TEMA 5 - Propiedades de Fluidos de Yacimientos

8/10/2019 TEMA 5 - Propiedades de Fluidos de Yacimientos

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TEMA # 5PROPIEDADES DE FLUIDOS

DE YACIMIENTO

Docente: Ing. Berny J. Mndez C.Ingeniero de Petrleos

FACULTAD DE INGENIERIA-ESCUELA DE PETROLEOS


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TEMA # 5

PROFESOR: ING. BERNY J. MNDEZ C. INGENIERA DE YACIMIENTOS I

De manera general los fluidos estn clasificados como gases ylquidos. Un fluido puede existir como gas, lquido, dependiendo dela presin y temperatura a la cual el fluido est sometido.

Vapor es cualquier sustancia que existe en estado gaseoso durante

condiciones normales o estndar. En cuanto a hidrocarburo serefiere es conveniente pensar que gas y vapor son sinnimos.

Un sistema de hidrocarburos puede ser homogneo aquel que tiene

las mismas propiedades qumicas y fsicas a lo largo de su extensin,o un sistema heterogneo es todo lo contrario, es decir, nomantiene las mismas propiedades qumicas y fsicas, y adems estcompuesto por partes, o por fases, diferencindose entre ellas porsus propiedades.


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TEMA # 5


PROPIEDADES DEL GAS NATURAL

Un gas natural es una mezcla homognea, de baja viscosidad ydensidad compuesta de hidrocarburos gaseosos y no gaseosos yformado por los compuestos ms voltiles de la serie parafnica de

hidrocarburos, desde metano (C1 CH4) hasta el heptano ycomponentes ms pesados (C7+ C7H16

+), adems hay gases nohidrocarburos (impurezas) que forman parte del gas natural estosincluyen dixido de carbono (CO2), sulfuro de hidrgeno (H2S),nitrgeno (N2), helio (He), el vapor de agua y otros.

En yacimientos petrolferos el gas se encuentra asociado y lacantidad del mismo va a depender de la composicin del crudomayor mientras ms liviano y menor cuando sean ms pesados.


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El comportamiento de un gas ideal se describe segn los postuladosde la teora cintica:

Los gases estn compuestos de molculas en movimiento

aleatorio las cuales sufren colisiones aleatorias entre ellas y lasparedes del recipiente que las contiene.

El volumen de las molculas es despreciable comparado con elvolumen de un gas.

Las colisiones entre las molculas del gas y las paredes delrecipiente son instantneas y elsticas. No existen fuerzas atractivas ni repulsivas entre las molculas.


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Donde: P = presin absoluta en (Lpca); V = volumen en (Pie3); n =nmero de moles del gas en (lb-mol); R = constante universal de losgases 10,73 en (Lpca*Pie3/ lb-mol*R) y T = temperatura absolutaen (R).

El nmero de moles de un gas matemticamente se define como:

Donde: m = peso del gas en (lb) y

M = peso molecular del gas en (lb/lb-mol).

Sustituyendo entonces se tiene:


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La ecuacin anterior se puede reescribir para determinar ladensidad de un gas a condiciones de P y T de la siguiente manera:

Donde: g= densidad del gas en (lb/Pie3

)

La Ley de Gases Ideales o Ecuacin de Estado no tiene en cuenta elvolumen ocupado por las molculas ni las fuerzas de atraccin orepulsin entre ellas, por eso esta Ley slo es aplicable a bajaspresiones (< 50 Lpca) y a temperaturas moderadas.

g=

m

v =

pM

RT


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Presin: Es la fuerza por unidad de rea ejercida por lasmolculas alrededor de los materiales

Temperatura: Es una medida de la energa cintica de lasmolculas

Fase: Es cualquier parte homognea de un sistema que

fsicamente distinta a las otras partes. Componente: La cantidad de elementos independientes que

constituyen un sistema. Por ejemplo el gas natural, puedeconsistir de metano, etano, o cualquier otra combinacin

qumica, y cada uno de ellos son componentes. Propiedades Intensivas: Son aquellas propiedades

independientes de la cantidad de materiales bajo consideracin. Propiedades Extensivas: Son aquellas propiedades directamente

proporcionales a la cantidad de materiales bajo consideracin.


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Punto Crtico de un sistema de una sola fase: El ms alto valorde presin y de temperatura a la cual dos fases de un fluidopueden coexistir.

Punto Crtico de un sistema multifsico: Es el valor de presin y

temperatura donde las propiedades intensivas del gas y dellquido son continuas e idnticas.

Temperatura Crtica: Temperatura en el punto crtico. Presin Crtica: Presin en el punto crtico. Presin de Saturacin: Presin a la cual el petrleo ha admitido

todo el gas posible en solucin.


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Ejemplo. Tres libras de n-butano estn contenidos en un recipientebajo las siguientes condiciones :

T = 120 FP = 60 Lpca.

Calcular el volumen de gas suponiendo que su comportamiento esideal; adems calcule la densidad del n-butano.


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Dado que el gas natural existe en todos los yacimientos de

hidrocarburos, es muy importante conocer sus propiedades fsicas yqumicas, las cuales estn relacionadas con las variables msimportantes de los yacimientos: la presin, el volumen y latemperatura:

Peso molecular aparente (Ma): es el peso molecular de la mezclade componentes puros que conforman al gas naturalmatemticamente se define por la siguiente ecuacin:

Donde: Yi= fraccin molar del componente i en lamezcla (fraccin)

Mi= Peso molecular del componente i en lamezcla (lb/lb-mol)


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Volumen en condiciones normales: es el volumen ocupado por una1 lb-mol de gas a una presin y temperatura de referencia, estascondiciones normalmente son 14,7 Lpca y 60 F (condicionesestndar).

Donde: Vsc= volumen en condiciones normales en (PNC/lb-mol)

Tsc= temperatura en condiciones normales en (R)Psc= presin en condiciones normales en (Lpca)


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Densidad (g): la densidad de una mezcla de gas se calcula

sustituyendo el peso molecular del componente puro en laEcuacin de Estado por el peso molecular aparente (Ma) de lamezcla.

Donde: g= densidad de la mezcla gaseosa en (lb/Pie3)

Ma= peso molecular aparente de la mezcla en (lb/lb-mol)

Volumen especfico (v): se define como el volumen ocupado porunidad de masa de gas.

Donde: v = volumen especfico en (Pie3/lb)g= densidad del gas en (lb/Pie

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Gravedad especfica (g): se define como la relacin entre ladensidad del gas y la del aire (ambas medidas a las mismascondiciones de P y T, normalmente estndar), estos es:

Donde: g= gravedad especfica

En los anlisis cromatogrficos, los elementos ms pesados queaparecen en pequeas proporciones en el gas natural se reportancomo C7

+.


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Ejemplo. Un yacimiento de gas est produciendo a una tasa de 1,1MMPCN/da con una gravedad especfica de 0,65. la presinpromedio del yacimiento y la temperatura son: 1500 Lpca y 150 F,respectivamente. Estimar:

a) El peso molecular aparente del gasb) La densidad del gas en condiciones de yacimientos

c) Tasa de flujo en lb/da


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Ejemplo. Un pozo de gas est produciendo gas natural con lasiguiente composicin:

Suponiendo comportamiento ideal del gas, calcular:

a) Peso molecular aparente

b) Gravedad especficac) Densidad del gas a 2000 Lpca y 150 Fd) Volumen especfico a 2000 Lpca y 150 F


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Factor de Compresibilidad (Z): Es un factor de correccin de la

ecuacin de gases ideales para que reproduzca las condiciones quese observan en un gas a altas presiones y temperaturas, es decir acondiciones no ideales. Viene dada por la siguiente expresin:

Determinacin del factor de Compresibilidad (Z): los estudios sobrefactores de compresibilidad han mostrado que puedengeneralizarse con bastante aproximacin cuando se expresan enfuncin de dos propiedades adimensionales:

Donde: Psr= presin seudorreducida y Tsr= temperaturaseudorreducidaPsc; Tsc= presin y temperatura seudocrticas


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Donde: Pciy Tci= presin y temperatura crtica absolutasdel componente i de la mezcla.

Mtodo grfico de Standing y Katz: estos autores presentaron unacorrelacin generalizada para determinar (Z) a travs del uso de la

siguiente figura en funcin de Psry Tsr:


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Ejemplo. Un yacimiento contiene gas con las siguiente composicin:

La presin inicial y la temperatura del yacimiento son 3000 Lpca y

180 F, respectivamente. Calcular el factor de compresibilidad delgas en condiciones iniciales del yacimiento. Calcule la densidad encondiciones iniciales.


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Ejemplo. Un sistema de gas natural se encuentra a una presin de

3000 Lpca y a una temperatura de 180 F, del mismo slo se conocesu peso molecular 20,23 lb/lb-mol, determine el factor decompresibilidad (Z).


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El mtodo de Standing y Katz ha tenido bastante aceptacin por dos

razones bsicas: facilidad de clculo y exactitud dentro de un 3% enrelacin con los valores experimentales de (Z).

Para tener buenos resultados con este mtodo se deben tener en

cuenta las siguientes limitaciones:

1. El gas debe ser rico en metano (C1 > 80 %) y no debe teneraromticos.

2. El gas no debe tener impurezas. Un contenido de 20 % de N2

produce un error del 4 %, y la presencia de CO2, en error en elclculo igual al valor del porcentaje de CO2.

3. No presenta buenos resultados a condiciones cercanas a lascrticas y no se recomienda cuando P > 10000 Lpca.


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Ajustes de las curvas Standing y Katz:

Correccin de Wichert y Aziz:

Correccin de Carr, Kobayashi y Burrows:


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Ejemplo. Un gas natural cido tiene una gravedad especfica de 0,7.el anlisis composicional muestra que contiene 5 % de CO

2y 10 %

de H2S. Calcule la densidad del gas a 3500 Lpca y 160 F (apliquetanto las correcciones de Wichert y Aziz adems de la deCarr, Kobayashi y Burrows.


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Compresibilidad del gas natural (Cg): la compresibilidad isotrmica

de un gas se define como el cambio en el volumen por unidad devolumen debido a un cambio unitario de presin.

Para un gas ideal Cgviene dada por:

Para un gas real: Cg=sr

sc;

Los valores de pueden calcularse de la pendiente de la curvaisotrmica de Tsren la grfica generalizada de Z vs Psrde Standing yKatz.


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Ejemplo. Una mezcla de gas tiene una gravedad especfica de 0,72.calcule el coeficiente isotrmico de compresibilidad del gas a una

presin de 2000 Lpca y 140 F, suponiendo:

a) Comportamiento ideal del gas.b) Comportamiento de un gas real.


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Mtodo grfico de Trube(0,1 < Csr < 1,0)


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Ejemplo. Una mezcla de gas tiene una gravedad especfica de 0,72.calcule el coeficiente isotrmico de compresibilidad del gas a una

presin de 2000 Lpca y 140 F. resuelva a travs del mtodo grficode Trube.


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Factor volumtrico del gas (g): este es un factor que relaciona el

volumen de gas en el yacimiento (a P y T) con el volumen de lamisma masa de gas en superficie y en condiciones normales (14,7Lpca y 60 F)


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Factor de expansin del gas (Eg

): este es el inverso de g

.

Ejemplo. Un pozo de gas produce a una tasa de 15000 PCY/da de

un yacimiento con una presin promedio de 2000 Lpca ytemperatura de 120 F. la gravedad especfica del gas es 0,72.calcular la tasa de flujo del gas en PCN/da


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Viscosidad del gas (g): en general la viscosidad es la resistenciainterna que ofrece un fluido al movimiento relativo de sus partes,concepto que puede ser aplicado a una fase gaseosa.

Factores que afectan a la viscosidad:

A medida que aumenta la temperatura aumenta la viscosidad. A una temperatura constante, un incremento de P aumenta la

viscosidad. Para presiones mayores de 1000 Lpca ocurre aumento en la

viscosidad de gases con alta gravedad.


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Mtodo para clculo de viscosidad:

Mtodo de Carr, Kobayashi y Burrows: este mtodo se basa en el

principio de estados correspondientes para calcular la viscosidad delos gases. Se considera que a mismas condiciones de presin ytemperatura seudorreducidas, todos los gases naturales tienen elmismo cociente de viscosidades g/ g1.


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Ejemplo. Un pozo de gas produce a una tasa de 15000 PCY/da deun yacimiento con una presin promedio de 2000 Lpca y

temperatura de 120 F. la gravedad especfica del gas es 0,72.calcule la viscosidad del gas.


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PROPIEDADES DE LOS HIDROCARBUROS LQUIDOS

El petrleo es una mezcla compleja de hidrocarburos, ademstambin puede contener componentes no hidrocarburos como

(H2S), (N2), (O2), (He) y, las propiedades fsicas y qumicas del mismovaran considerablemente y dependen de la concentracin de susdiferentes componentes.

En aplicaciones de campo y en la resolucin de problemas deingeniera de petrleos, es importante disponer de una descripcinaproximada de las propiedades fsicas del petrleo.


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PROPIEDADES DE LOS HIDROCARBUROS LQUIDOS

El petrleo es una mezcla compleja de hidrocarburos, ademstambin puede contener componentes no hidrocarburos como

(H2S), (N2), (O2), (He) y, las propiedades fsicas y qumicas del mismovaran considerablemente y dependen de la concentracin de susdiferentes componentes.

En aplicaciones de campo y en la resolucin de problemas deingeniera de petrleos, es importante disponer de una descripcinaproximada de las propiedades fsicas del petrleo.


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Ejemplo. Calcule la gravedad especfica y la gravedad API de un

sistema de petrleo crudo con una densidad medida en condicionesnormales de 53 lb/Pie3.


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Solubilidad del gas en el petrleo o relacin gas disuelto (Rs): Es la

cantidad de gas medida en pies cbicos normales (PCN), que sedisuelven en un barril de petrleo, medido a condiciones (BN),cuando la mezcla se somete a las condiciones de presin ytemperatura del yacimiento se expresa en PCN/BN.

Depende de :

Presin Temperatura Composicin del gas y del petrleo Tipo de Liberacin


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Gravedad especfica del gas en solucin: la gravedad especfica del

gas en solucin (g), se define como el promedio pesado de lasgravedades especficas del gas separado en cada separador. Estepromedio se basa en la razn gas-petrleo en el separador.

Donde: Rsep= relacin gas petrleo en elseparador en (PCN/BN)sep= gravedad del petrleo en

el separadorR

sep

= relacin gas petrleo en eltanque en (PCN/BN)

st= gravedad del petrleo encondiciones de tanque


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Para Crudo Saturado: P < Pb

Correlacin de Standing: Es la ms usada para la determinacin delFactor Volumtrico para una amplio rango de tipos de crudos.

Para Crudo Sub-Saturado: P > Pb


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Coeficiente isotrmico de compresibilidad del petrleo (Co): En

general, la compresibilidad isotrmica se define como el cambiofraccional en volumen cuando la presin es cambiada a untemperatura constante, viene dada por:

Por encima del punto Por debajo del puntode burbujeo de burbujeo


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Factor Volumtrico Total o Bifsico (t): El factor volumtrico total

o bifsico, t, se define como el volumen que ocupa a condicionesde yacimiento un barril fiscal de petrleo y el gas que contenainicialmente en solucin. Puede ser estimado como:


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De acuerdo con la presin la viscosidad del crudo se clasifica en:

Viscosidad del petrleo muerto (od): viscosidad a la presinatmosfrica (sin gas disuelto) y a la temperatura del yacimiento.

Viscosidad del petrleo saturado (ob): viscosidad a la presin deburbujeo y a la temperatura del yacimiento.

Viscosidad del petrleo no saturado (o): viscosidad a una

presin por encima del punto de burbujeo y a la temperatura deyacimiento.


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Tensin Superficial: se define como la fuerza por unidad de longitud

ejercida en las regiones limtrofes entre una fase lquida y una fasede vapor, causada por la diferencia entre las fuerzas moleculares deambas fases, y tambin por su desbalanceen la interfase.

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