壳牌部署 Rheonics 用于 EOR 研究的 DVM –“二甲醚 DME 和水/盐水混合物的传输特性和密度的测量”
概述
最初在18年22月2020日至19日在美国俄克拉荷马州塔尔萨举行的SPE(石油工程师学会)改进油采收会议上发表了一篇论文,以作介绍。由于COVID-31,物理事件被推迟到4月2020日。 – XNUMX年XNUMX月XNUMX日,改为虚拟活动。 该论文的标题为“二甲基醚二甲醚和水/盐水混合物的传输性质和密度的测量”,由壳牌全球解决方案美国公司的崔静宇和齐云英撰写。 壳牌国际勘探与生产公司Birol Dindoruk
在本文中,作者首次提出了 DME 和水的系统密度和粘度测量的新数据。 没有发现 DME-盐水系统的系统粘度数据,特别是对于感兴趣的条件(油藏条件),因此他们部署了 Rheonics DVM 可获取恶劣、侵蚀性条件下的密度和粘度数据,并使用这些数据建立和验证盐水 -DME 混合物的密度和粘度方程。 这些重要的传输数据对于评估从 EOR/IOR 到近井眼增产等各种应用的 DME/DEW 注入潜力是必要的。
抽象
二甲醚(DME)被认为是增强注水能力的潜在增油采收率驱油剂。 由于其在烃中的首次接触混溶性以及在水/盐水中的部分高溶解度,当将DME-盐水注入到储层中时,它在接触时优先分配到烃相中。 结果,残余油溶胀并且其粘度降低,这进而导致明显更高的最终油采收率。 溶胀和粘度降低的程度取决于DME分配的程度及其可用性以及系统压力和温度。 在DME油混合区和DME水区中,DME烃和DME水粘度的估计对于评估和了解储层或实验室/试点规模DME增强注水(DEW)的性能至关重要。 。 在这些之中,没有发现DME-盐水系统的系统粘度数据,特别是对于感兴趣的条件(储层条件)。 DME-烃的粘度很好地遵循了传统的混合规则和预期。 而DME-水的粘度表现出与预期不同的行为。 在本文中,我们首次提供了有关DME和水的系统密度和粘度测量的新数据。 为了能够评估从EOR / IOR到近井眼增产等各种应用的DME / DEW注入潜力,此类基本运输数据必不可少。
这项研究的一些重要特征是:
- 用于DME和DME强化注水的文献资料的新数据
- 相关测量的发展
论文集锦
二甲醚二甲醚的迁移性质和密度的测量 和水/盐水混合物
介绍
运输性能,特别是粘度的运输性能,无论从操作还是从经济角度而言,对于石油生产都是至关重要的。 鉴于二甲醚是一种极性组分,因此二甲醚-水/盐水系统的运输特性将不会遵循预期的趋势和混合规则(即烷烃气体在水溶液中的行为)并不十分明显。
根据进行的症状分析,除非有其他因素,否则认为DME-盐水必须具有比纯盐水溶液更高的粘度。 初步粘度测量结果证实了这一假设(图3)。 因此,需要更深入地研究这种相对于水的意外粘度升高。 但是,没有已知的数值工具能够正确预测和表示此行为。
图3 –初步粘度测量,用于快速查看DME-盐水系统在20℃时的粘度(原始数据:未执行压力和温度校正,如水压趋势所示)。
为了能够解释我们在实验室中的观察结果,并在解释和设计实验室实验的基本数据的背景下填补这一空白,并能够进行各种规模的更可靠的预测,我们设计了一个全面的实验程序来解决这一问题,并开发趋势捕获公式或混合规则,可用于填充储层模拟器或其他工具的流体描述要求,以预测DME盐水粘度以及密度。 为了实现这一目标,我们遵循了以下步骤。
- 测量DME-DI水溶液的粘度和密度,涵盖从纯水到DME在各种温度和压力下的溶解度极限;
- 制定粘度混合规则,以使用纯DME和水(盐水)特性预测混合物特性;
设备和校准
DME-DI 水(盐水)混合物的密度和粘度使用以下方法测量 Rheonics 数字电压表[5]。 与电磁粘度计 (EMV) 相比,该设备在测量水性体系粘度方面显示出明显的优势,因为它可以同时测量密度和粘度。 此外, Rheonics DVM 可以在高达 30,000 psi (2000 bar) 的过程压力和 -20°C 至 200°C 的温度范围内执行密度和粘度的在线测量,每次读数的响应时间约为 1 秒。
DVM是一个在线模块,用于测量流经该模块的流体的粘度,密度和温度。 流通模块基于DVM的密度和粘度传感器。 该模块具有一个内径为12 mm的流通通道。 传感器平行于流体的流路安装,并去除了流体流中的任何死区。 标准模块具有世伟洛克(Swagelok)连接,可以用其他合适的螺纹连接代替。 铁氟龙密封减少了流体渗入连接器螺纹的可能性。 传感器DVM安装有带螺纹的螺栓,以便轻松拆卸以进行清洁和更换。 它具有简单,紧凑且坚固的结构(请参见图4)。
图 4—Rheonics 内联DVM模型
Rheonics DVM 通过扭转谐振器测量粘度和密度,该扭转谐振器的一端浸入被测流体中。 流体越粘稠,谐振器的机械阻尼越高。 通过测量阻尼,粘度和密度的乘积可以计算为 Rheonics' 专有算法。 我们最初的工作表明,供应商提供的算法没有考虑压力和温度对设备的影响。 供应商应用此输入来改进他们的算法,并导致更一致的校正因子。 流体密度越大,共振频率越低。 较稠密的流体会增加谐振器的质量负载。 谐振器通过安装在传感器主体中的电磁换能器来激励和感测。
阻尼通过传感和评估电子设备进行测量,并基于专有的[6]门控锁相环技术获得稳定,高精度和可重复的读数。
为了将原始测量结果转换为物理上更准确的测量结果,对于所使用的特定模型,需要设备校正参数。 这些校正因子由制造商提供,用于粘度和密度。
本研究使用DVM收集的数据
35°C时去离子水的粘度和密度
在对DME-水溶液进行全面测量之前,先执行校准运行。 重要的是用已知的液体校准系统,以判断测量的准确性。 因此,出于以下两个原因,选择去离子水用于此目的:
- 去离子水的粘度可在很宽的压力和温度范围内获得,其中包含我们感兴趣的PT域。
- 这项研究的主要兴趣在于水溶液,这使水成为校准水的理想选择。
校准实验在35°C进行; 将结果与相同温度下的NIST数据进行比较。 图5和图6显示了测得的粘度和密度数据与NIST数据之间的良好一致性。
图5-去离子水在35 C的粘度。
图6-35 C下的去离子水密度。
DME / DI水混合物的密度
基于表2中的实验矩阵,已测量了一系列DME-DI水混合物的密度。 表3至表5以表格形式给出了在三种不同温度下的实验数据。
表3-在35℃下的DI水/ DME溶液的密度。
压力 | 浓度 | ||||
sia | 0%DME | 2%DME | 5%DME | 10%DME | 14%DME |
400 | 0.9967 | 0.9835 | 0.9656 | 0.9442 | 0.9188 |
725 | 0.9976 | 0.9844 | 0.9665 | 0.9452 | 0.9198 |
1450 | 0.9997 | 0.9863 | 0.9684 | 0.9472 | 0.9220 |
2175 | 1.0017 | 0.9882 | 0.9702 | 0.9492 | 0.9243 |
3000 | 1.0038 | 0.9903 | 0.9723 | 0.9514 | 0.9268 |
4000 | 1.0065 | 0.9930 | 0.9749 | 0.9540 | 0.9297 |
5000 | 1.0092 | 0.9955 | 0.9781 | 0.9567 | 0.9326 |
6000 | 1.0119 | 0.9981 | 0.9800 | 0.9592 | 0.9354 |
7000 | 1.0145 | 1.0007 | 0.9825 | 0.9618 | 0.9382 |
8000 | 1.0171 | 1.0032 | 0.9850 | 0.9644 | 0.9410 |
9000 | 1.0197 | 1.0058 | 0.9874 | 0.9669 | 0.9437 |
10000 | 1.0224 | 1.0083 | 0.9900 | 0.9695 | 0.9464 |
11000 | 1.0249 | 1.0108 | 0.9924 | 0.9720 | 0.9491 |
表4-在50℃下的DI水/ DME溶液的密度。
压力 | 浓度 | ||||
sia | 0%DME | 2%DME | 5%DME | 10%DME | 14%DME |
400 | 0.9905 | 0.9769 | 0.9575 | 0.9348 | 0.9099 |
725 | 0.9914 | 0.9777 | 0.9581 | 0.9358 | 0.9108 |
1450 | 0.9933 | 0.9796 | 0.9603 | 0.9380 | 0.9134 |
2175 | 0.9953 | 0.9815 | 0.9622 | 0.9401 | 0.9159 |
3000 | 0.9975 | 0.9837 | 0.9644 | 0.9425 | 0.9186 |
4000 | 1.0001 | 0.9862 | 0.9669 | 0.9454 | 0.9218 |
5000 | 1.0027 | 0.9888 | 0.9695 | 0.9482 | 0.9249 |
6000 | 1.0054 | 0.9914 | 0.9721 | 0.9509 | 0.9281 |
7000 | 1.0079 | 0.9940 | 0.9747 | 0.9536 | 0.9310 |
8000 | 1.0105 | 0.9965 | 0.9772 | 0.9564 | 0.9339 |
9000 | 1.0131 | 0.9990 | 0.9797 | 0.9591 | 0.9368 |
10000 | 1.0157 | 1.0016 | 0.9823 | 0.9617 | 0.9397 |
11000 | 1.0182 | 1.0040 | 0.9848 | 0.9644 | 0.9425 |
表5-在70℃下的DI水/ DME溶液的密度。
压力 | 浓度 | ||||
sia | 0%DME | 2%DME | 5%DME | 10%DME | 14%DME |
400 | 0.9800 | 0.9656 | 0.9443 | 0.9217 | 0.8936 |
725 | 0.9809 | 0.9665 | 0.9452 | 0.9228 | 0.8965 |
1450 | 0.9828 | 0.9686 | 0.9474 | 0.9251 | 0.9003 |
2175 | 0.9848 | 0.9705 | 0.9494 | 0.9274 | 0.9031 |
3000 | 0.9870 | 0.9724 | 0.9517 | 0.9300 | 0.9060 |
4000 | 0.9896 | 0.9751 | 0.9545 | 0.9330 | 0.9094 |
5000 | 0.9923 | 0.9777 | 0.9572 | 0.9360 | 0.9125 |
6000 | 0.9950 | 0.9804 | 0.9599 | 0.9390 | 0.9156 |
7000 | 0.9975 | 0.9830 | 0.9626 | 0.9419 | 0.9187 |
8000 | 1.0001 | 0.9856 | 0.9652 | 0.9448 | 0.9217 |
9000 | 1.0027 | 0.9881 | 0.9679 | 0.9476 | 0.9247 |
10000 | 1.0053 | 0.9907 | 0.9705 | 0.9503 | 0.9276 |
11000 | 1.0078 | 0.9932 | 0.9731 | 0.9531 | 0.9305 |
图8显示了去离子水/ DME溶液密度的选定等温线。 如预期的那样,密度随着压力的增加而增加,随着DME浓度的增加而减少。 图9显示了DI水/ DME溶液(5摩尔%DME)在不同温度下的密度行为,密度随温度升高而降低。
图8-35°C下的去离子水/ DME溶液的密度。
图9-在不同温度下去离子水/ 5摩尔%DME溶液的密度。
DME / DI水混合物的粘度
同样,在相应的浓度和条件下也测量了DME / DI水的粘度。 表6和表8以表格形式显示了测量数据。
表6-在35℃下DI水/ DME溶液的粘度。
压力 | 浓度 | ||||
sia | 0%DME | 2%DME | 5%DME | 10%DME | 14%DME |
400 | 0.7350 | 0.8342 | 0.9346 | 1.0062 | 1.0010 |
725 | 0.7377 | 0.8344 | 0.9405 | 1.0132 | 1.0066 |
1450 | 0.7388 | 0.8361 | 0.9432 | 1.0231 | 1.0123 |
2175 | 0.7380 | 0.8387 | 0.9439 | 1.0301 | 1.0189 |
3000 | 0.7372 | 0.8412 | 0.9577 | 1.0384 | 1.0247 |
4000 | 0.7358 | 0.8439 | 0.9575 | 1.0488 | 1.0390 |
5000 | 0.7346 | 0.8457 | 0.9613 | 1.0570 | 1.0508 |
6000 | 0.7339 | 0.8498 | 0.9538 | 1.0612 | 1.0637 |
7000 | 0.7336 | 0.8520 | 0.9557 | 1.0658 | 1.0739 |
8000 | 0.7308 | 0.8535 | 0.9637 | 1.0663 | 1.0811 |
9000 | 0.7297 | 0.8551 | 0.9652 | 1.0772 | 1.0927 |
10000 | 0.7284 | 0.8527 | 0.9669 | 1.0857 | 1.1002 |
11000 | 0.7310 | 0.8519 | 0.9670 | 1.0943 | 1.1124 |
表7-在50℃下DI水/ DME溶液的粘度。
压力 | 浓度 | ||||
sia | 0%DME | 2%DME | 5%DME | 10%DME | 14%DME |
400 | 0.5433 | 0.6181 | 0.6943 | 0.7121 | 0.7157 |
725 | 0.5441 | 0.6199 | 0.6948 | 0.7160 | 0.7073 |
1450 | 0.5471 | 0.6208 | 0.6973 | 0.7234 | 0.7111 |
2175 | 0.5481 | 0.6236 | 0.6969 | 0.7305 | 0.7237 |
3000 | 0.5499 | 0.6259 | 0.7005 | 0.7384 | 0.7329 |
4000 | 0.5520 | 0.6280 | 0.7071 | 0.7456 | 0.7444 |
5000 | 0.5552 | 0.6235 | 0.7045 | 0.7569 | 0.7531 |
6000 | 0.5557 | 0.6276 | 0.7074 | 0.7660 | 0.7602 |
7000 | 0.5579 | 0.6298 | 0.7092 | 0.7749 | 0.7715 |
8000 | 0.5607 | 0.6317 | 0.7128 | 0.7859 | 0.7756 |
9000 | 0.5612 | 0.6362 | 0.7175 | 0.7923 | 0.7852 |
10000 | 0.5630 | 0.6383 | 0.7198 | 0.7918 | |
11000 | 0.5635 | 0.6376 | 0.7216 | 0.8038 | 0.8035 |
表8-在70℃下DI水/ DME溶液的粘度。
压力 | 浓度 | ||||
sia | 0%DME | 2%DME | 5%DME | 10%DME | 14%DME |
400 | 0.4003 | 0.4422 | 0.4791 | 0.4783 | 0.5041 |
725 | 0.4016 | 0.4402 | 0.4812 | 0.4789 | 0.4962 |
1450 | 0.4029 | 0.4420 | 0.4828 | 0.4985 | |
2175 | 0.4054 | 0.4437 | 0.4832 | 0.4859 | 0.5011 |
3000 | 0.4076 | 0.4451 | 0.4844 | 0.4898 | 0.5090 |
4000 | 0.4097 | 0.4468 | 0.4873 | 0.4952 | 0.5191 |
5000 | 0.4122 | 0.4494 | 0.4953 | 0.5003 | 0.5270 |
6000 | 0.4132 | 0.4522 | 0.4976 | 0.5068 | 0.5366 |
7000 | 0.4136 | 0.4517 | 0.5011 | 0.5137 | 0.5420 |
8000 | 0.4160 | 0.4540 | 0.5058 | 0.5206 | 0.5495 |
9000 | 0.4181 | 0.4551 | 0.5088 | 0.5259 | 0.5520 |
10000 | 0.4193 | 0.4561 | 0.5105 | 0.5330 | 0.5601 |
11000 | 0.4193 | 0.4564 | 0.5123 | 0.5351 | 0.5666 |
图10表明,DI水/ DME溶液的粘度随压力的增加而略有增加,并且随着DME浓度的增加而增加,这与预期相反。 图11示出了在不同温度下具有5mol%DME的DI水/ DME溶液的粘度。 如预期的那样,这种溶液的粘度随温度升高而降低。
图10-在5℃下DI水/ 35mol%DME溶液的粘度。
图11-去离子水/ DME溶液在不同温度下的粘度。
为了能够预测各种去离子水/ DME混合物的密度和粘度,已经使用生成的一组实验数据和纯组分特性开发了混合规则形式的相关性。
在下面的部分中,使用进行的实验,我们将证明我们为Brine-DME系统开发的简单相关工具的有效性和准确性范围。
盐水-DME混合物密度方程的验证
表14-3℃下35wt%盐水/ DME溶液的密度。
实验密度(g / cc) | 计算密度(g / cc) | 相对误差(%) | |||||||
sia | 2%DME | 5%DME | 8%DME | 2%DME | 5%DME | 8%DME | 2%DME | 5%DME | 8%DME |
400 | 1.0000 | 0.9832 | 0.9696 | 1.0006 | 0.9796 | 0.9612 | - 0.06 | 0.37 | 0.87 |
725 | 1.0008 | 0.9840 | 0.9703 | 1.0016 | 0.9811 | 0.9630 | - 0.08 | 0.30 | 0.75 |
1450 | 1.0026 | 0.9859 | 0.9721 | 1.0037 | 0.9840 | 0.9664 | - 0.11 | 0.19 | 0.59 |
2175 | 1.0045 | 0.9877 | 0.9741 | 1.0057 | 0.9865 | 0.9693 | - 0.13 | 0.13 | 0.49 |
3000 | 1.0066 | 0.9898 | 0.9762 | 1.0078 | 0.9889 | 0.9720 | - 0.12 | 0.09 | 0.43 |
4000 | 1.0091 | 0.9924 | 0.9788 | 1.0101 | 0.9916 | 0.9749 | - 0.11 | 0.08 | 0.40 |
5000 | 1.0116 | 0.9948 | 0.9813 | 1.0124 | 0.9939 | 0.9772 | - 0.08 | 0.09 | 0.42 |
6000 | 1.0141 | 0.9973 | 0.9839 | 1.0145 | 0.9960 | 0.9793 | - 0.04 | 0.13 | 0.47 |
图13-在不同温度下3wt%盐水/ DME的密度。
总体而言,建议的密度混合规则可以在中等至低DME浓度下很好地预测混合物的密度,而在较高DME浓度(即8 mol%)下会稍微低估,而偏差仍在预期范围内。
盐水-DME混合物密度方程的验证
表15-3℃下35重量%的NaCl盐水/ DME溶液的粘度。
压力 | 实验粘度(cp) | 计算粘度(cp) | 相对误差 | |||||||
sia | 0%DME | 2%DME | 5%DME | 8%DME | 2%DME | 5%DME | 8%DME | 2%DME | 5%DME | 8%DME |
400 | 0.7537 | 0.8462 | 0.9535 | 1.0220 | 0.9209 | 0.9824 | 1.0392 | - 8.82 | - 3.03 | - 1.68 |
725 | 0.7650 | 0.8485 | 0.9563 | 1.0159 | 0.9217 | 0.9838 | 1.0413 | - 8.63 | - 2.87 | - 2.51 |
1450 | 0.7616 | 0.8332 | 0.9532 | 1.0201 | 0.9238 | 0.9869 | 1.0462 | - 10.87 | - 3.53 | - 2.55 |
2175 | 0.7641 | 0.8334 | 0.9516 | 1.0313 | 0.9257 | 0.9899 | 1.0507 | - 11.08 | - 4.02 | - 1.88 |
3000 | 0.7594 | 0.8388 | 0.9527 | 1.0235 | 0.9279 | 0.9931 | 1.0557 | - 10.62 | - 4.25 | - 3.15 |
4000 | 0.7553 | 0.8400 | 0.9410 | 1.0221 | 0.9304 | 0.9968 | 1.0613 | - 10.76 | - 5.93 | - 3.83 |
5000 | 0.7528 | 0.8439 | 0.9520 | 1.0330 | 0.9329 | 1.0006 | 1.0670 | - 10.54 | - 5.10 | - 3.29 |
图14-在不同温度下3重量%的NaCl盐水/ DME的粘度。
图14表明,粘度的混合规则超过了在35℃,50℃和70℃下的粘度,同时仍显示出与实验数据的总体良好一致性。
结论/研究结果
使用新型粘度计的系统方法(Rheonics DVM) 是为 DME 溶解的水性体系而开发的。 在使用已知物质(例如水)进行初步校准和验证测试后,
- 去离子水/ DME,盐水/ DME系统的密度和粘度已在35°C,50°C和70°C以及各种压力和DME下进行了广泛的测量
- 据我们所知,粘度和密度测量的主题集是文献中的第一个。 它们可用于评估和/或减轻DME增强水淹(DEW)的风险以及DME除水以外的其他用途。我们为文献提供了此类数据。
- 已经开发并验证了用于计算这些混合物的密度和粘度的混合规则类型; 计算得出的值与实验数据非常吻合,并且构成了一组简单的工具,可以在针对各种应用(例如模拟器)评估的条件下生成所需的Brine / DME混合物密度和粘度值。
传统仪器很难进行PVT / EOR研究:它需要创新的尖端解决方案
在PVT / EOR分析中,操作员可以使用离线或在线仪器测量密度,而使用另一台仪器测量粘度(大部分为离线)。 使用两种单独的仪器测量密度和粘度存在主要问题:
- 用于密度和粘度测量的大多数传统仪器都需要单独的流体样品进行分析,这些样品是从井下流体样品瓶中提取的,消耗了大量无法在PVT中重复使用的极有价值的流体样品
- 在两个单独的仪器中很难达到相同的温度和压力条件,从而导致测量误差
- 由于空间和安装限制,很难将大型笨重的密度计和粘度计同时放置在PVT烤箱内
- 手动操作,需要很长时间进行测量
- 需要在硬件和软件方面进行大量集成工作,以同步测量数据并确保合规性
如何 Rheonics DVM 有助于解决这些挑战吗?
新型储层在极高的压力条件(> 25000 psi)和高温(> 400°F)下变得越来越深。 从超深井中采集样品流体非常昂贵,因此,以最小体积的储层流体进行密度和粘度测量非常重要。 总体而言,PVT研究应进行密度和粘度测量:
- 在HTHP(高温高压)条件下,以减少储层的不确定性
- 储液量最小
Rheonics和 DVM 是一款结合HTHP密度计和粘度计的仪器,可在最恶劣的条件下同时进行密度,粘度和温度测量。
请阅读有关在 HPHT 条件下使用 DVM 进行 PVT 研究的应用说明 Rheonics 仪器。
Rheonics DVM 帮助油藏工程师进行准确、可靠的 PVT 和 EOR 研究
DVM 是独特的三合一工艺仪器。 密度计,粘度计和温度表合为一体:这是一款外形小巧耐用的设备。
单仪器,双功能
Rheonics和 DVM 是一种独特的产品,可替代两种替代品,并在真实油藏条件下运行时提供更好的性能。 它消除了在任何需要密度粘度监测的应用中同时放置两台不同仪器的困难oring 过程流体。
最小样本量要求
由于不需要单独的管线或采样系统,因此在DVM中使用最少的储层流体进行测试。 操作安全且经济高效,DVM仅需要0.7ml的样品即可在整个P,T范围内测量粘度和密度,从而节省了时间和金钱。
实验室仪器仅在有限的条件下用于测量储层条件下的流体性质。 很高的压力和温度,冲击和振动,有限的动力供应以及严格的空间限制。
尽管密度和粘度很重要,但是众所周知,在石油和天然气工业中的极端条件下,它们很难测量。 共振流体特性传感器正在推高仅在实验室级仪器上才可能实现的测量极限。