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。

1. 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；
2. 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；

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 

此 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。

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：

1. 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。
2. 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	浓缩
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	浓缩
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	浓缩
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	浓缩
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	浓缩
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	浓缩
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。

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，

1. 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
2. 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。
3. 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。