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월드 오일

오일 및 가스 응용 분야에서 밀도 및 점도 측정에 대한 새로운 접근 방식

오일 및 가스 응용 분야에서 밀도 및 점도 측정에 대한 새로운 접근 방식

석유 및 가스 부문의 점도 및 밀도 측정은 가장 필수적이고 작업하기 가장 어렵습니다. 탐사에서 시추, 생산, 운송에 이르기까지 유체의 정체성과 특성은 업계의 생명선입니다.

실험실 기기는 저장소 조건에서 유체 특성을 측정하는 데 제한적으로 만 적용됩니다. 매우 높은 압력과 온도, 충격 및 진동, 제한된 전력 가용성, 그리고 무엇보다 심각한 공간 제약으로 인해 점도 및 밀도 측정에 대한 새롭고 창의적인 접근 방식이 필요합니다. 이 기사에서는 인라인 점도 및 밀도 측정의 필요성을 살펴보고 업계에서 가장 까다로운 환경에서 인라인 측정을 가능하게하는 몇 가지 새로운 제품에 대해 설명합니다.

유동적 인 지식은 힘입니다. 프로세스를 안전하고 경제적으로 실행할 수있는 힘입니다. 그리고 다운 홀 및 산업 조건에서 포착하기 가장 어려운 특성 (점도 및 밀도)만이 공정에서 발생할 수있는 모든 조건에서 유체가 반응하는 방식을 이해하는 데 가장 관련이있을 수 있습니다.

점도가 중요한 이유

유체가 파이프를 통해 흐를 때 주어진 속도로 유체를 이동하는 데 필요한 압력은 점도와 파이프의 치수에 따라 다릅니다. 점도가 높을수록 파이프를 통해 유체를 밀어내는 데 더 많은 압력이 필요합니다. 유속은 Poiseuille의 방정식으로 주어집니다. 여기서 F는 유속, R은 파이프의 반경, L은 길이, ∆P는 파이프 끝 사이의 압력 차, η는 유체의 점도입니다.

그림 1 : 유속과 점도의 관계.

점도가 높을수록 유속이 낮아집니다. 시추 진흙, 파쇄 유체 또는 원유를 수 킬로미터의 파이프를 통해 펌핑하든간에 점도의 작은 변화는 시스템의 압력 균형과 유체를 펌핑하는 데 필요한 전력에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

예를 들어, 파이프 라인을 통해 무거운 원유를 펌핑하려면 점도를 제어하여 펌핑 압력을 낮출 수 있습니다. 오일을 가열하거나 희석하여 점도를 낮추는 것은 비용이 많이 듭니다. 추가 할 열 또는 희석제의 양을 결정하려면 희석 된 원유의 실제 점도를 측정해야합니다. 인라인 점도계와 피드백 컨트롤러를 사용하여 온도 또는 희석제의 양을 조정하면 추가 된 점도 감소 비용과 제품의 원하는 점도간에 최적의 균형을 맞출 수 있습니다.

파이프가 수평이 아닌 수직 인 경우 유체의 중력이 흐름 저항에 추가되고 파이프 전체의 압력 강하가 수정됩니다.

여기서 ρ는 유체의 밀도, ∆H는 파이프의 수직 높이, g는 중력 가속도입니다.

기술적으로이 공식은 뉴턴 유체의 층류 흐름에만 정확합니다. 그러나 일반적인 관계는 이러한 조건이 충족되지 않는 많은 경우에 유용한 추정치를 제공합니다.

그림 2 : 압력 강하와 밀도의 관계.

유체의 밀도를 아는 것은 우물에서 압력 균형을 유지하는 데 중요합니다. 또한 실제 유체 중량을 사용하여 제품 가치를 계산하기 때문에 정확한 밀도 측정이 상거래에 필수적인 요소입니다.

 

인라인 유체 특성 측정의 중요성

업 및 다운 스트림 작업의 모든 측면에서 밀도와 점도의 중요성에도 불구하고 석유 및 가스 산업에서 발견되는 극한 조건에서 측정하기가 매우 어렵습니다. 전통적인 실험실 방법에는 현장 작업에서 채취 한 샘플에만 사용할 수있는 섬세하고 값 비싼 기기가 포함되었습니다.

그러나 드릴링 작업 중에 진흙의 일관성을 제어하려는 작업자는 즉시 드릴링 매개 변수를 최적화 할 수 있도록 즉각적인 인라인 측정이 필요합니다. 샘플을 채취 한 후 몇 시간 동안 전달 된 실험실 보고서는 실제 조건이 아닌 과거를 반영하기 때문에 제한된 가치입니다.

파쇄 작업에서 밀도는 프로판 트의 농도가 목표에 있는지 확인하는 데 매우 중요합니다. 인라인 밀도 측정은 매우 중요합니다. 빠른. 마찬가지로 합착에서 시멘트의 밀도를 아는 것은 적절한 압력 균형을 유지하는 데 필수적입니다. 유체 시멘트가 설정되기 몇 시간 전에 유동성 시멘트의 밀도를 아는 것은 작업자에게 거의 가치가 없습니다. 높은 펌핑 압력에서 밀도 측정을 수행하는 경우 핵 흡수 기기가 유일한 옵션입니다. 그러나 규제 준수 및 원자력 소스 취급 비용 증가는 업계에 엄청난 부담이되었습니다.

인라인 유체 특성 측정을위한 가장 까다로운 응용 분야 중 하나도 가장 가치가 있습니다. 드릴링 중 형성 유체의 평가입니다.

형성 유체 평가 – 드릴 비트에서 PVT 실험실 및 그 이상

형성 유체의 평가는 석유 및 가스 산업의 기초를 다룹니다. 어떤 유체가 존재하고 추출 및 운송 중에 어떻게 작용하는지 아는 것은 안전하고 경제적 인 드릴링, 완료 및 생산에 필수적입니다.

형성 유체 샘플은 전통적으로 유선 도구를 사용하여 얻습니다. 이들의 수집은 드릴 스트링을 잡아 당기고, 유선 도구를 배치하고, 샘플을 수집하여 실험실로 보낸 다음 드릴 스트링을 다시 삽입해야합니다. 시료의 무결성을 유지하려면 시료를 표면으로 가져올 때 온도와 압력의 저장고 조건에서 시료를 유지해야합니다. 이는 기술적으로 어렵고 비용이 많이 드는 프로세스입니다.

고급 센서 기술과 고온 전자 장치의 개발로 인해 유선 도구에 점도 및 밀도 센서를 포함하는 것이 실용적입니다. In-Situ Fluids eXplorer (IFX) 서비스가 포함 된 Baker Hughes Reservoir Characterization Instrument (RCI)가 그 예입니다. IFX 유선 도구에는 인라인 밀도 및 점도 모니터링에 적합한 주요 기술 클래스 중 하나 인 압전 튜닝 포크 공진기를 기반으로하는 밀도-점도 센서가 포함되어 있습니다.

동시에 Baker Hughes는 유선 로깅을 위해 중단 할 필요없이 드릴링 작업 중에 유체 분석 및 샘플링을 가능하게하는 FASTrak 로깅 및 드릴링 서비스 (LWD)를 개발하고있었습니다. 이 시스템은 IFX 도구의 압전 점도 밀도 측정 시스템을 통합했습니다.

2010 년에 Baker Hughes는 Rheonics, Inc. (이전 Viscoteers, Inc.)에 연락하여 FASTrak 시스템에 사용 된 매우 깨지기 쉬운 압전 튜닝 포크의 대안을 개발했습니다. 그 결과 Rheonics DV-2000이 탄생했습니다. 비틀림 튜닝 포크 공진기는 결국 확장 된 인라인 밀도 제품군의 기반이되었습니다. 현재는 석유 및 가스 부문의 광범위한 응용 분야를 포괄하는 점도 센서입니다.

Rheonics DV-2000과 그 자손

Rheonics DV-2000을 자세히 살펴 보는 것이 도움이됩니다. 개념 상 일반적이고 구현에서 다용도 인 밀도-점도 모니터링에 대한 접근 방식을 보여주기 때문입니다.

Rheonics DV-2000은 유체와의 상호 작용에 의해 수정 된 공진 특성을 가진 진동 센서입니다.

DV-2000은 LWD 모듈의 일반적인 설치 옆에 아래에 표시된 것처럼 함께 비틀림 튜닝 포크를 구성하는 두 개의 결합 된 비틀림 공진기로 구성됩니다.

그림 3 : LWD 유체 분석 모듈의 DV 공진기.

 

공진기는 테스트중인 유체에 잠겨 있습니다. 타인에는 영구 자석이 포함되어 있으며, 이는 공진기를 포함하는 가압 유체 챔버 외부에 배치 된 코일에 의해 비틀림 진동에서 구동되고 감지됩니다.

평평한 타인은 비틀림으로 진동 할 때 두 가지 방식으로 유체와 상호 작용합니다. 그들은 유체를 전단하여 점성력을 통해 가지에서 유체로 에너지를 전달합니다. 그리고 그들은 유체를 대체하여 유체의 밀도에 비례하여 타인의 질량 부하를 유발합니다.

DV-2000이 사인파에 의해 구동되면 진폭이 공진 주파수에서 최고조에 달합니다. 점성력을 통해 유체로 손실되는 에너지가 많을수록 공진 피크가 더 평평하고 넓어집니다. 마찬가지로 공진기에 밀도가 높은 유체가로드되면 공진 주파수가 유체 밀도에 따라 감소합니다.

그림 4 : 점성 댐핑 (점도 증가)을 통한 공명 피크의 확대 및 질량 부하 (밀도 증가)를 통한 공명 피크의 이동.

 

공진 피크의 폭은 유체의 점도를 유도하는 데 사용될 수 있으며 공진 주파수의 이동은 유체의 밀도를 유도하는 데 사용될 수 있습니다. Rheonics DVM의 전자 패키지와 함께이 센서는 최대 500 ° F의 온도와 최대 30,000 PSI의 압력에서 밀도와 점도를 측정 할 수 있습니다.

DV-2000 밀도 및 점도 사양은 다음 표에 나와 있습니다.

Baker Hughes에서 실시한 테스트 결과는 다음 차트에 나와 있습니다. 처음 두 개는 지정된 점도 및 밀도 범위를 포괄하는 일련의 유체에 대한 점도 측정의 정확도를 보여줍니다. 세 번째는 밀도 측정의 정확도를 보여줍니다. 각 차트의 두 선은 두 측정에 대해 허용 가능한 오류의 상한과 하한을 보여줍니다.

표 1 : Rheonics DV-2000 센서의 성능 사양.

그림 5 : 다양한 유체에 대한 센서의 점도 (왼쪽) 및 밀도 (오른쪽) 정확도.

인라인 밀도 – Rheonics DV-2000 기반 점도 기기

DV-2000의 탁월한 정확성, 반복성 및 견고성은 인라인 및 프로세스 애플리케이션에 더 적합한 두 개의 인라인 DV 장비에 통합되었습니다.

Rheonics DVM은 고압 입력 및 배출 피팅이있는 티타늄 블록에 장착 된 DV-2000입니다. 실제 측정 부피는 약 0.7cm입니다.3. 최대 30,000 PSI의 압력과 500 ° F의 온도에서 작동합니다. 정확도와 범위 사양은 위에서 주어진 DV-2000의 사양과 유사하지만 잠재력은 사양을 훨씬 능가합니다. Rheonics DVM의 주요 응용 분야는 생유 샘플의 PVT 분석에있었습니다.이 분석에서는 매우 적은 양의 재료를 온도와 압력의 저장소 조건에서 유지하면서 작업해야합니다. 이전 측정에서는 밀도와 점도를 측정하기 위해 별도의 기기가 필요했으며, 상당한 양의 시료와 성가신 유체 전달 시스템이 필요했습니다.

DVM은 액체 및 기체 CO의 밀도와 점도를 측정하는데도 사용되었습니다.2 위에 주어진 목표 사양을 훨씬 초과하는 정확도로 핵심 홍수 실험에서.

DVM을 기반으로하는 두 번째 기기는 탱크, 파이프 라인 및 원자로에서 사용하기위한 다목적 인라인 센서로 설계된 Rheonics DVP입니다. 범위 및 정확도 사양은 DVM의 사양과 동일하지만 압력 등급은 10,000 PSI로 낮습니다. DVP는 파이프 라인에서 유체의 다중 스테이션 모니터링, 점도 기반 펌프 최적화, 상거래 용 상거래 및 고압 인라인 밀도 모니터링과 관련된 애플리케이션에 적합합니다. DVP는 10,000 PSI 범위의 압력에서 정확한 인라인 밀도 측정을 수행 할 수있는 유일한 비핵 기기 중 하나로, 이전에 초음파 전송 또는 차압 측정과 같은 간접 방법으로 다루었던 많은 새로운 응용 분야를 엽니 다. 유체의 수직 기둥.

사례 연구 : 라이브 오일 분석 및 핵심 홍수 설치의 Rheonics DVM

AsphWax, Inc.의 생유 샘플에 대한 밀도 및 점도 측정

Rheonics DVM은 작은 샘플 부피, 하드웨어 재구성을위한 측정 실행을 중단하지 않고 광범위한 점도 측정, 그리고 밀도와 점도를 동시에 측정 할 수 있기 때문에 라이브 오일 샘플의 특성 측정에 이상적입니다. 동일한 샘플. 경쟁 시스템은 밀도와 점도를 측정하기 위해 두 개의 별도 기기를 사용하기 때문에 더 큰 샘플 볼륨이 필요하고 라이브 오일 샘플 전송시 복잡한 문제가 발생합니다. 다음 그림은 오븐 내부의 라이브 오일 표본 탱크에 설치된 Rheonics DVM을 보여줍니다. 크기가 작고 연결이 간단하여 라이브 오일 샘플 용기에 직접 장착 할 수 있습니다.[1]. 46.8 ° C 및 341bar 압력에서 헵탄을 시험 실행 한 결과 표준 참조 값과 비교하여 다음 값이 산출되었습니다.

DVM 측정 데이터 제공 : Stratos Geroulis, AsphWax, Inc.

작업대 2 : Rheonics DV의 측정 된 정확도M.

 

그림 6 : Rheonics DVM 모듈.

오일 저장소에있는 에멀젼의 유변학 적 특성을 추론하는 데 Rheonics DVM2000 점도계 적용

고급 EOR 기술은 두 개의 비혼 화성 유체가 유화되는 시스템을 사용합니다. Foam EOR은 저점도의 변위 가스 (N)의 이동성을 제어하기 위해 저장소에서 계면 활성제 안정화 가스-물 에멀젼을 생성하는 것을 포함합니다.2, 경질 탄화수소, CO2 등) 스윕 효율성을 증가시킵니다. ASP (알칼리 계면 활성제 폴리머) 플러딩과 같은 화학적 EOR 방법에서 오일 회수 공정은 계면 활성제에 의해 유도 된 오일과 물의 마이크로 에멀젼 형성에 의해 지배되며, 폴리머 유도 점성 염수 플러딩으로 추적됩니다. 두 방법 모두 최소한의 화학적 첨가로 저장소 조건에서 유변학 적 특성을 최적화하려고합니다. 저장소 조건에서 제제의 유변학 적 거동을 실험실에서 특성화하는 데 며칠에서 몇 달이 걸릴 수 있으므로 제제의 빠른 스크리닝이 매우 어렵습니다. 가장 중요하고 제어 할 수없는 요소는 다공성 매체의 특성입니다. 이러한 특성은 실험 중에 변경 될 수 있으므로 유변학 적 특성을 직접 측정하는 것이 거의 불가능합니다.

Rheonics DVM-2000은 저장소 조건에서 이러한 화학 제제의 밀도와 점도를 몇 시간 안에 동시에 측정 할 수 있으므로 속도 제한 단계를 공정에서 화학 상호 작용의 시간 척도로 만듭니다. 우리 고객은 저수지 조건에서 정확한 유변학 적 측정을 통해 제품 개발을 가속화하기 위해 핵심 홍수 장치에 DV-2000을 사용하고 있습니다.

밀도와 점도를 동시에 측정하는 기능은 또한 에멀젼의 질감에 대한 필수 정보를 제공합니다. 균일하게 측정 된 밀도와 안정적인 점도는 균일하게 분산 된 상을 가진 안정적인 에멀젼을 나타냅니다. 반면에 슬러그 흐름에서와 같이 텍스처가 균일하지 않으면 표시된 밀도와 점도의 강한 변동에 의해 정 성적으로 나타납니다. 이러한 정보는 EOR 방법의 설계 및 구현에 필수적입니다. Rheonics DVM-2000 장치를 사용하는 일반적인 흐름 설정의 개략도는 다음 그림에 나와 있습니다. 여기서 두 개의 비혼 화성 유체 (그 중 하나는 일반적으로 염수에있는 계면 활성제 제제)가 인라인 믹서 인 Rheonics DVM-을 통해 동시에 펌핑됩니다. 2000 모니터링 시스템 및 코어 홍수 시스템 시리즈.

그림 7 : 인라인 DVM 모듈을 사용한 코어 플러드 설정.

 

인라인 공진 밀도 및 점도 측정에 대한 전망

Rheonics, Inc.에서 제공하는 유형의 공진 유체 특성 센서는 실험실 수준의 기기에서만 가능하다고 생각되는 측정의 한계를 극복하고 있습니다. 위에서 언급 한 응용 분야 외에도 이러한 센서는 왁스 및 아스 팔텐의 침착을 측정하는데도 사용되었습니다. Rheonics의 기본 기술은 증착뿐만 아니라 부식도 실시간으로 측정하도록 최적화되어 현장 조건에서 화학 처리의 표적 투여를 허용합니다.

세 번째 Rheonics 센서 인 SRV는 1cP 미만에서 최대 50,000cP까지 매우 넓은 범위에서 점도를 측정 할 수 있습니다. 분산, 슬러리 및 기타 비정형 유체에서도 제조 및 주입 작업에 사용하기위한 매우 안정적인 공정 제어 기기입니다. 현재 고가 코팅 응용 분야에서 비 뉴턴 슬러리의 점도를 정확하게 제어하는 ​​데 사용되고 있습니다. 또한 선박 엔진 용 벙커 오일 버너 시스템과 가열되거나 희석 된 중유의 파이프 라인 운송을 포함하여 파이프 및 파이프 라인의 유체 점도를 모니터링하고 제어하는 ​​데 사용할 수 있습니다.

참조

1. https://www.bakerhughes.com/integrated-well-services/integrated-well-construction/evaluation/wireline-openhole-logging/fluid-characterization-and-testing
2. https://www.onepetro.org/conference-paper/SPWLA-2014-GGGG
3. Goodbread, J., B. Ochoa 및 T. Kruspe, "유정 시추 응용 분야를위한 점도 및 유체 밀도 측정을위한 새로운 센서", Proceedings of ITG / GMA Symposium, 2014, pp 1-6.
4. DVM 측정 데이터 제공 : Stratos Geroulis, AsphWax, Inc.

WeGO 소개

석유 산업에 초점을 맞춘 잡지 – WorldOil은 인라인 유체 밀도 및 점도 측정에 대한 Rheonics의 새로운 접근 방식을 다루는 특집 기사를 게시합니다. 이 기사에서는 형성 유체 평가에 특별히 초점을 맞춘 기술 및 작동 원리와 유변학 적 특성을 추론하는 Rheonics 인라인 밀도-점도 측정 장치의 유용성에 대해 설명합니다.

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