title: Πειραματικός προσδιορισμός πυκνοτήτων και συντελεστή ισοθερμοκρασιακής συμπιεστότητας φάσεων μειγμάτων υδρογονανθράκων με διοξείδιο του άνθρακα, σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες
Creators: name: Μιχαηλιδη Μελινα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2015

description: Τις τελευταίες δεκαετίες η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας αυξάνεται διαρκώς. Μια από τις βασικότερες πηγές ενέργειας, αν και μη ανανεώσιμη, είναι το πετρέλαιο. Η συνεχής αύξηση της ζήτησής του, έχει ως συνέπεια τη διαρκή μείωση των μη ανεξάντλητων αποθεμάτων του. Με το πέρας της ολοκλήρωσης των συμβατικών μεθόδων παραγωγής πετρελαίου, μεγάλη ποσότητα πετρελαίου (της τάξης 60-70% αυτού που υπήρχε στον ταμιευτήρα κατά την ανακάλυψή του) παραμένει εγκλωβισμένη. Προκειμένου να παραταθεί η διάρκεια ζωής του ταμιευτήρα, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μεθόδους οι οποίες ανήκουν στην τριτογενή παραγωγή ή επαυξημένη απόληψη πετρελαίου. Μια από τις μεθόδους επαυξημένης απόληψης είναι και η εκτόπιση του ρευστού του ταμιευτήρα με εισπίεση διοξειδίου του άνθρακα (ή και εμπλουτισμένου φυσικού αερίου) υπό συνθήκες ανάμειξης (CO2-EOR). Οι μέθοδοι αυτές, είναι πιο δαπανηρές από τις συμβατικές, με αποτέλεσμα να καθίσταται αναγκαία η κατά το δυνατόν πρόβλεψη του οικονομικού αποτελέσματος που θα αποφέρουν.
Η πρόβλεψη αυτή γίνεται μέσω καταστατικών εξισώσεων (Equations of State – EoS) οι οποίες περιγράφουν την ογκομετρική συμπεριφορά των φάσεων των ρευστών του ταμιευτήρα. Οι συγκεκριμένες εξισώσεις περιέχουν έναν αριθμό παραμέτρων οι οποίες ρυθμίζονται προκειμένου οι τιμές που προβλέπει η εξίσωση για συγκεκριμένες ιδιότητες των συστατικών να πλησιάζουν όσο το δυνατόν περισσότερο τις τιμές που έχουν προσδιοριστεί εργαστηριακά. Το πλέον αδύνατο σημείο στις προβλέψεις των καταστατικών αυτών εξισώσεων, είναι η ακρίβεια στην εκτίμηση των πυκνοτήτων των υγρών φάσεων των υδρογονανθράκων ιδιαίτερα αν περιέχεται και διοξείδιο του άνθρακα στο μείγμα. Η βιβλιογραφία είναι περιορισμένη όσον αφορά πειραματικές μετρήσεις συνθετικών μειγμάτων συστατικών μεταξύ των οποίων είναι και το διοξείδιο του άνθρακα. 
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να εμπλουτιστεί η βιβλιογραφία με πειραματικές μετρήσεις πυκνοτήτων των φάσεων μειγμάτων υδρογονανθράκων με διοξείδιο του άνθρακα και να καταστούν διαθέσιμες αξιόπιστες μετρήσεις για την καλύτερη ρύθμιση των παραμέτρων των καταστατικών εξισώσεων που θα έχει ως αποτέλεσμα την ακριβέστερη πρόβλεψη πυκνοτήτων. Συγκεκριμένα, μετρήθηκαν πειραματικά, σε μεγάλο εύρος πιέσεων και θερμοκρασιών, οι πυκνότητες μείγματος πεντανίου, μεθανίου και διοξειδίου του άνθρακα. Στη συνέχεια, μέσω των τιμών των πυκνοτήτων υπολογίστηκε η ισοθερμοκρασιακή συμπιεστότητα του μείγματος στη μονοφασική περιοχή. Για τον πειραματικό προσδιορισμό των πυκνοτήτων, κατασκευάστηκε διάταξη η οποία επιτρέπει την ξεχωριστή μέτρηση πυκνοτήτων υγρής αλλά και αέριας φάσης χρησιμοποιώντας πυκνόμετρο δονούμενου σωλήνα ακρίβειας 1*10 εις την -5 g/cc (σε ιδανικές συνθήκες). Εν συνεχεία, πραγματοποιήθηκε βαθμονόμηση του πυκνομέτρου χρησιμοποιώντας καθαρά συστατικά των οποίων οι πυκνότητες σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες έχουν προσδιοριστεί πειραματικά από άλλους ερευνητές και υπολογίστηκε η επαναληψιμότητα των μετρήσεων.
Για την ολοκλήρωση της βαθμονόμησης ήταν απαραίτητη η εύρεση μιας εξίσωσης η οποία να μετατρέπει με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια τη μετρούμενη περίοδο ταλάντωσης του σωλήνα του πυκνομέτρου, σε πυκνότητα. Έπειτα από δοκιμές, προέκυψε ότι η χρήση μιας εξίσωσης με σταθερούς συντελεστές για όλο το εύρος πυκνοτήτων από 0 έως 1 g/cc δεν μπορεί να δώσει ακριβή αποτελέσματα, οπότε αναπτύχθηκαν δύο εξισώσεις: η μια για πυκνότητες ρευστού μεγαλύτερες από 0,6g/cc (εξίσωση TUC-L) και η άλλη για πυκνότητες μικρότερες από 0,6g/cc (εξίσωση TUC-G ). Με βάση αυτές τις εξισώσεις, προσδιορίστηκαν οι πυκνότητες της κάθε φάσης του μείγματος σε κάθε συνδυασμό συνθηκών πίεσης και θερμοκρασίας και συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα που προέκυψαν για τις αντίστοιχες συνθήκες μέσω καταστατικών εξισώσεων – και συγκεκριμένα της καταστατικής των Peng-Robinson – του προγράμματος προσομοίωσης WinProp της CMG (Computer Modelling Group). 
Σε υψηλές πιέσεις, παρατηρήθηκε καλή συμφωνία μεταξύ πειραματικών και προβλεπόμενων τιμών πυκνότητας της υγρής φάσης. Αντίθετα, σε χαμηλές πιέσεις οι πυκνότητες οι υπολογιζόμενες από την καταστατική εξίσωση των Peng-Robinson, βρέθηκαν μικρότερες των μετρηθεισών έως και 0,1 g/cc. Στην αέρια φάση, οι πειραματικές από τις προβλεπόμενες τιμές διαφέρουν κατά μέσο όρο 0,03 g/cc ενώ η μέγιστη απόκλιση δεν ξεπερνά τα 0,05 g/cc.