رفتار ريولوژيكي امولسيون‌هاي نفت خام يكي از ميادين نفتي ايران

Rheological Behavior of Crude Oil Emulsions of an Iranian Oil Field

در اين پژوهش، امولسيون‌هاي مختلفي با استفاده از نمونه نفت خام نوروز به‌عنوان فاز نفتي، آب يون زدوده شده به‎عنوان فاز آبي و سورفكتانت از نوع اسپان 40 به‎عنوان عامل امولسيون كننده تهيه شد و سپس پارامترهاي مهم و تاثيرگذار بر خواص ريولوژيكي اين امولسيون‌ها و نيز نمونه نفت خام بررسي شد. همچنين جهت بررسي كيفيت امولسيون‌ها، پايداري آن‌ها در يك دوره زماني سه ماهه مورد مطالعه قرار گرفت. تابعيت گرانروي نسبت به نرخ برش با استفاده از مدل تواني و نسبت به كسر حجمي فاز پراكنده با استفاده از مدل‌هاي كسر حجمي ليو، ريچاردسون، موني و كريگر- داگرتي بررسي گرديد و مشاهده شد كه نتايج حاصل از مدل‌ها با داده‌هاي آزمايشگاهي سازگاري بالايي دارند. نتايج حاصل از بررسي‌هاي ميكروسكوپي نشان داد كه پديده وارونگي فازها در گستره كسر حجمي 40 تا 50% از فاز پراكنده، اتفاق مي‌افتد. همچنين با بررسي پارامترهاي مختلف بر روي خواص ريولوژيكي مشخص شد كه در كليه نمونه‌ها اعم از نفت خام و امولسيون‌ها، متغيرهاي ريولوژيكي شديداً تحت تاثير تغييرات دمايي قرار مي‌گيرند، بدين‌صورت كه با افزايش دما كاهش قابل ملاحظه‌اي در گرانروي، تنش برشي و مدول‌هاي ديناميكي نمونه‌ها مشاهده مي‌شود. افزايش كسر حجمي آب تا قبل از نقطه وارونگي فازها باعث افزايش گرانروي و مدول‌هاي ديناميكي شد و پس از نقطه وارونگي با تغيير فاز پيوسته از نفت به آب، اين مقادير كاهش يافت. با بررسي تغييرات نرخ برشي بر روي نمونه‌ها مشاهده شد كه نمونه نفت خام در بيشتر محدوده برش اعمالي، رفتار سيال نيوتني را دارد در صورتي كه با تشكيل امولسيون و افزايش كسر حجمي فاز پراكنده، رفتار كاهنده برشي افزايش مي‌يابد. افزايش غلظت سورفكتانت در امولسيون‌ها نيز باعث افزايش گرانروي، تنش برشي و مدول‌هاي ديناميكي و كاهش پارامتر اتلاف شد و در نتيجه خاصيت الاستيك امولسيون‌ها افزايش يافت.

Several emulsions were synthesized using a crude oil sample named Nowruz as the oil phase, the deionized water as the water phase and Span 40-type surfactant as the emulsifier and parameters affecting the rheological properties of emulsions were studied. In order to investigate the quality of emulsions, their stability was monitored in a three month period. A power-law model was used for the dependence of emulsion viscosity on shear rate and Liu, Richardson, Mooney, and Krieger-Dougherty models were used for the dispersed phase volume fraction dependency. It was observed that the data obtained from modeling were consistent with the experimental data. The results obtained by microscopic analysis revealed that the phase inversion phenomenon took place in the range of 40 to 50% of the dispersed phase (water) content. Temperature was found to be a significantly effective factor in all the samples including the crude oil and its emulsions. It was observed that an increase in temperature could cause a considerable decrease in viscosity, shear stress, and dynamic moduli. An increase in water volume fraction caused an increase in viscosity and dynamic moduli up to the phase inversion point and resulted in a reverse trend beyond this point. The investigation of shear rate effect demonstrated a Newtonian behavior for the crude oil and shear-thinning effect for the emulsions over a wide range of shear rates. The shear-thinning effect increased with an increase in water content and surfactant concentration. The results showed a decrease in loss tangent and a notable increase in viscosity, shear stress, dynamic moduli, and elasticity of emulsions with an increase in surfactant concentration.