Instituto Tecnolgico de la ChontalpaAsignatura:Productividad de pozosDiagrama de faces, clasificacin de los yacimientos y diagrama de faces (presin burbuja y rosio)

Docente: I.P Juan Carlos Guzmn Olan

Carrera:Ing. Petrolera

DIAGRAMA DE FASE

La lnea de puntos muestra el comportamiento anmalo delagua. La lnea verde marca elpunto de congelaciny la lnea azul, elpunto de ebullicin. Se muestra cmo varan con lapresin.Entermodinmicayciencia de materialesse denominadiagrama de faseodiagrama de estados de la materia, a la representacin entre diferentesestados de la materia, en funcin de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregacin diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.Los diagramas de equilibrio pueden tener diferentes concentraciones de materiales que forma una aleacin a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material est en fase lquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales estn en estado slido.DIFERENTES DIAGRAMAS DE EQUILIBRIOLos diagramas de equilibrio ms sencillos son los depresin-temperaturade una sustancia pura, como puede ser el delagua. En el eje de ordenadas se coloca la presin y en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presin y temperatura dadas, el cuerpo presenta una nica fase excepto en las siguientes zonas:Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados slido, lquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto inters, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termmetros.

Dos metales (A, B) a temperaturas superiores a sus respectivos puntos de fusin (TA, TB) se encuentran en estado lquido pudindose disolver y conformar as una fase nica lquida. Esto quiere decir que no podemos establecer diferencias de comportamiento u observacin entre las distintas partes del lquido y que los metales en las proporciones mezcladas tienen la propiedad de miscibilidad. Si la mezcla lquida, XA + XB, la sometemos a un proceso de solidificacin, mediante enfriamiento, llegamos a obtener el producto que se denomina aleacin de los metales A y B.Es conocido que las aleaciones mejoran las caractersticas de los metales puros. Realmente debera decirse que introducen variables que diferencian el comportamiento de los metales puros que las componen, porque en algunas circunstancias pueden perjudicar sus propiedades. Obviamente, conformar una aleacin es uno de los medios ms primitivos que la ingeniera ha dispuesto para actuar sobre las propiedades de los metales puros, incluso histricamente la aleacin es predecesora como lo justifica el bronce,Edad del bronceEn ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de fase binarios, mientras que en termodinmica se emplean sobre todo los diagramas de fase de una sustancia pura.DIAGRAMA DE FASE DE UNA SUSTANCIA PURAExisten diferentes diagramas segn los materiales sean totalmente solubles en estado slido y lquido o sean miscibles a que sean insolubles. Tambin pueden darse casos particulares. Uno de los diagramas de equilibrio ms clsico es el de los aceros que tiene particularidades y donde afecta claramente la concentracin y las diferentes cristalizaciones que puede darse en el hierro estando en estado slido y a diferentes temperaturas.Los pares (presin, temperatura) que corresponden a una transicin de fase entre:Dos fases slidas: Cambio alotrpico;Entre una fase slida y una fase lquida: fusin - solidificacin;Entre una fase slida y una fase vapor (gas): sublimacin - deposicin (o sublimacin inversa);Entre una fase lquida y una fase vapor: vaporizacin - condensacin (o licuefaccin).Es importante sealar que la curva que separa las fases vapor-lquido se detiene en un punto llamadopunto crtico(La densidad del lquido y vapor son iguales).

Ms all de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrtico que tiene propiedades tanto de los lquidos como de los gases.Modificando la presin y temperatura en valores alrededor del punto crtico se producen reacciones que pueden tener inters industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener caf descafeinado.Es preciso anotar que, en el diagrama P-T del agua, la lnea que separa los estados lquido y slido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto quiere decir que aumentando la presin el hielo se funde, y tambin que la fase slida tiene menor densidad que la fase lquida.DIAGRAMA DE FASE BINARIOCuando aparecen varias sustancias, la representacin de los cambios de fase puede ser ms compleja. Un caso particular, el ms sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentracin, normalmente en masa.Hay punto y lneas en estos diagramas importantes para su caracterizacin:Slido puro o disolucin slidaMezcla de disoluciones slidas (eutctica, eutectoide, peritctica, peritectoide)Mezcla slido - lquidonicamente lquido, ya sea mezcla de lquidos inmiscibles (emulsin)o un lquido completamente homogneo.Mezcla lquido - gasGas (lo consideraremos siempre homogneo, trabajando con pocas variaciones da altitud).En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:Lnea deliquidus, por encima de la cual solo existen fases lquidas.Lnea desolidus, por debajo de la cual solo existen fases slidas.Lneaeutcticayeutectoide. Son lneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutcticas y eutectoides, respectivamente.Lnea desolvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolucin slida () de A y B deja de ser soluble para transformarse en dos disoluciones slidas () + () de distinta composicin en A y B.

SUSTANCIA PURALas diagramas de fase ms sencillos son los de presin - temperatura de una sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la presin y en el de abcisas la temperatura. Generalmente, para una presin y temperatura dadas, el cuerpo presenta una nica fase excepto en las siguientes zonas: Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados slido, lquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto inters, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termmetros. Los pares (presin, temperatura)que corresponden a una transicin de fase entre:Dos fases slidas: Cambio alotrpico; o entre una fase slida y una fase lquida: fusin - solidificacin; entre una fase slida y una fase vapor (gas): sublimacin - deposicin (sublimacin inversa); entre una fase lquida y una fase vapor: vaporizacin - condensacin (licuefaccin);Es importante sealar que la curva que separa las fases vapor-lquido se detiene en un punto llamado punto crtico. Ms all de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrtico que tiene propiedades tanto de los lquidos como de los gases. Modificando la presin y temperatura en valores alrededor del punto crtico se producen reacciones que pueden tener inters industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener caf descafeinado. Es preciso anotar que, en el diagrama PV del agua, la lnea que separa los estados lquido y slido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto quiere decir que aumentando la presin el hielo se funde, y tambin que la fase slida tiene menor densidad que la fase lquida.DIAGRAMA DE FASE BINARIOCuando aparecen varias sustancias, la representacin de los cambios de fase puede ser ms compleja. Un caso particular, el ms sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentracin, normalmente en masa. En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:Slido puro o solucin slidaMezcla de soluciones slidas (eutctica, eutectoide, peritctica, peritectoide)Mezcla slido - lquidonicamente lquido, ya sea mezcla de lquidos inmiscibles (emulsin), ya sea un lquido completamente homogneo.Mezcla lquido - gasGas (lo consideraremos siempre homogneo, trabajando con pocas variaciones da altitud).Hay punto y lneas en estos diagramas importantes para su caracterizacin:*Lnea de lquidus, por encima de la cual solo existen fases lquidas. *Lnea de slidus, por debajo de la cual solo existen fases slidas. *Lnea eutctica y eutectoide. Son lneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutcticas y eutectoides, respectivamente. *Lnea de solvus, indica las temperaturas para las cuales una solucin slida ()de A y B deja de ser soluble para transformarse en ()+ sustancia pura (A B). *Concentraciones definidas, en las que ocurren transformaciones a temperatura constante:EutcticaEutectoidePeritcticaPerictectoideMonotcticaSintctica

CLASIFICACIN DE LOS YACIMIENTOS SEGN SU DIAGRAMA DE FLUJOTransiciones de faseTransiciones estructurales de faseNo es infrecuente que los cristales se transformen cambiando de una estructura cristalina a otra cuando se hace variar la presin o la temperatura. La estructura A estable en el cero absoluto, tiene generalemente la energa interna accesible ms baja entre todas las estructuras posibles. Incluso puede variarse esta estructura A con aplicacin de presin, puesto que un volumen atmico bajo, favorecer las estructuras con empaquetamiento ms compacto o incluso a las estructuras metlicas. El hidrgeno y el xenn, por ejemplo, se convierten en metlicos a presiones extremas. Alguna otra estructura B puede tener un espectro de frecuencia de fonones inferior o ms blando que A. Cuando se aumenta la temperatura, los fonones en B se vern ms excitados (poblaciones u ocupaciones trmicas ms altas) que los fonones en A. Como la entropa aumenta con el grado de ocupacin, la entropa de B se har ms alta que le entropa de A al ir aumentando la temperatura. Por consiguiente, es posible que la estructura estable se transforme y pase a ser la B en lugar de la A al aumentar la temperatura. La estructura estable a una temperatura T se determina mediante el mnimo de la energa libre F=U-TS. Existir una transicin de A a B si se encuentra una temperatura TC (por debajo del punto de fusin) tal que FA(TC)=FB(TC). A veces resulta que hay varias estructuras que tienen casi la misma energaInterna en el cero absoluto. Las relaciones de dispersin de fonones pueden ser, sin embargo, bastante diferentes para dichas estructuras. Las energas de los fonones son sensibles al nmero y disposicin de los tomos vecinos o prximos; stas son las magnitudes que cambian cuando se altera la estructura. Algunas transiciones de fase estructurales tienen slo efectos pequeos sobre las propiedades fsicas macroscpicas del material. Sin embargo, si la transicin se ve influida por tensin aplicada, el cristal puede fluir mecnicamente muy fcilmente cerca de la temperatura de transicin, porque las proporciones relativas de las dos fases se cambiarn con la tensin.

TEORA DE LANDAU DE LA TRANSICIN DE FASEUn ferroelctrico con una transicin de fase de primer orden entre el estado ferroelctrico y el paraelctrico se distingue por un cambio discontinuo en la polarizacin de saturacin a la temperatura de transicin. La transicin entre los estados normal y superconductor es de segundo orden, al igual que sucede en las transiciones entre los estados paramagntico y ferromagntico. En estas transiciones tiende a cero el grado de orden sin un cambio discontinuo cuando la temperatura crece. Podemos obtener una teora formal termodinmica consistente del comportamiento de un cristal ferromagntico considerando la forma del desarrollo de la energa en funcin de la polarizacin P. Si admitimos que podemos desarrollar la energa libre de Landau de la siguiente forma: F(P;T,E)=-EP+g0+1/2g2P2+1/4g4P4+ donde los coeficientes gn dependen de la temperatura, entonces el valor de P en el equilibrio trmico viene dado por el mnimo de F como una funcin de P; el valor de F a este mnimo define la energa libre de Helmholtz F(T,E). La polarizacin de equilibrio en un campo elctrico E satisface: F/P=0=-E+g2P+g4P3+g6P5+TRANSICIN DE PRIMER ORDENLa transicin es de primer orden cuando g4 es negativa. Conservando ahora g6 y dejndolo positivo, evitamos que F se haga menos infinito y la condicin de equilibrio para E=0 viene dada por: (T-T0)PS-|g4|PS3+g6PS5=0 El valor de F para PS=0 ser igual al valor de F en el mnimo dado por: (T-T0)-|g4|PS2+g6PS4=0 En las figuras siguientes vemos los contrastes de las variaciones de una transformacin de fase de segundo orden frente a una de primer orden.Vemos cmo vara la energa libre de Landau en funcin del cuadrado de la polarizacin en una transicin de primer orden. En la temperatura crtica, la funcin de Landau presenta un mnimo para P=0 y para un valor finito de P. Temperaturas menores a la crtica, el mnimo est en valores mayores de P. Cuando T pasa por la crtica, existe un cambio discontinuo en la posicin del mnimo absoluto.TRANSICIN DE SEGUNDO ORDENPara el estado ferromagntico debemos suponer que el coeficiente del trmino en P2 pasa por cero a alguna temperatura T0: g2=(T-T0) donde es una constante positiva. Por otro lado, si g4 es positivo, el trmino g6 puede despreciarse, quedndonos para un campo elctrico aplicado cero: (T-T0)PS+g4PS3=0 As, T0 es la temperatura de Curie. La transicin de fase es de segundo orden porque la polarizacin cae continuamente a cero a la temperatura de transicin.

Vemos cmo vara la polarizacin espontnea con la temperatura para una transicin de segundo orden.Transiciones SPIN-FLOPSi tomamos medidas de imanacin en funcin del campo utilizando el mtodo de campo magntico pulsado, para valores de temperatura comprendidas entre 2 K y 150 K, los resultados obtenidos pueden observarse en la siguiente grfica. Como puede verse, existen pequeos efectos de histresis ligados a la naturaleza policristalina de la muestra: un policristal est constituido por muchos cristalitos con sus ejes fciles orientados en todas las direcciones y es posible que la pequea histresis observada se deba a que la orientacin de los ejes fciles de algunos cristalitos cambia durante la medida.Curvas isotermas M vs. B obtenidas para el MnGa2Se4 con el mtodo de campo magntico pulsado. Los valores mostrados indican las temperaturas de medicin en K.Como puede observarse en la grfica, la histresis es ms evidente en las isotermas con temperaturas cercanas a la temperatura de Neel (TN8 K). Este efecto parece ser el esperado cuando est por ocurrir la transicin de spin-flop. Si la transicin AF ocurre a 8,2 K, es de esperar que la transicin SF aparezca por debajo de esta temperatura. La transicin de SF es una transicin de primer orden, la cual tiene lugar cuando el campo magntico B, aplicado inicialmente en forma paralela al eje fcil de imanacin, alcanza un valor crtico B=Bf para el cual se produce una transicin a un estado en el que los espines estn dispuestos perpendicularmente al campo. Esto es debido a la diferencia entre las susceptibilidades de un material antiferromagntico (MAF) cuando el campo se aplica paralelamente al eje fcil y cuando se aplica perpendicularmente al mismo. La energa total del MAF cuando los espines estn perpendicularmente al campo es ms baja que en el caso de la configuracin paralela. Por lo tanto los espines siempre preferirn alinearse perpendicularmente al campo. La siguiente grfica muestra la regin de transicin AF!SF para el MnGa2Se4 medida a 2 K con el campo en subida. Despus de la transicin, para campos B>Bf , los espines se encuentran aproximadamente en forma perpendicular al campo. En la regin SF la imanacin vara aproximadamente en forma lineal con el campo segn la relacin M= perp B, en donde es la susceptibilidad magntica medida con el campo perpendicular al eje fcil. Un aumento de B provoca que las imanaciones cada vez ms en la direccin del campo, hasta que ste alcanza un valor suficientemente alto, B=BS, para el cual se producir una transici n desde la fase SF hasta una fase ferro-forzado (FF).

Esta transicin constituye una transicin de segundo orden en la que el ngulo entre los vectores de imanacin es cero. Dada la presencia de histresis, el valor del campo crtico B=Bfu para la transicin AF!SF (campo en subida) es diferente del valor de B=Bfd para la transicin SF!AF (campo en bajada). Medidas de susceptibilidad magntica en funcin de la temperatura y de la imanacin en funcin del campo aplicado, permitieron determinar las transiciones de fase magnticas para el compuesto MnGa2Se4. Para T=TN=8,2 K se produce la transicin de fase AF!P para B=5x10-3 Tesla. Este valor de TN debe estar muy prximo al valor de la temperatura de Nel del material a campo cero (B=0). Para T90%, en este tipo de yacimientos no se observa condensacin retrograda debido a que siempre nos mantenemos fuera de la curva de roco.DIAGRAMA DE FASES PARA YACIMIENTO DE GAS HMEDO

Los yacimientos de gas Hmedo tienen una temperatura mayor a la temperatura de Punto Cridondentrmico, con la reduccin de la presin en el yacimiento podemos atravesar la curva de roco y obtendremos liquido de muy alta gravedad API en nuestro yacimiento, tambin en superficie obtendremos una mezcla de hidrocarburos lquidos y gaseosos, los compuestos que forman estas mezclan tienen un mayor componentes intermedios que los yacimientos de gas seco, el lquido producido en estos yacimientos generalmente es incoloro , con una gravedad API mayor a 60.

DIAGRAMA DE FASES PARA LOS YACIMIENTOS DE GAS CONDENSADO

La temperatura en la que se encuentra el yacimiento est entre la temperatura Crtica y la temperatura Cridondentrmica, en condiciones inciales del yacimiento podemos encontrar el hidrocarburo en fase gaseosa, al disminuir la presin y atravesar la curva de roco por condensacin del gas encontramos lquido en nuestra produccin y tambin en el yacimiento. El lquido producido tiende a ser incoloro, amarrillo y se ha reportado en algunos casos negro, con una gravedad API entre 40 y 60.El comportamiento de estos yacimiento es particular debido q cuando bajamos la presin isotrmicamente y al estar por debajo del punto de roco produciremos lquido y gas en cierta proporcin inicial, al continuar disminuyendo la presin la proporcin de liquido aumentara con respecto a la de gas encontrada originalmente, pero, se llegar a una condicin de presin en el yacimiento en la cual la saturacin de lquido ser mxima y desde ese punto en adelante comenzar a disminuir el lquido producido.

YACIMIENTOS DE PETRLEODIAGRAMA DE FASES PARA LOS YACIMIENTO DE PETRLEO DE VOLTIL.

Los yacimientos de petrleo voltil o cuasiCrtico se encuentran a una temperatura ligeramente menor a la temperatura del punto crtico, la mezcla de hidrocarburos en el estado inicial se encuentra cerca del punto crtico, con una pequea disminucin de presin podemos atravesar la curva de burbuja y comenzar a liberar el gas que se encuentra disuelto en petrleo, este tipo de yacimientos al disminuir poco la presin generam excesiva liberacin de gas, lo que causa un agotamiento acelerado del crudo, el crudo producido posee una gravedad API mayor a 40 con un color amarillo oscuro a negro.

DIAGRAMA DE FASES PARA LOS YACIMIENTOS DE PETRLEO NEGRO

Estos yacimientos presentan una temperatura mucho menor a la temperatura crtica, tienen un mayor contenido de compuestos pesados (C7+) mayor al 40%, generalmente se debe disminuir mucho la presin para encontrar una produccin de gas considerable en este tipo de yacimientos, el crudo producido tiene un color de verde oscuro a negro con una gravedad inferior al 40%.

Una vez definidos los diagramas de fases de los yacimientos existes ciertos parmetros que relacionan el volumen de hidrocarburos en el yacimiento y superficie a una determina presin y temperatura. Estos parmetros de volumen presin y temperatura (PVT) son:1.-Factor volumtrico de formacin del petrleo (o).2.-Factor volumtrico de formacin del gas (g).3.-Factor volumtrico de formacin total (t).4.-Relacion gas-petrleo en solucin (Rs).5.- Relacin gas-petrleo en produccin (Rp).

DIAGRAMA DE FACES (PRESIN BURBUJA Y ROCIO)Los puntos de roco se refieren a la temperatura y presin a la cual un sistema condensa. Cuando, por ejemplo, en una habitacin se comienzan a empaar los vidrios ocurre que se ha llegado al punto de saturacin de la humedad del local y al descenso de la temperatura esa humedad precipita, condensndose sobre las superficies. El roco matutino sobre las hojas de las plantas es un ejemplo similar. Los puntos de burbuja, temperatura y presin por su parte, se refieren a las condiciones en las cuales en un sistema se inicia la ebullicin. En el simple hecho de calentar agua, al momento en que se ve la primera burbuja de vapor de agua formarse, se ha llegado a las condiciones de burbuja. Se pueden evaluar las condiciones de roco y de burbuja utilizando ecuaciones matemticas que correlacionan las propiedades del sistema: temperatura, presin y composiciones (las concentraciones de las sustancias presentes tanto en la fase lquida como en la correspondiente fase vapor). Existen mezclas de sustancias que forman soluciones ideales: cuando las sustancias van cambiando de fase en forma regular, gradual y proporcionalmente a su concentracin en la fase lquida. Para el clculo de las concentraciones en equilibrio de este tipo de mezclas se suele utilizar la Ecuacin de Raoult Ideal que relaciona las propiedades del sistema en 1.Esta ecuacin es de muy fcil aplicacin cuando se busca determinar la presin, ya sea de burbuja o de roco, conociendo la temperatura del sistema. Sin embargo, cuando la incgnita es la temperatura del sistema en equilibrio para una presin dada, se debe proceder a estimar esa temperatura por un mtodo iterativo hasta lograr convergencia. En soluciones ideales la convergencia se obtiene generalmente en no ms de 4 iteraciones. El MathCAD es un software de programacin muy til y verstil que permite realizar ese clculo en forma inmediata.

La Presin de Vapor, se define como la tendencia de una sustancia en fase lquida a volatilizarse y es funcin de la temperatura Pvapi = f(T). A mayor temperatura, mayor presin de vapor y mayor tendencia de la sustancia a volatilizarse, ya que logra vencer ms fcilmente la presin opuesta total del sistema. Cuando la presin de vapor de la sustancia iguala a la presin total del sistema, la sustancia comienza a hervir, es decir, su velocidad de volatilizacin se hace mxima.

Ricardo hernndez martnez