1. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y FUNDAMENTOS DE ANÁLISIS PVT FINAL 3.pptx

ANLISIS Y SIMULACIN DEL FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS

INGENIERA DE PRODUCCIN DE HIDROCARBUROS

1

JHJLJJHNAGAAGKL

I. Definiciones y Conceptos Generales

II. Propiedades del Gas Natural

III. Propiedades del Aceite

Caractersticas y Comportamiento del Gas Natural

Determinacin de las Propiedades de los Fluidos

V.1. Determinacin de las Propiedades del Gas por Correlaciones

V.2. Determinacin de las Propiedades del Aceite Saturado y Bajo Saturado por Correlaciones

VI. Ecuaciones de Estado

VII. Generalidades de Anlisis PVT

CONTENIDO

I. DEFINICIN Y CONCEPTOS GENERALES

Aceite estabilizado.- Aceite que ha sido sometido a un proceso de separacin con el objeto de ajustar su presin de vapor y reducir su vaporizacin al quedar expuesto posteriormente a las condiciones atmosfricas.

Aceite Residual.- Es el liquido que permanece en la celda PVT al terminar un proceso de separacin en el laboratorio. Generalmente el aceite residual se determina a 60F y 14.7 Ib /pg abs.

Aceite en el Tanque de Almacenamiento.- Es el liquido que resulta de la produccin de los hidrocarburos de un yacimiento a travs del equipo superficial empleado para separar los componentes gaseosos. Las propiedades y la composicin del aceite depende de las condiciones de separacin empleadas, como son: nmeros de etapas de separacin, presiones y temperaturas.

Condiciones Estndar.- Las condiciones estndar son definidas por los reglamentos de los estados o pases. Por ejemplo, en el Estado de Texas las condiciones bases son: P =14.65 Ib/pg abs y T= 60F mientras que en colorado son: P = 15.025 Ib/pg abs y T= 60F, Aqu en Mxico se consideran de P =14.69 Ib/pg abs y T= 60F .

DEFINICIN Y CONCEPTOS GENERALES

Encogimiento.- Es la disminucin de volumen que experimenta una fase liquida por efecto de la liberacin del gas disuelto y por su contraccin trmica. El factor de encogimiento es el reciproco del factor del volumen o de formacin.

Factor de Compresibilidad.- Se denomina tambin factor de desviacin. Es un factor que se introduce a la ley de los gases ideales para tomar en cuenta la desviacin que experimenta un gas real con respecto a un gas ideal, es decir pV = Z n R (T + 460), donde Z es el factor de compresibilidad.

Densidad: Es la relacin entre la masa de un cuerpo y el volumen que ste ocupa.

Densidad relativa: Es un numero adimensional que esta dado por la relacin de la masa del cuerpo y la masa de un volumen igual de una sustancia que se toma como referencia. Los slidos y lquidos se refieren al agua a 4C, mientras que los gases se refieren al aire.

Por ejemplo el metano, con un peso molecular de 16.04 g/mol, tiene una densidad relativa de 16.04/28.97= 0.55


Fase.- Es la parte de un sistema que difiere, en sus propiedades intensivas, de la otra parte del sistema. Los sistemas de hidrocarburos generalmente se presentan en 2 fases: gaseosa y liquida.

Gas Disuelto.- Es el conjunto de hidrocarburos que a condiciones atmosfricas constituyen un gas, pero que forma parte de la base liquida a condiciones de yacimiento o de flujo.

Mol.- Es el peso molecular de cualquier sustancia. Por ejemplo 16.04 Ib de metano es una lb mol. En igual forma un mol-gramo de metano son 16.04 gramos del mismo gas. Una mol-Ib de un gas ocupa 379 pies a condiciones estndar.

Liberacin del Gas Diferencial.- Es el proceso de remocin de la fase gaseosa de un sistema de hidrocarburos, a medida que se forma a condiciones de burbujeo. Por lo tanto, durante un proceso diferencial la composicin del sistema varia continuamente.

Liberacin del Gas Instantnea.- Es el proceso en que el gas se forma del liquido al reducirse la presin, mantenindose constante la composicin total del sistema.


Presin: La presin en un fluido en reposo en un punto dado, es la misma en todas direcciones y se define como la componente normal de fuerza por unidad de superficie.

Presin de Vapor.- Es la presin que ejerce el vapor de una sustancia cuando sta y el vapor estn en equilibrio. El equilibrio se establece cuando el ritmo de evaporacin de una sustancia es igual al ritmo de condensacin de su vapor.

Presin de Vapor Reid.- Presin que ejerce el vapor en una celda especial, a 100F, al seguir la norma de evaluacin as denominada.

Peso Molecular.- Es el peso relativo de una molcula de una sustancia, en base a que la molcula de oxgeno, O2, pesa 32. La suma de los pesos atmicos de los tomos que forman una molcula se denomina peso molecular. Un mol de una sustancia es la cantidad de ella, cuya masa en el sistema de unidades seleccionado, es numricamente igual al peso molecular.

Temperatura: Es una propiedad de un cuerpo relacionada con su actividad molecular. Las sustancia poseen ciertas propiedades relacionadas con este concepto llamado temperatura y que son susceptibles de ser medidas. Estas propiedades se afectan por la actividad molecular que es mayor cuando se trata de una temperatura alta.


Viscosidad: Es la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se le aplica una fuerza externa.

La viscosidad es una medida de la fuerza de friccin entre las molculas de dicho fluido. Las molculas rozan entre si y hacen mas difcil el movimiento entre ellas. Esta resistencia al flujo es similar al esfuerzo que se experimenta al empujar un objeto sobre una superficie. La friccin entre las dos superficies hace mas difcil empujar el objeto.

FUERZA

La viscosidad de un gas es mucho mas baja que la de un liquido, debido a que las molculas del gas estn mas dispersas, de tal forma que el roce entre ellas es menos frecuente. Mientras mayor sea la viscosidad, mayor ser la resistencia al flujo.


II. PROPIEDADES DEL GAS NATURAL

DENSIDAD DEL GAS

Donde;

g = Densidad de la mezcla gaseosa, lbm/pie3

P = Presin absoluta, lpca

Mg= Peso molecular del gas, lbm/lbmol

Zg = Factor de compresibilidad

R = Constante universal de los gases

T = Temperatura absoluta, R

Peso molecular de una mezcla:

Densidad relativa:

Es el volumen de una masa de gas medido a condiciones de presin y temperatura del yacimiento, entre el volumen de la misma masa de gas pero medido a condiciones estndar.

Bg = Vg @ cy / Vg @ cs

Bg = (nRZyTy / Py) / (nRZcsTcs / Pcs)

Bg = ( TyPcs / Tcs) ( Zy / Py)

Bg

P

Psat

Pi

YAC. ACEITE Y GAS DISUELTO

YAC. GAS Y CONDENSADO O GAS HMEDO O SECO

FACTOR DE VOLUMEN DEL GAS (Bg)

Casi nunca se mide.

Mtodo de Lee, Gonzalez, Eakin.

PARA GASES: 0.02 CP

VISCOSIDAD DEL GAS (g)

Conocido tambin como el factor de compresin, es la razn del volumen molar de un gas con relacin al volumen molar de un gas ideal a la misma temperatura y presin.

Es una propiedad termodinmica til para modificar la ley de los gases ideales para ajustarse al comportamiento de un gas real. En general, la desviacin del comportamiento ideal se vuelve ms significativa entre ms cercano est un gas a un cambio de fase, sea menor la temperatura o ms grande la presin.

Para un gas ideal, el factor de compresibilidad es Z = 1 por definicin. El valor de Z generalmente se incrementan con la presin y decrece con la temperatura.

A altas presiones las molculas colisionan ms a menudo, y esto permite que las fuerzas repulsivas entre las molculas tengan un efecto notable, volviendo al volumen molar del gas real (Vm) ms grande que el volumen molar del correspondiente gas ideal, lo que causa que Z sea mayor a 1. Cuando las presiones son menores, las molculas son libres de moverse; en este caso, dominan las fuerzas de atraccin, haciendo que Z sea menor de 1.

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD (Z)

VAPOR DE AGUA EN LA CORRIENTE DE GAS

Normalmente no se incluye en los anlisis cromatogrficos.

La correlacin de Bukaceks permite determinar de manera aproximada ste valor.

III. PROPIEDADES DEL ACEITE

La densidad de los hidrocarburos lquidos es medida de dos maneras:

1. Densidad relativa

2. Densidad API

En las siguientes figuras se muestran las densidades relativas de algunas sustancias comunes:

La densidad relativa es una medida del peso del lquido comparado con la del agua. La densidad relativa del agua es de 1.0; la del propano es de aproximadamente 0.5, lo que significa que es la mitad de denso que el agua.

La densidad del crudo es por lo general 0.85, su peso es slo 85% que la del agua por lo que es mas ligero que el agua, algunos crudos pesados son mas densos que el agua.

0.50

0.75

0.85

1.0

1.12

PROPANO

GASOLINA

CRUDO

AGUA

GLICOL

ACERO

MERCURIO

7.9

13.5

DENSIDAD RELATIVA DEL ACEITE (o)

La gravedad API es una medida de la densidad del crudo y de sus productos lquidos a 15 C (60 F).

Una densidad relativa baja significa que se tiene un liquido ligero. La gravedad API es lo contrario, a una gravedad API baja, el liquido es pesado; y a una alta gravedad API, el liquido es ligero. El agua tiene una gravedad API de 10; la gasolina alrededor de 50 y el propano de 150.

La relacin que hay entre estas dos medidas es la siguiente:

API 131.5

GRAVEDAD API

Es el volumen de aceite medida a condiciones de yacimiento, lo cual incluye aceite ms gas disuelto, entre el volumen de aceite muerto, pero medido a condiciones estndar, es decir, el volumen de aceite pero sin gas disuelto.

Bo = Vol. (aceite + gas disuelto) @ cy / (Vol. de aceite muerto @ cs )

FACTOR DE VOLUMEN DEL ACEITE (Bo)

Es el volumen de gas disuelto en el aceite a ciertas condiciones de presin y temperatura, por cada barril de aceite en el tanque, medidos ambos volmenes a condicin estndar.

Rs = (Vol. Gas disuelto en el aceite a P y T @ cs) / (vol aceite muerto @ cs)

RELACIN DE SOLUBILIDAD (Rs)

Se define como el volumen del gas producido por cada barril de aceite producido, medidos ambos volmenes a condiciones estndar. Las condiciones de separacin como presin , temperatura y etapas, afectan el valor de dicha relacin.

RGA = (Vol. de gas @ cs) / ( vol. de aceite muerto @ cs)

En la etapa de depresionamiento desde la presin inicial del yacimiento hasta la presin de burbujeo la RGA es igual a la Rs y son constantes, ya que el volumen de gas total a cs es el gas disuelto en el aceite, ya que no hay liberacin del mismo.

En la etapa de depresionamiento desde la Pb, existe un periodo en que la RGA baja, ya que el gas se empieza a liberar en el yacimiento y no fluye hasta que alcanza la saturacin de gas crtica. Una vez que el gas fluye del yacimiento hacia el pozo la RGA se incrementa debido a que se empieza a producir el gas libre, el cual tiene ms movilidad que el aceite.

RELACIN GAS ACEITE (RGA)

P

T = cte.

Pb

Pi

RGA

VARIACIN DE LA RELACIN GAS ACEITE CONTRA PRESIN A

TEMPERATURA DE YACIMIENTO.

RELACIN GAS ACEITE (RGA)

COMPOSICIONES Y CARACTERSTICAS TPICAS DE DIFERENTES TIPOS DE HCS

IV. CARACTERSTICAS Y COMPORTAMIENTO DEL GAS NATURAL

LOS GASES

Un gas es un fluido homogneo, de baja densidad y viscosidad que llena completamente el recipiente que lo contiene.

Los gases se caracterizan:

Por carecer de forma y volumen propio, debido a su fluidez.

Son compresibles, es decir su volumen puede disminuir cuando se ejerce una fuerza sobre ellos.

Son elsticos porque recuperan su volumen cuando cesa la fuerza que los ha comprimido.

Son expandibles porque tienden a ocupar un volumen cada vez mayor.

Se denomina Gas Natural al formado por los elementos ms voltiles de la serie parafnica de hidrocarburos, principalmente metano, cantidades menores de etano, propano y butano, y finalmente puede contener cantidades muy pequeas de compuestos ms pesados.

Adems puede contener en varias cantidades, gases no hidrocarburos, como dixido de carbono, sulfuro de hidrgeno (cido sulfhdrico), nitrgeno, helio, vapor de agua etc.

El gas natural puede existir como tal, en yacimiento de gas, o asociado con yacimientos de petrleo y de gas y condensado.

GAS NATURAL

CLASIFICACIN DEL GAS NATURAL

Gas Rico : Es un gas natural con un contenido tal de etano mas pesados que econmicamente sea rentable su recuperacin.

Gas Pobre : Es un gas natural con un contenido de etano mas pesados tan bajo que no es recomendable su recuperacin.

Gas Hmedo : Es un gas natural con alto contenido de agua.

Gas Seco: Es un gas natural con un contenido mnimo de agua o con ausencia de la misma.

Gas Amargo: Es un gas natural con alto contenido de H2S y CO2, de tal manera que no puede ser usado directamente hasta que no se reduzca al mnimo su contenido.

Gas Dulce: Es un gas natural con un contenido mnimo de H2S y CO2 y que no ofrece ningn problema en su uso directo.

Ley de Avogadro:

Iguales volmenes de gases ideales, a las mismas condiciones de presin y temperatura, contienen igual nmero de molculas.

Ley de Boile Mariote:

Para un peso de gas dado, a temperatura constante, el volumen vara inversamente con la presin absoluta.

LEYES DEL COMPORTAMIENTO DEL GAS

Ley de Charles (Gay Lussac)

Para un peso de gas dado, a presin constante, el volumen varia directamente con la temperatura absoluta. Tambin puede expresarse a volumen constante, la presin vara directamente con la temperatura absoluta tambin a presin constante la densidad de un gas varia inversamente con la temperatura absoluta.

LEYES DEL COMPORTAMIENTO DEL GAS

GAS IDEAL

En la forma ms simple, un gas puede considerarse compuesto de partculas sin volumen y entre las cuales no existen fuerzas de atraccin. Es un fluido homogneo, generalmente de baja densidad y viscosidad, sin volumen definido y llena cualquier volumen en que se coloca.

La anterior definicin de gas, generalmente se cumple a condiciones de baja presin y temperatura, pero gradualmente se aparta de esta definicin y el comportamiento terico aparta del observado.

A medida que aumenta la presin y la temperatura, debe incluirse el volumen de las molculas y las fuerzas entre ellas. Los gases que cumplen la definicin dada en el prrafo anterior, se denominan gases ideales. Los que no cumplen esta definicin se denominan gases reales.

GAS IDEAL

Suposiciones de la ley de Gas Ideal:

El nico tipo de interaccin son las colisiones

Las molculas de gas son partculas puntuales

Las molculas sufren colisiones elsticas

El volumen de los tomos o molculas pueden considerarse despreciables

1

2

3

4

T

P

GAS IDEAL

P : Presin = atm, psia, lpca, mmHg, bar

V : Volumen = lts, m3 , pie3

T : Temperatura = K, R (Absoluta)

n : Moles = kgmol, mol, lbmol

m : Masa = kg, gr, lb

PM : Peso Molecular = kg/kgmol, lb/lbmol

n

GAS IDEAL

R: constante universal de los gases
PVTnRatmltsKmol0.0821atmcm3Kmol82.058psiapie3Rlbmol10.72

PRESIONES PARCIALES

Ley de Dalton

Establece que en una mezcla de gases cada gas ejerce una presin igual a la que ejercera si estuviera solo confinado en el volumen ocupado por la mezcla siempre y cuando estos gases no reaccionen entre s.

V. DETERMINACIN DE LAS PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Las propiedades fsicas de los fluidos son parmetros que caracterizan a un fluido y lo hacen diferente de otro. En la Industria Petrolera los fluidos que se manejan son: gas, aceite y agua. De acuerdo a estas caractersticas podemos determinar el comportamiento del fluido bajo condiciones de presin y temperatura.

Las propiedades de los fluidos pueden determinarse por medio de:

Correlaciones empricas.

Ecuaciones de estado.

Anlisis de laboratorio PVT (presin, volumen, temperatura).

Anlisis composicional de los fluidos.

COMO SE PUEDEN OBTENER LAS PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS?

El primer problema que surge con la determinacin de las propiedades de los fluidos, es la carencia de anlisis PVT apropiados de laboratorio. El anlisis con que se cuenta generalmente es una separacin diferencial, realizada a la temperatura del yacimiento, bajo condiciones de equilibrio; sin embargo, al pasar los fluidos a travs de la tubera de produccin y escurrir por la lnea de descarga, su temperatura disminuye y el gas liberado no es el que correspondera a condiciones de equilibrio, lo que acarrea un margen de error.

Para conocer a diferentes presiones y temperaturas las propiedades de los fluidos, se utilizan generalmente correlaciones cuando se trata de aceites negros, o bien, anlisis composicionales cuando se trata de aceites voltiles y condensados, aqu se presentan algunas correlaciones para determinar las propiedades de los fluidos, indicando si existen alguna adaptacin para aceites voltiles. Al usar correlaciones se sobreentiende que se obtendrn valores aproximados de las propiedades mencionadas.

Consideraciones Generales

CORRELACIONES EMPRICAS

CORRELACINVALIDACINStandingLa correlacin se estableci para aceites y gases producidos en California y para otros sistemas de crudo de bajo encogimiento, simulando una separacin instantnea en dos etapas a 100 F. La primera etapa se realiz a una presin de 250 a 450 lb/pg abs y la segunda etapa a la presin atmosfrica.VzquezPara establecer esta correlacion se usaron ms de 6000 datos de Rs, Bo y o, a varias presiones y temperaturas. Como el valor de la densidad relativa del gas es un parmetro de correlacin importante, se decidi usar un valor de dicha densidad relativa normalizado a una presin de separacin de 100 lb/pg manomtrica.OinsteinEsta correlacin fue establecida utilizando muestras de aceite producido en el Mar del Norte, donde predominan los aceites de tipo voltil.LasaterLa correlacin de Lasater se basa en 158 mediciones experimentales de la presin en el punto de burbujeo de 137 sistemas independientes, producidos en Canad, en el Centro y oeste de los Estados Unidos y Amrica del Sur. El error promedio en la representacin algebraica es del 3.8% y el mximo error encontrado es del 14.7%.
CORRELACIONES EMPRICAS

V.1. CORRELACIONES PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES DEL GAS NATURAL

En los clculos de las propiedades de los fluidos se utilizan tres tipos de densidades relativas del gas:

Densidad rel. del gas producido (gp )

Densidad rel. del gas libre (gf )

Densidad rel. del gas disuelto (gd )

qg1,g1

qg2, g2

qg3, g3

qg4, g4

TQ

S

A

P

S

P

I

S

B

P

Etapas de Separacin

Qo, o

DENSIDAD RELATIVA DEL GAS ( )

Puede obtenerse con la correlacin de Katz

DENSIDAD RELATIVA DEL GAS DISUELTO ( )

40

La correlacin de Katz presenta una incongruencia en los valores que se obtienen de la densidad relativa del gas disuelto.

El gas que se libera en primer lugar al reducirse la presin es principalmente el metano, cuya densidad relativa es 0.55. Al declinar a un ms la presin se vaporizan hidrocarburos con mayor peso molecular, por lo tanto:

El valor de la densidad relativa del gas libre se obtienen con:

El numerador de la ecuacin debe ser positivo, dado que la relacin gas-aceite (RGA) es mayor o igual a la relacin de solubilidad (RS).

DENSIDAD RELATIVA DEL GAS LIBRE ( )

Se obtiene a partir de la Ecuacin de estado de los gases reales (Ley de Boyle-Mariote, Ley de Charles-Gay Lussac y Ley de Avogadro):

Bg

Pb

P

1.0

0.0

Comportamiento del Factor de Volumen del Gas contra Presin.

Patm.

FACTOR DE VOLUMEN DEL GAS LIBRE (Bg)

gb

g atm

Pb

P

Comportamiento de la Densidad del gas contra Presin

g

Patm.

DENSIDAD DEL GAS LIBRE ( )

Mtodo de Standing y Katz

Ecuaciones para gas superficial:

Ecuaciones para gas hmedo:

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD, Z

PSEUDO PRESIN REDUCIDA, P pr

PRESIN PSEUDO REDUCIDA, P pr

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD, Z

TEMPERATURA PSEUDO REDUCIDA, T pr

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD DEL GAS (Z)

Las ecuaciones siguientes permiten calcular, por ensaye y error, el valor de Z, usando como datos:

Donde:

A1 = 0.31506 A2 = -1.0467 A3 = -0.5783 A4 = 0.5353

A5 = -0.6123 A6 = -0.10489 A7 = 0.68157 A8 = 0.68446

El procedimiento consiste en suponer un valor de Z y sustituirlo en la Ec. 1. Se calcula Z con la 2 y se compara con el valor supuesto. Si no coinciden estos valores, se supone la siguiente iteracin el valor de Z calculado. El procedimiento se repite hasta caer dentro de una tolerancia preestablecida.

FACTOR DE COMPRESIBILIDAD DEL GAS (Z)

Se obtiene con la correlacin de Lee

donde:

g

Pb

P

g

Atm.

g

b

Comportamiento de la Viscosidad del Gas contra Presin.

PAtm.


g (Cp)

g


0.00

0.00

0.00

C6+

0.00

0.00

0.00

n-C5

0.01

0.01

0.01

i-C5

0.01

0.01

0.02

n-C4

0.02

0.02

0.02

i-C4

0.06

0.06

0.05

C3

0.10

0.10

0.10

C2

99.64

99.67

99.64

C1

0.06

0.06

0.05

CO2

0.03

0.01

0.05

N2

Z

?

?

?

Densidad del gas

?

?

?

Presin: 235 kg/cm2, Dens. Rel. = 0.65, Temperatura: 110 C

Pi (cada componente)

?

?

?

EJERCICIO

V.2. CORRELACIONES PARA DETERMINAR LAS PROPIEDADES DEL ACEITE SATURADO Y BAJO SATURADO

La presin del aceite saturado se correlacion de la siguiente forma:

Por lo que, despejando la relacin de solubilidad (RS) de la ecuacin anterior se tiene:

Pb

P

Pi

Rs

Rsi

Comportamiento de la Relacin de Solubilidad contra la Presin.

M.B. STANDING

50

Correlacin de Standing establecida para aceites de bajo encogimiento y gases de California, simulando separacin instantnea en dos etapas @ 100 F: la 1a entre 250 y 450 psia y la 2a a Patm.

El factor de volumen del aceite saturado se correlacion con la relacin gas disuelto-aceite, la temperatura, la densidad relativa del gas y la densidad del aceite. La expresin obtenida es la siguiente:

donde:

Pb

P

Pi

Bo

Bob

Boi

1

Patm

Comportamiento del Factor de Volumen del Aceite contra Presin.

M.B. STANDING

El primer paso para usar estas correlaciones para el aceite saturado consiste en obtener el valor de la densidad relativa del gas a una presin de separacin de 100 lb/pg2 man.

La correlacin para determinar la relacin de solubilidad

se afin dividiendo los datos en dos grupos, de

acuerdo con la densidad del aceite, obtenindose:

1.337E-9

-1.811E-8

C6

1.10E-5

1.751E-5

C5

4.67E-4

4.677E-4

C4

23.931

25.724

C3

1.1870

1.0937

C2

0.0178

0.0362

C1

VZQUEZ BEGGS

52

Vzquez y Beggs utilizaron ms de 6000 datos de Rs, Bo y visc. a distintas condiciones de presin y temperatura.

Se utiliz un valor de la densidad relativa del gas normalizado a 100 psi.

Los valores de la relacin de solubilidad y del factor de volumen del

aceite saturado se obtienen mediante los pasos siguientes:

1. Calcular P* con:

2. Calcular la relacin de solubilidad con:

3. Calcular BO* con:

4. Determinar el factor de volumen del aceite con:
Aceite voltilAceite negroa0.1300.172
OINSTEIN GLASO

53

La correlacin de Glaso se estableci mediante el uso de muestras de aceite producido en el Mar del Norte donde predominan aceites de tipo voltil, sin embargo ha dado buenos resultados su correccin para aceites negros.

Las siguientes ecuaciones corresponden a la correlacin de Lasater

para un aceite saturado:

donde pf es el factor de la presin en el punto de burbujeo, el cual fue

relacionado con la fraccin molar del gas (yg), a cuya curva resultante

le fue ajustada la ecuacin:

La fraccin molar del gas se calcula con la siguiente expresin:

J.A. LASATER

54

La correlacin de Lasater se basa en 158 datos medidos de Pb de 137 sistemas de produccin distintos de Canad, el centro y oeste de los Estados Unidos y de Amrica del Sur.

El error promedio es de 3.8 % y el mximo error observado fue del 14.7 %.

El peso molecular del aceite en el tanque de almacenamiento (Mo) se

correlacion con la densidad del aceite (API) en el tanque de almacenamiento, como lo muestran las siguientes ecuaciones:

Si15 API 40; entonces

Si40 API 55; entonces

La expresin para determinar la relacin de solubilidad:

La fraccin molar del gas en funcin de pf, se determina con:

J.A. LASATER

Densidad del aceite saturado

Katz propuso un mtodo para determinar la densidad del aceite, a condiciones de presin y temperatura a partir de la relacin de solubilidad, el factor de volumen del aceite, la densidad relativa del aceite y la densidad relativa del gas disuelto:

o

atm

Pb

P

Pi

o

o i

o

b

Comportamiento de la Densidad del Aceite contra Presin.

KATZ

Viscosidad del Aceite Saturado

Pb

P

Pi

o

o

atm

o

i

o

b

Comportamiento de la Viscosidad del Aceite contra Presin.

El procedimiento comprende la determinacin previa de la viscosidad del aceite muerto (om) a la temperatura de inters, as como de la relacin de solubilidad:

BEGGS Y ROBINSON

Tensin Superficial del Aceite Saturado

La tensin superficial del aceite saturado, se determina con la siguiente expresin:

BAKER

Correlacin de M. B. Standing

Cuando el aceite es de bajo encogimiento, esta presin puede

obtenerse con:

Correlacin de Vzquez - Beggs

CORRELACIONES PARA LA OBTENCIN DE Pb

Correlacin de Oistein Glaso

Para aceites voltiles es conveniente usar la ecuacin:

donde:

Correlacin de J. A. Lasater

CORRELACIONES PARA LA OBTENCIN DE Pb

Compresibilidad del aceite bajosaturado.

La compresibilidad del aceite bajo saturado se determina con la correlacin de Vzquez Beggs:

Densidad del aceite bajosaturado.

El procedimiento comprende la determinacin previa de la densidad del aceite a pb. El valor de la densidad del aceite bajo saturado se obtiene mediante la ecuacin:

La densidad del aceite a las condiciones de saturacin se deber calcular con: RS = R y Bo = Bob.

PROPIEDADES DEL ACEITE BAJOSATURADO

Viscosidad del aceite bajosaturado

Mediante las siguientes ecuaciones se determina la viscosidad del

aceite bajo saturado:

Factor de volumen del aceite bajosaturado

Para el aceite bajo saturado se tiene la ecuacin:

PROPIEDADES DEL ACEITE BAJOSATURADO

VI.- ECUACIONES DE ESTADO

Las ecuaciones de estado son tiles para describir las propiedades de los fluidos, mezclas y slidos. Cada substancia o sistema hidrosttico tiene una ecuacin de estado caracterstica dependiente de los niveles de energa moleculares y sus energas relativas.

El uso ms importante de una ecuacin de estado es para predecir el estado de gases. Una de las ecuaciones de estado ms simples para este propsito es la ecuacin de estado del gas ideal, que es aproximable al comportamiento de los gases a bajas presiones y temperaturas mayores a la temperatura crtica. Sin embargo, esta ecuacin pierde mucha exactitud a altas presiones y bajas temperaturas, y no es capaz de predecir la condensacin de gas en lquido.

Por ello, existe una serie de ecuaciones de estado ms precisas para gases y lquidos. Entre las ecuaciones de estado ms empleadas sobresalen las ecuaciones cbicas de estado. De ellas, las ms conocidas y utilizadas son la ecuacin de Peng-Robinson (PR) y la ecuacin de Redlich-Kwong-Soave (RKS).

PARA QUE SIRVEN LAS ECUACIONES DE ESTADO?

EXPRESIONES MATEMATICAS DE ECUACIONES DE ESTADO

LAS ECUACIONES DE ESTADO PERMITEN PREDECIR

Propiedades de los fluidos (Gases y Lquidos)

Densidades

Volmenes molares

Factores de compresibilidad

Factores de volumtricos

Capacidades calorficas

Entalpas

Entropas

Comportamiento de fases

Fracciones de Gas y Liquido

Composiciones de las fases

Puntos de roco, burbujeo y critico.

(cont)

66

Esta correlacin puede aplicarse para el rango de:

60 F < T < 400 F, P < 10000 psi,

salinidad %NaCl < 26 %

USOS DE LAS ECUACIONES DE ESTADO

Balance de Materiales composicional

Simulacin Composicional

Diseo de separadores Gas- Condensado

Diseo de columnas de Separacin

Procesos Criognicos

Diseo de tuberas de produccin y Lneas de flujo

VII.- GENERALIDADES DE ANLISIS PVT

El anlisis PVT es el conjunto de pruebas de laboratorio que se le hacen a una muestra representativa del yacimiento, las cuales consisten en simular en el laboratorio el agotamiento de presin de un yacimiento volumtrico e isotrmico midiendo exactamente los volmenes de gas y lquido en cada declinacin de presin, de esta manera se podr determinar las propiedades termodinmicas de los fluidos del yacimiento, permitiendo la seleccin del mtodo ms adecuado de produccin y la prediccin de su comportamiento a travs de la vida productiva.

La prueba de laboratorio que se realiza para obtener el comportamiento PVT, simula los tipos de separacin gas-lquido que ocurren durante la produccin desde el yacimiento hasta el separador. Este anlisis es importante porque permite conocer las propiedades de los fluidos del yacimiento, las cuales son de gran utilidad en clculos analticos asociados al balance de materiales y a la simulacin de yacimientos.

QU SON LOS ANLISIS PVT?

Importancia del Muestreo

Obtener una muestra representativa de yacimiento es importante para realizar un estudio de fluidos exacto y til para el desarrollo y explotacin de los yacimientos de aceite y gas.

Las muestras usadas para estos estudios deben tener las mismas propiedades de los fluidos de yacimiento en las actuales condiciones de yacimiento.

MUESTREO

Muestreo de Fondo

Muestreo de Superficie:

- Muestreo en Separador

- Muestreo en cabeza de pozo

CLASES DE MUESTREO

Caractersticas del fluido del yacimiento

Caractersticas del yacimiento

Equipo mecnico usado en la terminacin

Costos

Clase de Anlisis requeridos

FACTORES PARA LA SELECCIN DEL MUESTREO

Fluidos de Yacimiento deben ser tomados lo ms temprano posible, durante la vida productiva del yacimiento.

Yacimiento en una fase

Presin de Saturacin

Yacimiento en dos fases

MUESTREO DE FONDO

Procedimiento:

Estabilizar el pozo.

Crudo saturado:

Cerrar el pozo de uno a ocho dias.

Tomar muestras con pozo cerrado.

Crudo bajosaturado:

Tomar muestras con pozo fluyendo.

Profundidad:

Sitio mas profundo por donde pase el fluido de la formacin.

Presin no inferior a la presin esttica del yacimiento (presin estimada de saturacin)

MUESTREO DE FONDO

Herramientas:

Muestreador de 6 de longitud y 1 de dimetro.

Cmara de 600 700 cc.

Permite acumular muestras de petrleo y gas en solucin, a P y T del punto

de muestreo.

Nmero de muestras:

Mnimo 3 .

Medir Pb en el campo.

Aceptar si la diferencia de Pb es de 20 30 psi en caso contrario la

herramienta esta funcionando mal o el pozo no ha sido bien acondicionado.

MUESTREO DE FONDO

Acertada medicin de las propiedades bsicas del fluido cuando el fluido es totalmente desconocido (Pozos exploratorios).

Es fcil la toma de una muestra representativa de yacimiento cuando el yacimiento esta Bajosaturado.

El fluido recuperado es fluido in-situ, y se evita la recombinacin de muestras.

Fluidos ms representativos cuando se requieren estudios de precipitacin de solidos.

VENTAJAS DEL MUESTREO DE FONDO

No toma muestras representativas cuando Pwf < Pb.

No se recomienda cuando el pozo tiene una columna grande de agua.

Alto costo de operacin.

El pozo debe ser acondicionado antes del muestreo (estrangulado o cerrado).

No son convenientes en pozos de gas y condensado.

Volumen de muestra pequeo.

DESVENTAJAS DEL MUESTREO DE FONDO

En Separador, como muestras de gas y lquido para recombinar en el laboratorio.

En Cabeza de Pozo, como una muestra representativa de la corriente de Fondo.

MUESTREO EN SUPERFICIE

Tomar muestras de petrleo y gas en el separador de alta al mismo tiempo y bajo las mismas condiciones de presin y temperatura.

Diferencia en tiempo no mayor de una hora.

Medir en forma precisa las tasas correspondientes.

Recombinar las muestras segn RGA medida.

PROCEDIMIENTO DEL MUESTREO EN SUPERFICIE

Fcil de realizar y menos costoso.

Facilita el estudio de diferentes muestras con diferentes composiciones (RGA).

No es necesario cerrar el pozo.

Facilita el manejo de las muestras en el laboratorio.

Pueden ser usadas en estudios de Gas Condensado.

VENTAJAS DEL MUESTREO EN SUPERFICIE

Requerimiento de mayor cantidad de cilindros.

Se requiere una muy acertada medicin de RGA en Superficie.

Se requiere la recombinacin de gas y aceite en el laboratorio.

Un error del 5% en las tasas de flujo produce errores del orden de 150 psi en la Pb.

Resultados errneos cuando en el separador se tiene problemas de espuma, separacin ineficiente o nivel inadecuado de la interfase gas lquido.

DESVENTAJAS DEL MUESTREO EN SUPERFICIE

Muestreo de Fondo

En un yacimiento no saturado (Pyac>Psat), no se necesita acondicionar el pozo.

Para yacimientos saturados (Pyac RGA del fluido de fondo

Se debe conocer con certeza la Presin actual de yacimiento para obtener un fluido representativo de fondo.

Altamente confiable en yacimientos bajo-saturados

La RGA debe ser medida de separador con un flujo estable y constante (Pozo acondicionado).

RECOMBINACIN DE MUESTRAS EN SUPERFICIE

Objetivo

Liberar el fluido desde condiciones de yacimiento a condiciones de tanque.

Alcances

Relacin Gas-Aceite (RGA)

Factor Volumtrico de Formacin (FVF o Bo)

Densidad del Aceite de Tanque - API

LIBERACIN INSTANTNEA

El proceso de liberacin instantnea simula las condiciones de vaporizacin que existen en los yacimientos o en los sistemas de produccin, cuando el gas liberado permanece en contacto con su lquido asociado original. El gas se forma del lquido, al reducirse la presin mantenindose constante la composicin y la temperatura total del sistema. Se inicia a P > Pb y se agota la presin en varias etapas y al final se mide el volumen total gas lquido.

Hg

Liquido

Vt

Pb

Hg

Liquido

Hg

Liquido

Vt

Hg

Liquido

Gas

Vt

Vt

Vt

Hg

Liquido

Gas

Primera etapa

Segunda etapa

Tercera etapa

Cuarta etapa


Liberacin de Gas en el Yacimiento


Depende de la saturacin de gas libre Sg en la zona de petrleo.

Sg Sgc kg = 0. El gas no se mueve.

Liberacin TIPO INSTANTANEA

Ocurre al comienzo de la vida productiva o si hay acufero muy activado

Sg > Sgc kg > 0 el gas libre se mueve.

Liberacin de Gas en la Superficie


Bomba de

Desplazamiento

Positivo

Aceite de

Yacimiento

Py - Ty

Esta prueba determina la densidad del Aceite de yacimiento a condiciones de fondo (P y T de yacimiento)

DENSIDAD

Objetivo

Simular el comportamiento del aceite de yacimiento cuando es producido a travs de dos etapas de separacin.

Bomba de

Desplazamiento

Positivo

Aceite de

Yacimiento

Py - Ty

Gas

Gas

Pseparador

Tseparador

Separador

TANQUE

LIQUIDO

PRUEBA DE SEPARADOR

Pruebas de liberacin instantnea.

Se realizan en un separador en el laboratorio. Cuantificar efecto de P y T de separacin de superficie sobre Bo y Rs.

La muestra del crudo saturado a Pb y Ty se pasa por el separador y se expande hasta la presin atmosfrica.

Para cada presin del separador se obtiene:

- Factor volumtrico del petrleo a Pb, Bo

- Relacin gas petrleo en solucin a Pb , Rs

- Gravedad API del petrleo del tanque

- Composicin del gas separado

PRUEBA DE SEPARADOR

Caractersticas

Presin ptima de Separacin

Al variar la presin del separador se puede obtener una presin ptima.

Menor liberacin de gas.

Crudo con mayor API

Crudo con menor factor volumtrico.

Presin ptima de separacin = > mayor cantidad de petrleo en el tanque.

PRUEBA DE SEPARADOR

PRUEBA DE SEPARADOR

Presin ptima de Separacin

Efecto de la Presin del Separador sobre Bo, Rs y API

Rs

Bo

PRUEBA DE SEPARADOR

Esta es una prueba realizada tomando lecturas de Presin y Volumen de la muestra a temperatura de yacimiento para determinar:

La Presin de saturacin de la muestra

Cambios en Volumen de fluido

Compresibilidad del aceite arriba de la Presin de Saturacin

RELACIN PRESIN VOLUMEN (RPV)

Liberacin de Gas en el Yacimiento

Fase gaseosa se mueve hacia el pozo a tasa de flujo mayor que la lquida.

Composicin total del sistema cambia en un volumen de control dado.

Liberacin TIPO DIFERENCIAL.

Ocurre cuando la presin del yacimiento cae por debajo del Pb

RGP > Rs

La liberacin de gas en el yacimiento se considera intermedia entre diferencial e instantnea aunque se acerca ms a la diferencial, debido a la elevada cada de presin en la cercana a los pozos.

LIBERACIN DIFERENCIAL

La liberacin de gas diferencial a condiciones de yacimiento, se simula en el laboratorio mediante una secuencia de etapas de liberacin instantnea, inicindose estas a la presin original del yacimiento . Despus de cada decremento de presin se miden los volmenes de gas y aceite en la celda a las condiciones de equilibrio.

El gas se extrae al final de cada abatimiento de presin, determinndose su volumen a las condiciones atmosfricas. La viscosidad del aceite se mide a las condiciones de presin y temperatura de la celda, usando un viscosmetro.

El proceso de liberacin diferencial pretende simular el comportamiento de los fluidos acumulados en yacimientos donde la mayor parte del gas liberado se separa de su fase lquida asociada.

Hg

Liquido

Vo

Pb

Hg

Liquido

Gas

Primera etapa

Hg

Liquido

Vo

Gas

Hg

Liquido

Gas

Hg

Liquido

Vo

Gas

Segunda etapa


La prueba de liberacin diferencial permite determinar

Relacin de solubilidad (Rs)

Factor de volumen del petrleo (Bo)

Factor de volumen total (Bot)

Densidad del petrleo

Viscosidad del gas (g)

Gravedad especfica del gas

Factor de compresibilidad (Factor Z)

Factor volumtrico del gas (Bg)

Gravedad API del crudo residual

Relacin Gas Aceite (RGA)

Composicin del gas y el aceite


En esta Prueba se mide la viscosidad del aceite por debajo y por encima de la presin de saturacin, hasta la presin atmosfrica.

VISCOSIDAD

Mismo Procedimiento de la RPV

Prueba Realizada en una celda de alta presin con ventana para observar visualmente el punto de Saturacin del fluido y los cambios de volumen de las fases (gas y condensado) con la variacin de la presin.

EXPANSIN A COMPOSICIN CONSTANTE

La prueba determina:

Presin de Saturacin (Presin De Roco)

Curva de Produccin de Liquido (Curva de Liquido Retrogrado)


Presin de Saturacin

Punto de condensacin mxima


Objetivo

Definir el comportamiento retrogrado de las fases mediante agotamiento a volumen Constante

La prueba es diseada para proveer datos volumtricos y composicionales para gases condensados o aceites voltiles

AGOTAMIENTO A VOLUMEN CONSTANTE

Gas

Aceite o Condensado

P.Saturacin

5000 Psi

P1=4500 psi

P2=4000 psi

Pn-1=1000 psi

Pn=500 psi

Pn=500 psi

Explicacin:

Establecer la muestra a Presin de Saturacin y Leer este volumen (Volumen de Referencia)

Escoger las etapas de reduccin de Presin desde Presin de Saturacin hasta 500 psi (Presin de abandono)

Reducir la Presin hasta la primera presin de trabajo agitando constantemente para lograr equilibrio

Volmenes de aceite o condensado y gas son medidos

A presin constante, volumen de gas es removido hasta alcanzar el volumen de referencia (Volumen de la muestra a presin de Saturacin)

El gas es trado a condiciones atmosfricas y la cantidad de gas y aceite o condensado producido son medidas

Gas es enviado a anlisis cromatogrfico para obtener su composicin

Repetir el procedimiento para las siguientes Etapas

El liquido al final de la ultima Etapa es medido y analizado por cromatografa

AGOTAMIENTO A VOLUMEN CONSTANTE

PROCESO DE RECOMBINACIN

Muestreo de Superficie

PROCESO ANLISIS PVT

Fluido Recombinado o Muestra de Fondo

La muestra de fluido tomada no representa adecuadamente la composicin original de los fluidos del yacimiento.

La muestra se toma a Py

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