(04) Propiedades de Los Fluidos Del Petróleo

Propiedades de los fluidos del Petrleo

1

Objetivo

Esta presentacin trata sobre los conceptos claves utilizados en la

clasificacin de los diferentes tipos de hidrocarburos. Se evaluarn mediante

preguntas de opcin mltiple los temas explicados en esta presentacin.

2

Introduccin

Los hidrocarburos juegan un papel fundamental en la vida diaria de todas las personas. Nos proveen de energa para mover automviles, generar energa elctrica, crear productos qumicos, plsticos, perfumes, aceites, grasas, etc. El petrleo y en s los hidrocarburos no tienen las mismas caractersticas. Hay diferentes tipos de fluidos y sus propiedades fsicas son diferentes. Esto implica diferentes equipos para extraerlo y facilidades de produccin especficas. Esto hace que los tipos de crudo se diferencien por su valor econmico. Esta presentacin trata sobre los diferentes tipos de crudo, sus propiedades y comparaciones entre ellos.

3

Contenido

Hidrocarburos

Qu son los hidrocarburos?

Hidrocarburos en estado gaseoso, lquido y slido

Propiedades de los Hidrocarburos

Condiciones en el yacimiento

Diagramas de Fases

GORi

Rs

Bo

Gravedad API

Coeficiente de viscosidad

Tipos de hidrocarburos

Petrleo Negro

Petrleo Voltil

Gas Retrgrado

Gas Hmedo

Gas Seco

4

Hidrocarburos

5

Qu son los Hidrocarburos?

Los hidrocarburos (HC) son compuestos orgnicos que se encuentran en la

naturaleza y estn constituidos de Hidrgeno y Carbono. Estos pueden ser

livianos o pesados (segn la cantidad de tomos de carbono que contengan)

y se pueden encontrar en estado gaseoso, lquido o slido.

Tipos de Hidrocarburos:

Nombre Frmula Nomenclatura Petrolera

Metano CH4 C1

Etano C2H6 C2

Propano C3H8 C3

Butano C4H10 C4

Pentano C5H12 C5

Hexano C6H14 C6

Heptano plus Desde el C7H16 C7+

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Qu son los Hidrocarburos?

Como se mencion anteriormente, los hidrocarburos pueden ser:

Livianos Son hidrocarburos compuestos principalmente de Metano (C1). Se les conoce como gases pobres porque no contienen hidrocarburos pesados y por lo tanto no tienen un buen valor econmico. Intermedios Se componen principalmente de los hidrocarburos entre Etano (C2) y Hexano (C6). Dentro de este rango estn la gasolina, el gas propano y el gas butano. Pesados Se les llama as a los hidrocarburos compuestos a partir del Heptano (C7) y tienen un gran valor econmico comparado con los HC livianos. Por facilidad en la caracterizacin se defini el HEPTANO PLUS (C7+) para agrupar todos los compuestos desde el C7.

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HC en estado gaseoso

METANO Es el hidrocarburo gaseoso ms liviano y abundante y el principal componente del gas natural. El Metano es un gas incoloro e inodoro GAS NATURAL Es una mezcla natural de gases hidrocarburos la cual es altamente compresible y expandible. El metano es su principal constituyente con ms del 85% y cantidades pequeas de C2 hasta el C5. Adems, contiene impurezas como Dixido de Carbono, Nitrgeno y Sulfuro de Hidrgeno. Este es el tipo de gas que se extrae de los yacimientos del Golfo de Guayaquil.

Llama de una estufa a gas natural.

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HC en estado lquido

Los hidrocarburos en estado lquido son los que comnmente se conocen

como petrleo (algunos de los derivados lquidos del petrleo, como la

gasolina, tambin se conocen como hidrocarburos).

PETRLEO

Es una mezcla compleja de hidrocarburos encontrados en la naturaleza. El

petrleo puede encontrarse como slido, lquido o gas, pero esta palabra

generalmente es usada para petrleo crudo lquido.

Las propiedades como el color, la gravedad API, olor, viscosidad e impurezas

varan dependiendo del yacimiento.

Muestra del crudo extrado de un pozo en un campo petrolero

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HC en estado slido

BITUMEN

Es una materia orgnica inflamable formada de Kergeno durante el proceso

de formacin del petrleo. El Bitumen incluye hidrocarburos como Asfaltenos

y Cera Mineral. Por lo general es slido y de color negro o marrn.

El principal uso del asfalto es en la pavimentacin de vas

Asfalto

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Prueba de Conocimientos 1

Haga CLICK sobre el botn de la respuesta y verifique con el sonido 1. Los hidrocarburos intermedios estn comprendidos por: Etano hasta Hexano (C2 - C6) Metano (C1) Etano hasta pentano (C2 - C5) Heptano Plus (C7+) 2. El gas natural est compuesto principalmente de: Butano Metano Pentano Heptano Plus 3. Uno de los usos del bitumen es: Extraccin de gas propano Aceite para motores de combustin Pavimentacin (Asfalto). Todas las anteriores.

Haga Click salir de la Prctica

11

Propiedades de los hidrocarburos

12

Condiciones en el yacimiento

En un yacimiento de petrleo se encuentra gas, petrleo y

agua. Debido a que el yacimiento se encuentra a miles de

pies de profundidad del suelo, la cantidad de tierra y

rocas que hay encima de ste ejerce grandes presiones

(miles de libras por pulgada cuadrada o psi) sobre el gas

y petrleo contenidos en el.

El volumen del petrleo y el gas varan con la presin.

Los tipos de petrleos se diferencian principalmente por las siguientes propiedades que se explican a continuacin: Bo GORi Gravedad API Color

Presin

Antes de ver las propiedades, veamos los diagramas de fase de los hidrocarburos.

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El Diagrama de fase tiene dos

zonas, una donde el

hidrocarburo es lquido y otra

donde es gas.

Diagramas de Fase

Los diagramas de fase determinan el comportamiento del fluido respecto a la

presin y temperatura en el yacimiento. Cada tipo de fluido tiene su propio

diagrama de fases.

Pre

si

n

Temperatura

% de lquido

Zona de lquido Zona de Gas Dependiendo de la presin y la

temperatura, un hidrocarburo

puede estar como gas y/o

como lquido en el

yacimiento. Cuando es extrado del

yacimiento y est siendo

llevado a la superficie del

pozo, la presin comienza a

bajar y la temperatura se

mantiene casi constante.

A medida que el fluido se

acerca a la superficie, ms

gas se va separando y cada

vez es menos el crudo que va

quedando.

Ahora suponga que lo que hay

en el yacimiento es slo gas.

Cuando llega a este punto, el

gas disuelto dentro del crudo

comienza a separarse. Esta

presin se conoce como

presin de burbuja. Presin de Roco

Cuando la presin desciende

al ser extrado el gas del

yacimiento, llega a este punto

llamado presin de roco

donde el gas comienza a

condensarse (formar lquido).

Nuevamente el porcentaje o

fraccin de lquido que queda

al separarse del gas, depende

de la presin.

Suponga que el hidrocarburo

es lquido y contiene gas

disuelto a la presin del

yacimiento.

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Diagramas de Fase

Presin de Burbuja:

Es la presin donde aparece la primera

burbuja de gas en el petrleo que esta lquido

en el yacimiento. A esta presin se dice que el

lquido est saturado.

Presin de Roco:

A diferencia de la presin de burbuja, la presin

de roco es la presin donde aparece la

primera gota de lquido a una temperatura

dada. El fluido est como gas en el yacimiento y

en este punto comienza a condensarse.

Pre

si

n

Temperatura

Presin de Brubuja

Presin de roco

Punto crtico

Punto crtico:

Es el punto donde convergen la fase lquida y la fase gaseosa. En este punto no se

puede diferenciar el lquido del gas y sus propiedades son idnticas.

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GORi

La Relacin Gas - Petrleo inicial (Gas Oil Ratio) indica que tanto gas hay

por cada barril de crudo, todo en condiciones estndar (60F, 14,7psi).

El volumen del gas se mide en pies cbicos estndar (SCF).

El crudo se mide en barriles en tanque de almacenamiento (STB).

STB

SCF

estndarscondicioneapetrleoVol.

estndarscondicioneagasdetotalVol.GORi

Esta relacin es clave para determinar el tipo de crudo en un yacimiento.

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Rs

Es la cantidad de gas en solucin que tiene el crudo (disuelto dentro de l). Petrleo Subsaturado Por encima de la presin de burbuja. No puede disolver ms gas. Petrleo Saturado A la presin de burbuja o por debajo de la presin de burbuja.

STB

SCF

estndarscondicioneapetrleo.Vol

estndarscondicioneadisueltogas.VolRs

Grfica de Gas en solucin vs presin. Cuando la presin es inferior a la

presin de burbuja (Pb), el crudo comienza a liberar gas y el Rs disminuye.

Rs

Presin Pb

No hay liberacin

de gas

Liberacin de gas

Petrleo Subsaturado

Petrleo Saturado

Petrleo Saturado

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Bo

El factor volumtrico de formacin del petrleo (Bo) compara los volmenes

de petrleo y gas disuelto en el yacimiento contra el volumen de ese petrleo

en superficie (a condiciones estndar).

res bl:

Es el volumen del petrleo y del gas disuelto dentro del petrleo, en el

yacimiento. Debido a las altas presiones, el volumen del gas es reducido

dramticamente en comparacin a su volumen en la superficie.

STB:

Stock Tank Barrel o barril en el tanque de almacenamiento. Es el volumen que

ocupa slo el crudo (sin gas) a condiciones estndar (60 F y 14.7 psi de

presin absoluta).

Con esto, se tiene para el Bo:

STB

blres

estndarscondicioneapetrleoVol.

yacimientoendisueltogaspetrleoVol.Bo

El Bo siempre es mayor que uno. 18

Bo

El Bo (factor volumtrico del petrleo) tambin es afectado por la liberacin

de gas, cuando la presin del petrleo cae por debajo de la presin de

burbuja.

Bo

Presin Pb

Expansin del lquido

Liberacin del gas en

solucin

La expansin del petrleo por disminucin en la presin es compensada por la

temperatura, si esta llegase tambin a reducirse.

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Gravedad o Grado API (API)

Es una escala adoptada por el American Petroleum Institute (API) para

determinar la gravedad especfica o densidad de un hidrocarburo. Entre ms

grados API tiene un hidrocarburo ms baja es su densidad.

5.131F60@EspecficaGravedad

5.141APIGravedad

El grado API influye directamente en el costo del hidrocarburo, entre ms

alto sea el grado ms elevado ser su precio.

El agua tiene 10 API, el crudo del Campo Auca es de 28,5 API, mientras

que una gasolina puede tener hasta 60 API por citar algunos ejemplos.

Los petrleos, segn su gravedad API se clasifican en:

Extra Pesados (API 10)

Pesados (10 < API 22,3)

Medianos (22,3 < API 31,1)

Livianos (31,1 < API < 39)

Extra Livianos (API 39) 20

Coeficiente de Viscosidad (m)

La viscosidad en los fluidos influye en la facilidad de estos para fluir. Cuando

se tiene un valor alto de viscosidad, el fluido tiene mucha resistencia al flujo.

Para los hidrocarburos, la viscosidad vara por la presin y la temperatura. En

el caso de la presin, cuando el crudo baja de la presin de burbuja y

comienza la liberacin de gas, la viscosidad aumenta notablemente, tal

como se muestra en la siguiente grfica.

m

Presin Pb

m disminuye con Presin

m aumenta con la disminucin Presin

La viscosidad se mide en poises o centipoises (cp)

La viscosidad tambin se mide en stokes o centistokes (cst) 21

Petrleo crudo Densidad, g/mL Gravedad API

Extra-pesado 1.0 10.0

Pesado 0.92 1.01 10.1 22.3

Mediano 0.87 0.91 22.4 31.1

Ligero 0.83 0.86 31.2 39.0

Extra-ligero 0.83 39.0

CLASIFICACIN US DOE DE LOS PETRLEOS (API)

CLASIFICACIN DE LOS PETRLEOS SEGN SU VISCOSIDAD


Haga CLICK sobre el botn de la respuesta y verifique con el sonido 1. La presin de roco es: La presin donde el lquido comienza a liberar gas. La presin donde el gas comienza a condensar lquido. La presin atmosfrica cuando comienza a llover. La presin donde no se puede diferenciar entre lquido o gas. 2. Dado que el GORi y el Bo son relaciones de volmenes, la diferencia entre GORi y Bo es: El GORi relaciona nicamente el gas disuelto dentro del petrleo. El Bo tiene en cuenta todo el gas, el disuelto y el liberado. El GORi es (gas total / petrleo) y el Bo es (petrleo + gas disuelto / petrleo). El GORi es (gas disuelto / petrleo) y el Bo es (gas total / petrleo). 3. El gas en solucin (Rs) aumenta cuando la presin baja de la presin de burbuja. Falso Verdadero


23

Tipos de fluidos en el yacimiento

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Tipos de fluidos

Existen cinco diferentes tipos de fluidos en el yacimiento, que se diferencian

por propiedades como GORi, Bo y gravedad API.

Black Oil (Petrleo Negro)

Volatil Oil (Petrleo Voltil)

Retrograde Gas (Gas Retrgrado)

Wet Gas (Gas Hmedo)

Dry Gas (Gas Seco)

Adems de las propiedades mencionadas, es determinante la cantidad de

hidrocarburos pesados que contenga el fluido (%C7+ o % de Heptano

Plus), llamada tambin fraccin pesada. En el Black Oil es mayor del 20%,

mientras que en el gas seco es menor al 0.7%.

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Tipos de fluidos

Las diferencias en las propiedades, se listan a continuacin.

PropiedadPetrleo

Negro

Petrleo

Voltil

Gas

RetrgradoGas Hmedo Gas Seco

GOR Menor 2000 2000 - 3000 3500 - 50000 50000 ..

API Menor 40 40 - 55 Mayor 55 Mayor 55

Negro Marrn Verde

Verde Naranja Blanco

Marrn Verde Marrn

Boi Menor 2.0 Mayor 2.0 . ..

C7+ Mayor 20% 20 - 12.5% 12.5 - 4% 4 - 0.7% Menor 0.7%

Color Blanco .

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Petrleo Negro

Es el petrleo existente en los campos de Petroproduccin y es el que tiene

mayor fraccin de hidrocarburos pesados (C7+).

El gas que se desprende del Petrleo negro es gas seco, debido a las

molculas livianas que se liberan. Este gas no se condensa.

El Petrleo Negro tiene un gran valor econmico.

GORi Menos de 1.750 SCF/SBT

API Menor a 40

Boi Menor de 2 resBL/SBT

HC Pesados Mas del 20%

Muy Oscuros

Colores Negro

Marrn

PETRLEO NEGRO

GORi 12 - 20 SCF/SBT

API 29,5

Boi 1,075 resBL/SBT


Pres. Burbuj. 42 - 70 psi

Colores Negro

Marrn (ocasionalmente)

PETRLEO NEGRO - Campos de Petroproduccin

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Diagrama de Fases del Petrleo Negro

Ejemplo de un diagrama de

fase de un Petrleo Negro.

Obsrvese que el hidrocarburo

se conserva lquido durante

todo el proceso, a pesar que

libera gas.

Punto Crtico

Pre

si

n [

psi]

1

3

2

Separador

Trayectoria de Presin

% de lquido

2000

1000

300

Temperatura [F]

Nitrgeno 51,72%

CO2 9,34%

H2S 0,00%

Metano 7,14%

Etano 0,51%

Propano 7,30%

Butano (l,n) 13,07%

Pentano (l,n) 8,10%

Hexano 1,84%

Heptano Plus 0,98%

Analisis del Gas, Pozo RD-03

El gas seco, liberado por el petrleo tiene una alta

concentracin de hidrocarburos livianos.

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Procesamiento del Petrleo Negro

Cuando el petrleo lquido llega a superficie requiere de un tratamiento para

retirarle las impurezas tales como:

Agua

Dixido de Carbono (CO2)

Nitrgeno

Sulfuro de Hidrgeno (H2S)

Por este motivo se deben instalar las facilidades de superficie, que se

componen de tanques, bombas, celdas de flotacin, enfriadores, etc. En

muchos campos del oriente ecuatoriano, el gas que se libera del crudo se

quema en la tea debido a que no es una cantidad suficiente para que su

comercializacin sea rentable. 29

Ejemplo de un anlisis de laboratorio de un Petrleo Negro

Viscosidad (104 F) 13,9 cSt

Viscosidad (212 F) 3,5 cSt

Poder Calorfico Bruto 19.215 BTU/lb

Poder Calorfico Neto 18.129 BTU/lb

Punto de Ebullicin 105,8 F

API 29,4

Gravedad Especfica 0,879

Presin de Vapor (60 F) 0,8 psi

Punto de fluidez 35 F

Punto de inflamacin 45 F

Gravedad Espec. Condensado 0,725

API Diesel en Cao Limn (60 F) 31,8

Grav. Espec. Agua de Produccin 0,998

Propiedades

Carbn 5,70 %masa

Ceniza 0,01 %masa

Nitrgeno 0,24 %masa

Azufre 0,52 mg/kg

Calcio 3,00 mg/kg

Cobre 0,20 mg/kg

Hierro 6,00 mg/kg

Magnesio 0,80 mg/kg

Niquel 37,20 mg/kg

Sodio 8,20 mg/kg

Vanadio 13,30 mg/kg

Sal 2,80 gr/m3

Anlisis qumico

Datos obtenidos en el laboratorio.

GORi 12 - 20 SCF/SBT

API 29,4

Boi 1,075 resBL/SBT


Pres. Burbuja 42 - 70 psi

Colores Negro

Marrn

PETRLEO NEGRO

30

Facilidad de Tratamiento Petrleo Negro Separador de Gas Tanque de techo cnico FWKO, donde se

separa inicialmente el petrleo del agua.

Celda de Flotacin, donde el petrleo restante es retirado del agua.

Bombas 31

Petrleo Voltil

El petrleo voltil es un tipo de hidrocarburo lquido con ms componentes

intermedios y livianos que un Petrleo Negro. En Ecuador el campo Ancn en la

Pennsula de Santa Elena tiene este tipo de crudo en su yacimiento.

GORi 2.000 - 3.200 SCF/SBT

API Mayor de 40

Boi Mayor de 2 resBL/SBT

HC Pesados Entre 12,5% y 20%

Marrn

Colores Naranja

Verde

PETRLEO VOLTIL

El gas que sale del Petrleo Voltil se llama Gas Retrgrado.

El API en el Tanque de Almacenamiento aumenta durante la vida del

yacimiento.

Una pequea reduccin de presin por debajo de la presin de burbuja causa

una gran liberacin de gas.

32

Diagrama de Fases del Petrleo Voltil

Al igual que el Petrleo Negro,

el Petrleo Voltil se encuentra

tambin como lquido dentro del

yacimiento, con la diferencia

que el voltil est mas cerca de

la zona de gas en el diagrama.

Punto Crtico

Pre

si

n

Temperatura

1

3

2

Separador

% de lquido

El almacenamiento del Petrleo Voltil es similar al del Petrleo Negro, se

diferencian en que se debe tener cuidado para que el gas no se libere

fcilmente, dadas las condiciones del Petrleo Voltil.

33

Almacenamiento del Petrleo Voltil

Tanque de almacenamiento.

34


Haga CLICK sobre el botn de la respuesta y verifique con el sonido 1. De los diferentes tipos de fluidos, el que menos gas tiene (GOR) es el: Black Oil. Volatil Oil. Wet Gas. Retrograde Gas. 2. La presin de burbuja del ejemplo de Petrleo Negro est en el orden de: 1000 - 1200 psi 600 - 650 psi 92 - 115 psi 42 - 70 psi 3. El Petrleo Voltil (Volatil Oil) tiene ms componentes livianos e intermedios que el Petrleo Negro (Black Oil). Falso Verdadero


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Gas Retrgrado

Es un hidrocarburo gaseoso por encima de la presin critica, y a medida que

la presin disminuye condensa lquido en el yacimiento, pero dicho lquido se

evapora nuevamente. Se lo conoce tambin como gas condensado.

GORi Ms de 3.200 SCF/SBT

API Mas de 57

Boi ---

HC Pesados Entre 4% y 12,5%

Marrn

Colores Naranja

Verde y Blanco

GAS RETRGRADO

El gas en superficie es muy rico en hidrocarburos intermedios. Se lo procesa para obtener desde Etano hasta Hexano (C2 a C6).

36

Diagrama de Fases del Gas Retrgrado

El gas retrgrado, al estar ms

all de la presin crtica se

encuentra como gas en el

yacimiento. A medida que la

presin comienza a descender y

alcanza la presin de roco,

aparece lquido condensado

(petrleo).

Para obtener la mayor cantidad de lquido, el gas retrgrado debe pasar a

travs de separadores que trabajen a una presin y temperatura ptimas, con

un tiempo de retencin adecuado.

Pre

si

n

Temperatura

Punto Crtico

% de lquido

1

3

2

Separador

37

Almacenamiento del Gas Retrgrado

Separadores

38

Gas Hmedo

Es un Hidrocarburo que existe como Gas durante toda la vida en el yacimiento, pero condensa lquido en los separadores de superficie. Por eso se lo conoce como gas hmedo (Wet Gas).

GORi Ms de 50.000 SCF/STB

API Mas de 57

Boi ---

HC Pesados De 0,7% a 4,0%

Color del

condensado Blanco

GAS HMEDO

Las propiedades del gas en el yacimiento no son las mismas que en superficie.

El condensado es rico en hidrocarburos intermedios y se les conoce como

productos de planta.

39

Diagrama de Fases del Gas Hmedo

La nica forma de obtener

condensado de un gas hmedo

es mediante el uso de

separadores a una presin y

temperatura determinadas.

El tratamiento del gas hmedo es muy similar al gas retrgrado pues el

objetivo principal es el obtener la mayor cantidad del lquido.

El gas se almacena en tanques cilndricos o esfricos.

% de lquido

Pre

si

n [

psi]

Temperatura

Punto Crtico

1

2

4500

2500

110 Separador

40

Almacenamiento del Gas Hmedo

Tanques esfricos

Tanque cnico

41

Gas Seco

El gas seco o dry gas contiene principalmente Metano y algunos hidrocarburos

intermedios. Se llama gas seco porque no tiene suficientes hidrocarburos

pesados para condensar.

GORi ---

API ---

Boi ---

HC Pesados Menos de 0,7%

Color ---

GAS SECO

La composicin del gas en el yacimiento es la misma que en la superficie y

bsicamente se compone de Metano.

A este tipo de gas tambin se le conoce como gas pobre o gas natural.

42

Diagrama de Fases del Gas Seco

Su almacenamiento es similar que el del gas hmedo, en tanques cilndricos y

esfricos.

% de lquido

Pre

si

n [

psi]

Temperatura

Punto Crtico

1

2

4500

2800

110

Del gas seco no se puede

extraer condensado, su nica

utilidad es como gas natural.

43

Almacenamiento del Gas Seco

Tanque esfrico

44


Haga CLICK sobre el botn de la respuesta y verifique con el sonido 1. El gas retrgrado se caracteriza por: Conservarse lquido en el yacimiento. No tener suficientes hidrocarburos pesados para condensar. Ser conocido tambin como gas pobre. Ser rico en hidrocarburos intermedios. 2. La gravedad API del gas retrgrado es: Menor de 40 Entre 40 y 57 Ms de 57 No tiene gravedad API. Es gas seco. 3. Si se tiene un hidrocarburo con una fraccin pesada entre 0,7% y 4,0% y el color del condensado es blanco, el hidrocarburo es un gas seco. Falso Verdadero


45

Comparacin

La forma de los diagramas de fase para los cinco diferentes tipos de fluidos se

muestra en la grfica. Hacia la derecha aumenta la cantidad de

hidrocarburos pesados, mientras que hacia la izquierda lo hacen los

hidrocarburos livianos.

Temperatura

Pre

si

n Black Oil

Aceite Voltil

Gas Retrgrado Gas Hmedo

Gas Seco

46

FIN

47

(04) Propiedades de Los Fluidos Del Petróleo

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