Petrol ve gaz sektöründeki viskozite ve yoğunluk ölçümleri en gerekli, ancak aynı zamanda en zor operasyonlar arasındadır. Keşiften sondajdan üretime ve nakliyeye kadar, sıvıların kimliği ve özellikleri endüstrinin can damarıdır.

Laboratuvar cihazları, rezervuar koşullarında sıvı özelliklerini ölçmek için yalnızca sınırlı uygulamaya sahiptir. Çok yüksek basınçlar ve sıcaklıklar, şok ve titreşim, sınırlı güç mevcudiyeti ve hepsinden önemlisi ciddi alan kısıtlamaları, viskozite ve yoğunluk ölçümüne yönelik yeni ve yaratıcı yaklaşımlar gerektirir. Bu makalede, hem hat içi viskozite ve yoğunluk ölçümlerinin gerekliliğini keşfediyor hem de endüstrinin en zorlu ortamlarından bazılarında hat içi ölçümlere olanak tanıyan birkaç yeni ürünü açıklıyoruz.

Akıcı bilgi güçtür - süreçleri güvenli ve ekonomik bir şekilde yürütme gücü. Ve sadece kuyu içi ve endüstriyel koşullar altında elde edilmesi en zor olan özellikler - viskozite ve yoğunluk - prosesinizde meydana gelebilecek tüm koşullar altında akışkanların nasıl tepki vereceğini anlamak için en alakalı olabilir.

Viskozite neden önemlidir?

Bir akışkan bir borudan aktığında, onu belirli bir hızda hareket ettirmek için gereken basınç viskozitesine ve borunun boyutlarına bağlıdır. Viskozite ne kadar yüksekse, sıvıyı borudan geçirmek için o kadar fazla basınca ihtiyaç duyulur. Akış hızı Poiseuille denklemiyle verilir, burada F akış hızı, R borunun yarıçapı, L uzunluğu, ∆P borunun uçları arasındaki basınç farkı ve η sıvının viskozitesidir.

Şekil 1: Akış hızının viskozite ile ilişkisi.

Viskozite ne kadar yüksekse, akış hızı o kadar düşüktür. İster sondaj çamurunu, ister çatlatma sıvısını veya ham petrolü birkaç kilometrelik bir borudan pompalıyor olun, viskozitedeki küçük değişiklikler, sıvıyı pompalamak için gereken güç kadar sistemin basınç dengesi için de büyük sonuçlar doğurabilir.

Örneğin, bir boru hattından ağır ham petrolün pompalanması için, pompalama basıncı, viskozitesi kontrol edilerek azaltılabilir. Yağı ısıtarak veya seyrelterek viskozite düşürme pahalıdır. Ne kadar ısı veya seyreltici ekleneceğini belirlemek için inceltilmiş ham yağın gerçek viskozitesinin ölçülmesi gerekir. Seyrelticinin sıcaklığını veya miktarını ayarlamak için bir hat içi viskozimetre ve bir geri besleme kontrolörü kullanılarak, ilave viskozite azaltma maliyeti ile ürünün istenen viskozitesi arasında optimum bir denge sağlanabilir.

Boru yatay yerine dikey ise, akışkanın üzerindeki yerçekimi çekişi akış direncine eklenir ve boru boyunca basınç düşüşünü değiştirir:

ρ sıvının yoğunluğu, ∆H borunun dikey yüksekliğidir ve g yerçekiminin ivmesidir.

Teknik olarak, bu formül yalnızca Newtoniyen sıvıların laminer akışı için doğrudur. Bununla birlikte, genel ilişkiler, bu koşulların karşılanmadığı birçok durumda kullanılabilir tahminler verir.

Şekil 2: Basınç düşüşünün yoğunluk ile ilişkisi.

Bir kuyudaki basınç dengesini korumak için sıvının yoğunluğunu bilmek çok önemlidir. Ürün değerini hesaplamak için sıvının gerçek ağırlığı kullanıldığından, doğru yoğunluk ölçümü, gözetim transferinde önemli bir faktördür.

Satır içi sıvı özellikleri ölçümünün önemi

Yukarı ve aşağı operasyonların tüm yönlerinde yoğunluk ve viskozitenin önemine rağmen, petrol ve gaz endüstrisinde bulunan aşırı koşullar altında ölçülmesi çok zordur. Geleneksel laboratuvar yöntemleri, yalnızca saha operasyonlarından alınan numunelerde kullanılabilen hassas, pahalı cihazları içeriyordu.

Ancak, bir sondaj işlemi sırasında çamurun kıvamını kontrol etmeye çalışan bir operatörün, sondaj parametrelerini anında optimize edebilmesi için acil, hat içi bir ölçüme ihtiyacı vardır. Numune alındıktan saatler sonra teslim edilen bir laboratuvar raporu, gerçek koşullardan ziyade geçmişi yansıttığı için yalnızca sınırlı bir değere sahiptir.

Kırma işlemlerinde, propant konsantrasyonunun hedefte olup olmadığını belirlemek için yoğunluk çok önemlidir. Hat içi yoğunluk ölçümü çok önemlidir, çünkü kırılmada işler olur hızlı. Benzer şekilde, çimentolamada, uygun bir basınç dengesini sağlamak için çimentonun yoğunluğunun bilinmesi esastır. Sıvı çimentonun yoğunluğunun, sertleşmeden birkaç saat önce ne olduğunu bilmek, operatör için çok az değer taşır. Yüksek pompalama basınçlarında yoğunluk ölçümleri yapmak için nükleer absorpsiyon cihazları tek seçenektir. Ancak, nükleer kaynakların uyum ve kullanım maliyetlerinin artması endüstri üzerinde çok büyük bir yük haline geldi.

Hat içi sıvı özellikleri ölçümü için en zorlu uygulamalardan biri de en değerlidir. Sondaj sırasında oluşum sıvılarının değerlendirilmesidir.

Formasyon sıvısı değerlendirmesi - matkap ucundan PVT laboratuvarına ve ötesine

Oluşum sıvısının değerlendirilmesi, petrol ve gaz endüstrisinin temeline dokunmaktadır. Hangi sıvıların bulunduğunu ve bunların ekstraksiyon ve nakliye sırasında nasıl davranacağını bilmek güvenli ve ekonomik delme, tamamlama ve üretim için çok önemlidir.

Formasyon sıvısı örnekleri, geleneksel olarak kablolu araçlar vasıtasıyla elde edilir. Bunların toplanması, matkap dizisinin yukarı çekilmesini, bir kablo aracı yerleştirilmesini, daha sonra laboratuvara gönderilen numunelerin toplanmasını ve ardından matkap dizisinin yeniden yerleştirilmesini gerektirir. Numunelerin bütünlüğünü korumak için, onları yüzeye çıkarılırken rezervuar sıcaklık ve basınç koşullarında muhafaza etmek gerekir, bu teknik olarak zorlu ve pahalı bir işlemdir.

Gelişmiş sensör teknolojisinin ve yüksek sıcaklık elektroniklerinin geliştirilmesi, kablolu araçlara viskozite ve yoğunluk sensörlerinin dahil edilmesini pratik hale getirmektedir. Bunun bir örneği, In-Situ Fluids eXplorer (IFX) hizmetine sahip Baker Hughes Rezervuar Karakterizasyon Aracıdır (RCI). IFX kablolu aracı, hat içi yoğunluk ve viskozite takibine çok uygun temel teknoloji sınıflarından biri olan piezoelektrik diyapazon rezonatörünü temel alan bir yoğunluk-viskozite sensörü içeriroring.

Aynı zamanda, Baker Hughes, kablolu kayıt için kesintiye uğramadan bir delme işlemi sırasında sıvı analizi ve örnekleme sağlayan sondaj hizmeti (LWD) sırasında FASTrak günlük kaydını geliştiriyordu. Bu sistem, IFX aracından piezoelektrik viskozite-yoğunluk ölçüm sistemini içeriyordu.

2010 yılında Baker Hughes temasa geçti Rheonics, Inc. (eski adıyla Viscoteers, Inc.), FASTrak sisteminde kullanılan çok hassas piezoelektrik diyapazona bir alternatif geliştirmek üzere bir araya geldi. Sonuç şuydu: Rheonics DV-2000, sonunda petrol ve gaz sektöründe geniş bir uygulama yelpazesini kapsayan genişletilmiş hat içi yoğunluk - viskozite sensörleri ailesinin temelini oluşturan bir burulma çatalı rezonatörüdür.

The Rheonics DV-2000 ve yavruları

Daha yakından bakmak öğretici olacaktır. Rheonics DV-2000, yoğunluk-viskozite takibine yönelik bir yaklaşımı gösterdiği içinoring Bu hem kavram olarak genel hem de uygulanması açısından çok yönlüdür.

The Rheonics DV-2000, akışkanla etkileşimiyle rezonans özellikleri değiştirilen bir titreşim sensörüdür.

DV-2000, LWD modülündeki tipik bir kurulumun yanında aşağıda gösterilen, birlikte bir burulma ayar çatalı oluşturan iki bağlı burulma rezonatöründen oluşur:

Şekil 3: LWD sıvı analiz modülündeki DV rezonatörü.

Rezonatör, test edilen sıvıya daldırılır. Çatallar, rezonatörü içeren basınçlı sıvı odasının dışına yerleştirilen bobinlerle burulma titreşimi ile tahrik edilen ve algılanan kalıcı mıknatıslar içerir.

Yassılaştırılmış dişler, burulma sırasında titreştiklerinde sıvı ile iki farklı şekilde etkileşime girer. Viskoz kuvvetler aracılığıyla dişlerden sıvıya enerji aktarımına neden olan sıvıyı keserler. Ve sıvının yerini değiştirirler, bu da sıvının yoğunluğuyla orantılı olarak dişlerin kütlesel yüklenmesine neden olur.

DV-2000 bir sinüs dalgası tarafından çalıştırıldığında, genliği rezonans frekansında zirve yapar. Viskoz kuvvetler yoluyla sıvıya ne kadar fazla enerji kaybederse, rezonans zirvesi o kadar düz ve geniş olur. Benzer şekilde, rezonatör yoğun bir sıvı tarafından yüklendiğinde, rezonans frekansı sıvının yoğunluğuna bağlı bir miktar azalır.

Şekil 4: Viskoz sönümleme (artırılmış viskozite) yoluyla rezonans tepe noktasının genişlemesi ve rezonans tepe noktasının kütle yüklemesi yoluyla kayması (artan yoğunluk).

Rezonans zirvesinin genişliği, akışkanın viskozitesini elde etmek için kullanılabilir ve rezonans frekansının kayması, akışkanın yoğunluğunu elde etmek için kullanılabilir. İle birlikte Rheonics DVM'nin elektronik paketindeki sensör, 500°F'ye kadar sıcaklıklarda ve 30,000 PSI'ya kadar basınçlarda yoğunluk ve viskoziteyi ölçebilir.

DV-2000 yoğunluk ve viskozite özellikleri aşağıdaki tabloda gösterilmektedir:

Baker Hughes'da yapılan testlerin sonuçları aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.hartS. İlk ikisi, belirtilen viskozite ve yoğunluk aralığını kapsayan bir dizi sıvı için viskozite ölçümlerinin doğruluğunu gösterir. Üçüncüsü yoğunluk ölçümlerinin doğruluğunu gösterir. Her c'deki iki satırhart her iki ölçüm için de izin verilen hataların üst ve alt sınırlarını gösterir.

Tablo 1: Performans özellikleri Rheonics DV-2000 sensörü.

Şekil 5: Farklı sıvılar için sensörün viskozite (sol) ve yoğunluk (sağ) doğruluğu.

Hat içi yoğunluk – viskozite cihazları Rheonics DV-2000

DV-2000'in mükemmel doğruluğu, tekrarlanabilirliği ve sağlamlığı, hat içi ve proses uygulamaları için daha uygun iki hat içi DV cihazına dahil edilmesine yol açtı.

The Rheonics DVM, yüksek basınçlı giriş ve çıkış bağlantı parçalarına sahip bir titanyum bloğa monte edilmiş bir DV-2000'dir. Gerçek ölçüm hacmi yaklaşık 0.7 cm'dir³. 30,000 PSI'a kadar basınçlarda ve 500 °F'a kadar sıcaklıklarda çalışır. Doğruluğu ve menzil özellikleri yukarıda verilen DV-2000'inkilere benzer, ancak potansiyeli özelliklerin çok üzerindedir. Başlıca uygulamalar Rheonics DVM, çok küçük miktarlarda malzeme ile çalışmanın ve bunları rezervuar sıcaklık ve basınç koşulları altında tutmanın gerekli olduğu canlı yağ numunelerinin PVT analizinde bulunmaktadır. Önceki ölçümler, yoğunluk ve viskoziteyi ölçmek için ayrı cihazlar gerektiriyordu; bu da, önemli ölçüde daha büyük numune hacimlerinin yanı sıra hantal sıvı transfer sistemlerini gerektiriyordu.

DVM ayrıca hem sıvı hem de gaz halindeki CO'nun yoğunluğunu ve viskozitesini ölçmek için kullanılmıştır.₂ çekirdek sel deneylerinde, yukarıda verilen hedef spesifikasyonu çok aşan doğruluklarda.

DVM'yi temel alan ikinci bir araç ise Rheonics DVP, tanklarda, boru hatlarında ve reaktörlerde kullanılmak üzere çok yönlü bir hat içi sensör olarak tasarlanmıştır. Menzil ve doğruluk özellikleri DVM ile aynıdır ancak 10,000 PSI'lık daha düşük bir basınç derecesine sahiptir. DVP, çok istasyonlu izlemeyi içeren uygulamalara yöneliktiroring Boru hatlarındaki sıvıların kontrolü, viskoziteye dayalı pompa optimizasyonu, gözetim aktarımı ve yüksek basınçlı hat içi yoğunluk denetimioring. DVP, 10,000 PSI aralığındaki basınçlarda doğru hat içi yoğunluk ölçümleri yapabilen, nükleer olmayan tek cihazlardan biridir ve bu nedenle, daha önce ultrason iletimi veya farklı basınç ölçümleri gibi dolaylı yöntemlerle kapsanan birçok yeni uygulama alanını açar. dikey bir sıvı sütunu.

Vaka çalışmaları: Rheonics Canlı yağ analizinde ve çekirdek taşkın kurulumlarında DVM

AsphWax, Inc.'de canlı yağ örneklerinde yoğunluk ve viskozite ölçümleri.

The Rheonics DVM, küçük numune hacmi, donanımı yeniden yapılandırmak için ölçüm çalışmasını kesintiye uğratmadan geniş viskozite ölçümü aralığı ve aynı anda yoğunluk ve viskoziteyi aynı anda ölçebilme yeteneği nedeniyle canlı yağ numunelerinin özelliklerinin ölçümü için idealdir. örnek. Rakip sistemler yoğunluk ve viskoziteyi ölçmek için iki ayrı cihaz kullandığından, daha büyük numune hacmi gerektirirler ve canlı yağ numunelerinin transferinde zorluklara neden olurlar. Aşağıdaki şekil bir Rheonics DVM, fırın içindeki canlı yağ numunesi tankına monte edilmiştir. Kompakt boyutu ve bağlantı kolaylığı, doğrudan canlı yağ numunesi kabı üzerine monte edilmesine olanak sağlar[1]. 46.8 ° C ve 341 bar basınçta heptan ile yapılan bir deneme çalışması, standart referans değerlere kıyasla aşağıdaki değerleri verdi:

DVM ölçüm verileri Stratos Geroulis, AsphWax, Inc. tarafından sağlanmıştır.

tablo 2: Ölçülen doğruluk Rheonics DVM.

Şekil 6: Rheonics DVM modülü.

Uygulama Rheonics Petrol rezervuarlarındaki emülsiyonların reolojik özelliklerinin çıkarılmasında DVM2000 viskozimetre

Gelişmiş EOR teknikleri, iki karışmayan sıvının emülsifiye edildiği bir sistem kullanır. Köpük EOR, yer değiştiren gazın (N) düşük viskozitesinin hareketliliğini kontrol etmek için rezervuarda yüzey aktif madde ile stabilize edilmiş gaz-su emülsiyonlarının üretilmesini içerir.₂hafif hidrokarbonlar, CO₂ vb.) ve böylece süpürme verimliliğini artırır. ASP (alkali yüzey aktif polimer) taşması gibi kimyasal EOR yöntemlerinde, petrol geri kazanım süreci, yüzey aktif madde kaynaklı bir mikro emülsiyon oluşumu ve daha sonra polimer kaynaklı viskoz tuzlu su taşması ile takip edilir. Her iki yöntem de minimum kimyasal ekleme ile rezervuar koşullarında reolojik özellikleri optimize etmeye çalışır. Bir formülasyonun rezervuar koşullarında reolojik davranışının laboratuar karakterizasyonu günler ila aylar sürebilir ve bu da formülasyonların hızlı taranmasını oldukça zor hale getirir. En önemli ve en az kontrol edilebilen faktörler, gözenekli ortamın özellikleridir. Bu özellikler deney sırasında değişebilir ve reolojik özelliklerin doğrudan ölçülmesini neredeyse imkansız hale getirir.

The Rheonics DVM-2000, bu tür kimyasal formülasyonların yoğunluğunu ve viskozitesini rezervuar koşullarında birkaç saat içinde eşzamanlı olarak ölçebilir ve hız sınırlama adımını prosesteki kimyasal etkileşimlerin zaman ölçeği haline getirir. Müşterilerimiz, rezervuar koşullarında doğru reolojik ölçümler yoluyla ürün geliştirmeyi hızlandırmak için çekirdek su basma aparatlarında DV-2000'i kullanıyor.

Yoğunluk ve viskozitenin aynı anda ölçülebilmesi aynı zamanda emülsiyonun dokusu hakkında önemli bilgiler sağlar. Düzgün ölçülen yoğunluk ve stabil viskozite, homojen olarak dağılmış fazlara sahip stabil bir emülsiyonu gösterir. Öte yandan, eğer doku, sümüklüböcek akışında olduğu gibi homojen değilse, bu durum, belirtilen yoğunluk ve viskozitedeki güçlü dalgalanmalarla niteliksel olarak gösterilir. Bu tür bilgiler EOR yöntemlerinin tasarımı ve uygulanması için çok önemlidir. Kurulum boyunca tipik bir akışın şeması Rheonics DVM-2000 ünitesi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir; burada iki karışmayan sıvı (bunlardan biri tipik olarak tuzlu sudaki bir yüzey aktif madde formülasyonudur), hat içi bir karıştırıcı aracılığıyla aynı anda pompalanır; Rheonics DVM-2000 monitörüoring sistem ve seri halinde bir çekirdek su baskını sistemi.

Şekil 7: Hat içi DVM modülüyle çekirdek taşma kurulumu.

Hat İçi Rezonans Yoğunluğu ve Viskozite ölçümleri için görünüm

tarafından sunulan tiplerde rezonans akışkan özellikleri sensörleri Rheonics, Inc. yalnızca laboratuvar düzeyindeki cihazlarla mümkün olduğu düşünülen ölçümlerin sınırlarını zorluyor. Yukarıda belirtilen uygulamaların ötesinde, bu sensörler aynı zamanda mumların ve asfaltenlerin birikmesini ölçmek için de kullanılmıştır. Rheonics' temel teknoloji, yalnızca tortuyu değil aynı zamanda korozyonu da gerçek zamanlı olarak ölçecek şekilde optimize edilebilir ve saha koşulları altında kimyasal arıtmaların hedeflenen dozajına olanak tanır.

Bir üçüncü Rheonics SRV sensörü, 1 cP'den 50,000 cP'ye kadar çok geniş bir aralıkta viskoziteyi ölçebilir. Dispersiyonlar, bulamaçlar ve diğer atipik sıvılarla bile üretim ve dozajlama operasyonlarında kullanım için son derece stabil bir proses kontrol cihazıdır. Şu anda yüksek değerli bir kaplama uygulamasında Newtonyen olmayan bir bulamacın viskozitesini doğru bir şekilde kontrol etmek için kullanılıyor. Ayrıca, deniz motorları için yakıt brülörü sistemleri ve ısıtılmış veya seyreltilmiş ağır ham petrolün boru hattıyla taşınması da dahil olmak üzere boru ve boru hatlarındaki sıvıların viskozitesini izlemek ve kontrol etmek için de kullanılabilir.