Extending Lohrenz-Bray-Clark (LBC) Model to Lower and Higher Temperatures Based on an Existing Equation of State (EOS).

Abstract

Viskositet regnes som en av de viktigste fysiske egenskapene for beregninger knyttet til væskestrøm i olje- og gassindustrien. Denne væskeegenskapen kan bestemmes gjennom eksperimentelle målinger eller estimeres ved bruk av empiriske modeller. Det er imidlertid upraktisk å måle viskositeten til alle væsker under alle mulige temperaturer, trykk og sammensetninger, på grunn av de høye kostnadene og tiden som er involvert. Derfor er en passende modell for presis estimering av viskositetsverdier avgjørende for å oppnå det beste produksjons- og transportdesignet for hydrokarbonvæsker.

Denne oppgaven er en videreføring av et arbeid fra prosjektet TPG4560. TPG4560-prosjektet er, etter forespørsel fra forfatterens rådgiver, tatt med i sin helhet, uendret, som vedlegg, og selve prosjektet skal ikke tas med i vurderingen av denne oppgaven, men gi bakgrunn for tidligere arbeid utført med samme tema.

Hovedmålet med denne oppgaven er å foreslå en metode for å utvide den eksisterende Lohrenz-Bray-Clark (LBC) modellen til lavere temperaturer. LBC-modellen er (a) gyldig ved en spesifikk (reservoar) temperatur, og (b) basert på (bundet til) en eksisterende ligning av aggregattilstand (EOS). Kombinasjonen av EOS-LBC modellene blir referert til som "EOS-LBC (0)". Mens EOS-modellen kan brukes på tvers av alle temperaturer, er LBC-modellen, inkludert de kritiske volumene av C7+ fraksjoner, kun gyldig ved reservoartemperaturen.

Den nye metoden som brukes i denne oppgaven er referert til som "EOS-LBC (1)" og den skaper et sett med kritiske volumer for hver C7+-komponent i EOS-modellen som er spesifikk for en satt lavere og høyere temperatur borte fra reservoartemperaturene. Metoden sikrer kontinuitet ved reservoartemperaturen og gir eksakte viskositetsforutsigelser til den originale EOS-LBC (0) modellen ved reservoartemperatur. Metoden som brukes for å ekstrapolere viskositetsforutsigelser ved lavere og høyere temperaturer er gitt av Standing, og gir nøyaktige kinematiske væskefaseviskositeter av hydrokarbonblandinger ved 1 atm og variabel temperatur. Standing-korrelasjonen bruker Watson-karakteriseringen Kw og temperatur som variabler. Standing sin dynamiske viskositet er funnet ved å multiplisere den kinematiske viskositeten med tettheten ved 1 atm og valgt temperatur. I denne oppgaven ble tettheten til en gitt C7+ fraksjon beregnet av EOS-modellen ved 1 atm og ønsket temperatur.

Viscosity is considered one of the most important physical properties for calculations related to fluid flow in the oil and gas industry. This fluid property can be determined through experimental measurements or estimated using empirical models. However, it is impractical to measure the viscosity of all fluids under all possible temperatures, pressures, and compositions due to the high costs and time involved. Therefore, an appropriate model for well-estimating viscosity values is crucial to achieving the best production and transport design for hydrocarbon fluids.

This thesis is a continuous work from the project TPG4560. The TPG4560 project has, upon the request of the author’s adviser, been included in its entirety, unchanged, as an appendix, and the project itself is not to be considered in the evaluation of this thesis but to provide background for previous work on the same topic.

The primary goal of this thesis is to propose a method for extending the existing Lohrenz-Bray-Clark (LBC) model to lower and higher temperatures. The LBC model is (a) valid at a specific (reservoir) temperature, and (b) based on (tied to) an existing Equation of States (EOS). The combination of the EOS and LBC models is called "EOS-LBC (0)". While the EOS model is applicable across all temperatures, the LBC model, including the critical volumes of C7+ fractions, is only valid at the reservoir temperature.

The new method used in this thesis is called "EOS-LBC (1)" and it creates a set of critical volumes for each C7+ component in the EOS model, which is specific for a set lower and higher temperature away from the reservoir temperatures. The method ensures continuity at the reservoir temperature and provides exact viscosity predictions to the original EOS-LBC (0) model at reservoir temperature.

The method used to extrapolate viscosity predictions at lower and higher temperatures is given by Standing, providing accurate liquid-phase kinematic viscosities of hydrocarbon mixtures at 1 atm and variable temperature. The Standing correlation uses the Watson characterization Kw and temperature as variables. The Standing dynamic viscosity is found by multiplying the kinematic viscosity by the density at 1 atm and the temperature of interest. In this thesis, density of a given C7+ fraction was calculated by the EOS model at 1 atm and desired temperature.