dati sperimentali a tre diverse temperature in forma tabulare.

Tabella 3 - Densità delle soluzioni di acqua deionizzata / DME a 35 ° C.

 Tabella 4 - Densità delle soluzioni di acqua deionizzata / DME a 50 ° C.

Tabella 5 - Densità delle soluzioni di acqua deionizzata / DME a 70 ° C.

La Figura 8 mostra un'isoterma selezionata per la densità della soluzione di acqua deionizzata / DME. Come previsto, la densità aumenta all'aumentare della pressione e diminuisce all'aumentare della concentrazione di DME. La Figura 9 mostra il comportamento della densità di una soluzione di acqua deionizzata / DME (5 mol% DME) a ​​diverse temperature, la densità diminuisce all'aumentare della temperatura.

Figura 8 - Densità delle soluzioni di acqua deionizzata / DME a 35 ° C.

Figura 9 - Densità della soluzione di acqua deionizzata / 5% molare di DME a diverse temperature.

Viscosità della miscela di acqua DME / DI

Allo stesso modo, sono state misurate anche le viscosità dell'acqua DME / DI a concentrazioni e condizioni corrispondenti. Le tabelle 6 e 8 presentano i dati misurati in forma tabellare.

Tabella 6 - Viscosità delle soluzioni di acqua deionizzata / DME a 35 ° C.

Tabella 7 - Viscosità delle soluzioni di acqua deionizzata / DME a 50 ° C.

Tabella 8 - Viscosità delle soluzioni di acqua deionizzata / DME a 70 ° C.

La Figura 10 mostra che la viscosità delle soluzioni di acqua deionizzata / DME aumenta leggermente con l'aumentare della pressione e aumenta anche con l'aumentare della concentrazione di DME, il che è contrario alle aspettative. La Figura 11 mostra la viscosità della soluzione di acqua deionizzata / DME con 5% molare di DME a diverse temperature; come previsto, la viscosità di tale soluzione diminuisce all'aumentare della temperatura.

Figura 10 - Viscosità dell'acqua deionizzata / 5% molare di soluzioni DME a 35 ° C.

Figura 11 - Viscosità della soluzione di acqua deionizzata / DME a diverse temperature.

Per poter prevedere la densità e la viscosità di un'ampia gamma di miscele di acqua deionizzata / DME, sono state sviluppate correlazioni sotto forma di regole di miscelazione utilizzando il set generato di dati sperimentali e proprietà dei componenti puri.

Nella sezione seguente, utilizzando gli esperimenti eseguiti, dimostreremo la gamma di validità e accuratezza dei semplici strumenti correlativi che abbiamo sviluppato per i sistemi Brine-DME.

Convalida delle equazioni di densità per miscele di salamoia-DME

Tabella 14 - Densità del 3% in peso di soluzione salina / DME a 35 C.

Figura 13 - Densità del 3% in peso di salamoia / DME a diverse temperature.

Nel complesso, la regola di miscelazione proposta per la densità predice bene la densità della miscela a concentrazioni di DME da medie a basse e sottostima leggermente a concentrazioni di DME più elevate (cioè 8 mol%) mentre le deviazioni sono ancora entro i margini previsti.

Convalida delle equazioni di densità per miscele di salamoia-DME

Tabella 15 - Viscosità della soluzione di salamoia / DME al 3% in peso di NaCl a 35 C.

Figura 14 — Viscosità del 3% in peso di NaCl / DME a diverse temperature.

La figura 14 indica che le regole di miscelazione per la viscosità sovrastimano le viscosità a 35 ° C, 50 ° C e 70 ° C, pur mostrando una buona concordanza complessiva con i dati sperimentali.

Una metodologia sistematica con un viscosimetro più recente (Rheonics DVM) è stato sviluppato per i sistemi acquosi disciolti DME. Dopo le prime tarature e test di verifica con sostanze note, come acqua,

1. La densità e la viscosità dei sistemi di acqua deionizzata / DME, salamoia / DME sono state ampiamente misurate a 35 ° C, 50 ° C e 70 ° C e varie pressioni e DME
2. Per quanto ne sappiamo, le serie in oggetto delle misurazioni di viscosità e densità sono le prime in letteratura. Possono essere utilizzati per la valutazione e / o la riduzione del rischio di inondazioni idriche potenziate con DME (DEW) e altri usi del DME oltre l'acqua. Tali dati vengono forniti per la letteratura.
3. Il tipo di regola di miscelazione per calcolare la densità e la viscosità per queste miscele è stato sviluppato e convalidato; i valori calcolati concordano bene con i dati sperimentali e costituiscono un semplice set di strumenti per generare i valori di densità e viscosità necessari delle miscele di salamoia / DME entro le condizioni valutate per varie applicazioni come i simulatori.