As propriedades de transporte, especialmente a de viscosidade, são cruciais na produção de petróleo, tanto em termos de operação quanto de economia. Dado que o DME é um componente polar, não era prontamente óbvio que as propriedades de transporte do sistema DME-água / salmoura seguiriam as tendências esperadas e as regras de mistura (ou seja, comportamento de gases alcanos com soluções aquosas).

Com base na análise sintomática realizada, acredita-se que a solução de DME-salmoura deve ter maior viscosidade do que a solução de salmoura pura, a menos que haja outros fatores. Medidas de viscosidade preliminares confirmaram essa hipótese (Figura 3). Portanto, é necessário um exame mais profundo dessa elevação inesperada da viscosidade em relação à água. No entanto, não existe uma ferramenta numérica conhecida que seja capaz de prever e representar este comportamento corretamente.

Figura 3 - Medições preliminares de viscosidade para uma rápida olhada na viscosidade do sistema DME-salmoura a 20 C (dados brutos: nenhuma correção de pressão e temperatura realizada, conforme visto na tendência da pressão da água).

Para ser capaz de explicar nossas observações no laboratório e preencher esta lacuna no contexto de dados essenciais para explicar e projetar experimentos de laboratório e permitir previsões mais confiáveis ​​em várias escalas, criamos um programa experimental abrangente para resolver isso e desenvolver uma fórmula de captura de tendência ou regra de mistura que pode ser usada no preenchimento de requisitos de descrição de fluido para simuladores de reservatório ou outras ferramentas para prever a viscosidade e também a densidade de DME-salmoura. Para isso, seguimos os passos abaixo.

1. Medir a viscosidade e a densidade da solução de água DME-DI, abrangendo desde água pura até o limite de solubilidade do DME em várias temperaturas e pressões;
2. Desenvolva uma regra de mistura de viscosidade para prever as propriedades da mistura usando DME puro e propriedades de água (salmoura);

A densidade e a viscosidade da mistura de água DME-DI (Salmoura) foram medidas usando Rheonics DVM [5]. Este equipamento apresenta clara vantagem na medição da viscosidade para sistemas aquosos em comparação ao viscosímetro eletromagnético (EMV), pois pode produzir medições simultâneas de densidade e viscosidade. Além disso, Rheonics O DVM pode realizar medições em linha de densidade e viscosidade em pressões de processo de até 30,000 psi (2000 bar) e faixas de temperatura de -20°C a 200°C com um tempo de resposta de cerca de 1 segundo por leitura.

DVM é um módulo em linha para medir a viscosidade, densidade e temperatura do fluido que flui através do módulo. O módulo de fluxo é baseado no sensor de densidade e viscosidade do DVM. O módulo possui um canal de passagem com diâmetro interno de 12 mm. O sensor é montado paralelamente ao caminho do fluxo do fluido e remove quaisquer zonas mortas no fluxo do fluido. O módulo padrão possui conexões Swagelok que podem ser substituídas por outras conexões rosqueadas adequadas. Uma vedação de Teflon reduz qualquer chance de influxo de fluido na rosca do conector. O sensor DVM é montado com um parafuso roscado para permitir fácil remoção para limpeza e substituição. Possui uma construção simples, compacta e robusta (consulte a Figura 4).

Figura 4—Rheonics Modelo DVM em linha 

A Rheonics O DVM mede a viscosidade e a densidade por meio de um ressonador de torção, cuja extremidade está imersa no fluido sob teste. Quanto mais viscoso for o fluido, maior será o amortecimento mecânico do ressonador. Medindo o amortecimento, o produto da viscosidade e da densidade pode ser calculado por Rheonics'algoritmos proprietários. Nosso trabalho inicial mostrou que o algoritmo fornecido pelo fornecedor não levou em consideração o efeito da pressão e da temperatura no equipamento. O fornecedor aplicou essa entrada para melhorar seus algoritmos e levar a um fator de correção mais consistente. Quanto mais denso for o fluido, menor será a frequência de ressonância. Um fluido mais denso aumenta a carga de massa do ressonador. O ressonador é excitado e detectado por meio de um transdutor eletromagnético montado no corpo do sensor.

O amortecimento é medido pela eletrônica de detecção e avaliação e leituras estáveis, de alta precisão e repetíveis são obtidas com base na tecnologia de loop de bloqueio de fase patenteada [6].

A fim de converter as medições brutas em medições fisicamente mais precisas, os parâmetros de correção do dispositivo foram necessários para o modelo específico utilizado. Esses fatores de correção foram fornecidos pelo fabricante para viscosidade e densidade.

Viscosidade e densidade da água DI a 35 ° C

 As corridas de calibração foram realizadas antes das medições completas realizadas em soluções DME-Água. É importante calibrar o sistema com um fluido conhecido para julgar a precisão da medição. Como resultado, a água DI é escolhida para esta finalidade por dois motivos:

1. A viscosidade da água DI está disponível em uma ampla gama de pressões e temperaturas que contém nosso domínio PT de interesse;
2. O interesse deste estudo é principalmente em soluções aquosas que tornam a água um candidato ideal para calibrar o

Os experimentos de calibração foram conduzidos a 35C; os resultados foram comparados com os dados do NIST à mesma temperatura. A Figura 5 e a Figura 6 mostram uma boa concordância entre os dados de viscosidade e densidade medidos e os dados NIST.

Figura 5 - Viscosidade da Água DI a 35 C.

Figura 6 - Densidade da água DI a 35 C.

Densidade de misturas de água DME / DI

Com base na matriz experimental na Tabela 2, a densidade para uma série de misturas de água DME-DI foi medida. As tabelas 3 a 5 apresentam os dados experimentais em três temperaturas diferentes em uma forma tabular.

Tabela 3 - Densidade de soluções de água DI / DME a 35 ° C.

 Tabela 4 - Densidade de soluções de água DI / DME a 50 ° C.

Tabela 5 - Densidade de soluções de água DI / DME a 70 ° C.

A Figura 8 mostra uma isoterma selecionada para a densidade de água DI / solução DME. Conforme esperado, a densidade aumenta conforme a pressão aumenta e diminui conforme a concentração de DME aumenta. A Figura 9 mostra o comportamento da densidade de uma solução de água DI / DME (5 mol% DME) em diferentes temperaturas, a densidade diminui à medida que a temperatura aumenta.

Figura 8 - Densidade de soluções de água DI / DME a 35 ° C.

Figura 9 — Densidade de solução de água DI / 5 mol% DME em diferentes temperaturas.

Viscosidade da mistura de água DME / DI

Da mesma forma, as viscosidades da água DME / DI também foram medidas nas concentrações e condições correspondentes. As Tabelas 6 e 8 apresentam os dados medidos em forma tabular.

Tabela 6 - Viscosidades de soluções de água DI / DME a 35 ° C.

Tabela 7 - Viscosidades de soluções de água DI / DME a 50 ° C.

Tabela 8 - Viscosidades de soluções de água DI / DME a 70 ° C.

A Figura 10 mostra que a viscosidade das soluções de água DI / DME aumenta ligeiramente à medida que a pressão aumenta e também aumenta com o aumento da concentração de DME, o que é contrário às expectativas. A Figura 11 mostra a viscosidade da solução de água DI / DME com 5 mol% de DME em diferentes temperaturas; como esperado, a viscosidade dessa solução diminui à medida que a temperatura aumenta.

Figura 10 — Viscosidade de soluções de água DI / 5 mol% DME a 35 ° C.

Figura 11 — Viscosidade da solução de água DI / DME em diferentes temperaturas.

A fim de ser capaz de prever a densidade e a viscosidade de uma ampla gama de misturas de água DI / DME, correlações na forma de regras de mistura foram desenvolvidas usando o conjunto gerado de dados experimentais e propriedades de componentes puros.

Na seção seguinte, usando os experimentos realizados, demonstraremos a amplitude de validade e precisão das ferramentas correlativas simples que desenvolvemos para sistemas de salmoura-DME.

Validação de equações de densidade para misturas de salmoura-DME

Tabela 14 - Densidade de 3% em peso de solução salina / DME a 35 C.

Figura 13 - Densidade de 3% em peso de salmoura / DME em diferentes temperaturas.

No geral, a regra de mistura proposta para densidade prevê bem a densidade da mistura em concentrações médias a baixas de DME, e ligeiramente subestima em concentrações mais altas de DME (ou seja, 8 mol%) enquanto os desvios ainda estão dentro das margens esperadas.

Validação de equações de densidade para misturas de salmoura-DME

Tabela 15 - Viscosidade de solução de salmoura de NaCl / DME a 3% em peso a 35 C.

Figura 14 — Viscosidade de 3% em peso de NaCl Salmoura / DME em diferentes temperaturas.

A Figura 14 indica que as regras de mistura para a viscosidade superestimam as viscosidades a 35 C, a 50 C e 70 C, embora ainda mostrando uma boa concordância geral com os dados experimentais.

Uma metodologia sistemática com um viscosímetro mais recente (Rheonics DVM) foi desenvolvido para sistemas aquosos dissolvidos em DME. Após calibrações iniciais e testes de verificação com substâncias conhecidas, como água,

1. A densidade e a viscosidade dos sistemas de água DI / DME, salmoura / DME foram medidas extensivamente a 35 C, 50 C e 70 C e várias pressões e DME
2. Até onde sabemos, os conjuntos de medidas de viscosidade e densidade são os primeiros na literatura. Eles podem ser usados ​​para avaliação e / ou redução do risco de inundações de água intensificadas por DME (DEW) e outros usos de DME além da água. Fornecemos esses dados para a literatura.
3. O tipo de regra de mistura para calcular a densidade e a viscosidade para essas misturas foi desenvolvido e validado; os valores calculados concordam bem com os dados experimentais e constituem um conjunto simples de ferramentas para gerar os valores de densidade e viscosidade necessários de misturas de salmoura / DME dentro das condições avaliadas para várias aplicações, como simuladores.