PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS DEL PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS DEL PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS DEL RESERVORIORESERVORIORESERVORIO

El objetivo de este capítulo es el estudio de lasEl objetivo de este capítulo es el estudio de lasdiferentes propiedades físicas de los fluidosdiferentes propiedades físicas de los fluidosdiferentes propiedades físicas de los fluidospresentes en los reservorios:presentes en los reservorios:presentes en los reservorios:

•Gas Natural•Gas Natural•Gas Natural

•Petróleo•Petróleo•Petróleo

•Agua•Agua•Agua

GAS NATURALGAS NATURALSe define un gas como un fluido homogéneoSe define un gas como un fluido homogéneoSe define un gas como un fluido homogéneode baja viscosidad y densidad, que no tienede baja viscosidad y densidad, que no tienevolumen definido pero que se expande hastavolumen definido pero que se expande hastavolumen definido pero que se expande hastallenar completamente el recipiente que lollenar completamente el recipiente que locontiene.contiene.contiene.

El gas natural es una mezcla de hidrocarburosEl gas natural es una mezcla de hidrocarburosEl gas natural es una mezcla de hidrocarburos(principalmente CH4) que existe en los(principalmente CH4) que existe en losyacimientos en fase gaseosa, o en soluciónyacimientos en fase gaseosa, o en soluciónyacimientos en fase gaseosa, o en solucióncon el aceite, y que a condicionescon el aceite, y que a condicionesatmosféricas permanece en fase gaseosa.

Comp. %yiatmosféricas permanece en fase gaseosa.

Comp. %yiN2 1.03 atmosféricas permanece en fase gaseosa.

Puede encontrarse mezclado con algunasN2 1.03 CO2 4.19 Puede encontrarse mezclado con algunas

impurezas o sustancias que no sonC1 80.84 C2 7.19 impurezas o sustancias que no son C2 7.19 C3 3.66 impurezas o sustancias que no son

hidrocarburos, tales como ácido sulfhídrico,C3 3.66 IC4 0.60 hidrocarburos, tales como ácido sulfhídrico,

nitrógeno o dióxido de carbono.

IC4 0.60 NC4 1.24 iC5 0.46 nitrógeno o dióxido de carbono. iC5 0.46 nC5 0.32

nitrógeno o dióxido de carbono.nC5 0.32 C6 0.33 C6 0.33 C7+ 0.14 C7+ 0.14 TOTAL 100.00

PROPIEDADES FISICAS DEL GAS NATURALPROPIEDADES FISICAS DEL GAS NATURAL

Masa Molecular ( Ma )Masa Molecular ( Ma )Masa Molecular ( Ma )

Gravedad específica ( GE )Gravedad específica ( GE )Gravedad específica ( GE )

Factor de compresibilidad (“Z”)Factor de compresibilidad (“Z”)Factor de compresibilidad (“Z”)

Densidad del Gas ( ρg )Densidad del Gas ( ρg )Densidad del Gas ( ρg )

Compresibilidad isotérmica del gas ( Cg )Compresibilidad isotérmica del gas ( Cg )Compresibilidad isotérmica del gas ( Cg )

Factor del volumétrico del gas ( βg )Factor del volumétrico del gas ( βg )Factor del volumétrico del gas ( βg )

Factor de Expansión del gas ( Eg )Factor de Expansión del gas ( Eg )Factor de Expansión del gas ( Eg )

Viscosidad del gas ( μg )Viscosidad del gas ( μg )Viscosidad del gas ( μg )

Poder caloríficoPoder caloríficoPoder calorífico

GASES IDEALESGASES IDEALES

De acuerdo a la teoría cinética, los gases están compuestos deDe acuerdo a la teoría cinética, los gases están compuestos deDe acuerdo a la teoría cinética, los gases están compuestos deun gran número de moléculas, para un gas ideal el volumen deun gran número de moléculas, para un gas ideal el volumen deestas moléculas es insignificante comparado con el volumenestas moléculas es insignificante comparado con el volumenestas moléculas es insignificante comparado con el volumentotal ocupado por el gas. Se asume también que estastotal ocupado por el gas. Se asume también que estasmoléculas no tienen fuerzas atractivas o repulsivas entre ellas ymoléculas no tienen fuerzas atractivas o repulsivas entre ellas ymoléculas no tienen fuerzas atractivas o repulsivas entre ellas yque las colisiones entre ellas son perfectamente elásticas.que las colisiones entre ellas son perfectamente elásticas.

Ecuación de estado de los gases Ideales:Ecuación de estado de los gases Ideales:Ecuación de estado de los gases Ideales:

GASES IDEALESGASES IDEALESEcuación de estado de los gases Ideales expresada en funciónEcuación de estado de los gases Ideales expresada en funciónde la masa y el peso molecular de la masa y el peso molecular de la masa y el peso molecular

Ecuación de estado de los gases Ideales expresada en funciónEcuación de estado de los gases Ideales expresada en funciónEcuación de estado de los gases Ideales expresada en funciónde la densidadde la densidad

PROPIEDADES FISICAS (COMPONENTES PUROS)PROPIEDADES FISICAS (COMPONENTES PUROS)PROPIEDADES FISICAS (COMPONENTES PUROS)

PROPIEDADES FISICAS (COMPONENTES PUROS)PROPIEDADES FISICAS (COMPONENTES PUROS)PROPIEDADES FISICAS (COMPONENTES PUROS)

PROPIEDADES DE LOS GASES IDEALESPROPIEDADES DE LOS GASES IDEALES

Masa molecular aparenteMasa molecular aparenteMasa molecular aparente

DensidadDensidadDensidad

Volúmen específicoVolúmen específicoVolúmen específico

PROPIEDADES DE LOS GASES IDEALESPROPIEDADES DE LOS GASES IDEALESPROPIEDADES DE LOS GASES IDEALESGravedad específicaGravedad específicaGravedad específica

Ejemplos:Ejemplos:Ejemplos:

1. La composición de un gas se muestra a continuación, asumiento el1. La composición de un gas se muestra a continuación, asumiento elcomportamiento ideal calcular:comportamiento ideal calcular:

a. Masa molecular aparentea. Masa molecular aparente

b. Gravedad específicab. Gravedad específica

c. Densidad a 1500 psia y 200 °Fc. Densidad a 1500 psia y 200 °F

PROPIEDADES DE LOS GASES IDEALESPROPIEDADES DE LOS GASES IDEALESPROPIEDADES DE LOS GASES IDEALES2. Un gas ideal tiene una densidad de 1.92 lb/pc a 500 psi y 100 °F. Calcular2. Un gas ideal tiene una densidad de 1.92 lb/pc a 500 psi y 100 °F. Calcularla masa molecular aparente de la mezcla.la masa molecular aparente de la mezcla.la masa molecular aparente de la mezcla.

3. Dada la composición del gas, asumiendo el comportamiento ideal3. Dada la composición del gas, asumiendo el comportamiento ideal3. Dada la composición del gas, asumiendo el comportamiento idealcalcular:calcular:

a. Fracción Molar del gasa. Fracción Molar del gas

b. Masa molecular aparenteb. Masa molecular aparente

c. Gravedad específicac. Gravedad específica

d. Volumen específico a 300 psia y 120 °Fd. Volumen específico a 300 psia y 120 °F

PROPIEDADES DE LOS GASES IDEALESPROPIEDADES DE LOS GASES IDEALESLa ecuación de estado para gases ideales generalmenteLa ecuación de estado para gases ideales generalmenteconduce a resultados satisfactorios a bajas presiones.conduce a resultados satisfactorios a bajas presiones.conduce a resultados satisfactorios a bajas presiones.

A altas presiones el uso de esta relación puede conducir aA altas presiones el uso de esta relación puede conducir aerrores hasta de 500%, comparado con el 2 a 3% a condicioneserrores hasta de 500%, comparado con el 2 a 3% a condicioneserrores hasta de 500%, comparado con el 2 a 3% a condicionesestandard.estandard.

Básicamente la desviación del comportamiento ideal con el realBásicamente la desviación del comportamiento ideal con el realBásicamente la desviación del comportamiento ideal con el realse incrementa con el aumento de presión, temperatura y lase incrementa con el aumento de presión, temperatura y lacomposición del gas.composición del gas.composición del gas.

Esto se debe a que la suposición con la que se formuló laEsto se debe a que la suposición con la que se formuló laEsto se debe a que la suposición con la que se formuló laecuación de los gases ideales, no es válida para los gases reales.ecuación de los gases ideales, no es válida para los gases reales.

ECUACION DE ESTADO PARA GASES REALESECUACION DE ESTADO PARA GASES REALESECUACION DE ESTADO PARA GASES REALES

Donde z, factor de compresibilidad del gas, factor de desviaciónDonde z, factor de compresibilidad del gas, factor de desviaciónDonde z, factor de compresibilidad del gas, factor de desviacióndel gas o factor z. (Sin unidades).del gas o factor z. (Sin unidades).

Se define z, como la relación del volumen actual(real) de unSe define z, como la relación del volumen actual(real) de unSe define z, como la relación del volumen actual(real) de unnúmero de moles de un gas a una temperatura T y a una presiónnúmero de moles de un gas a una temperatura T y a una presiónP; sobre el mismo volumen ideal de un número de moles a laP; sobre el mismo volumen ideal de un número de moles a laP; sobre el mismo volumen ideal de un número de moles a lamisma presión y temperatura.misma presión y temperatura.

FACTOR DE DESVIACION ZFACTOR DE DESVIACION ZFACTOR DE DESVIACION ZDependencia de Z vs P para gases reales (@ 300 °K)Dependencia de Z vs P para gases reales (@ 300 °K)

Z = 1, comportamiento de Gas Ideal. (altas temperaturas y bajas presiones).Z = 1, comportamiento de Gas Ideal. (altas temperaturas y bajas presiones).

Z > 1, gases difícilmente compresibles (altas temperaturas y presiones).Z > 1, gases difícilmente compresibles (altas temperaturas y presiones).

Z < 1, gases fácilmente compresibles (bajas temperaturas y altas presiones).Z < 1, gases fácilmente compresibles (bajas temperaturas y altas presiones).

FACTOR DE DESVIACION ZFACTOR DE DESVIACION ZFACTOR DE DESVIACION ZZ vs P para hidrógeno a diferentes temperaturasZ vs P para hidrógeno a diferentes temperaturas

Determinación de la presión y temperatura pseudo críticasDeterminación de la presión y temperatura pseudo críticasDeterminación de la presión y temperatura pseudo críticas

“Estos métodos suponen que cada componente contribuye a la“Estos métodos suponen que cada componente contribuye a lapresión y temperatura pseudo críticas en proporción a supresión y temperatura pseudo críticas en proporción a supresión y temperatura pseudo críticas en proporción a suporcentaje de volumen en el gas”.porcentaje de volumen en el gas”.

Método de KayMétodo de Kay

Método de Stewart, Burkhardt y VooMétodo de Stewart, Burkhardt y Voo

Determinación de la presión y temperatura pseudo críticas a partirDeterminación de la presión y temperatura pseudo críticas a partirde la gravedad específica (Brown et al. 1948)de la gravedad específica (Brown et al. 1948)

Determinación de la presión y temperatura pseudo críticasDeterminación de la presión y temperatura pseudo críticasDeterminación de la presión y temperatura pseudo críticas

Corrección por impurezasCorrección por impurezasCorrección por impurezasEl gas natural frecuentemente contiene materiales que no sonEl gas natural frecuentemente contiene materiales que no sonEl gas natural frecuentemente contiene materiales que no sonhidrocarburos (N , CO y H S).hidrocarburos (N2, CO2 y H2S).2 2 2

Los gases se clasifican en dulces o amargos dependiendo delLos gases se clasifican en dulces o amargos dependiendo delcontenido de H S, si el contenido es mayor 4 ppm por pie cúbicocontenido de H2S, si el contenido es mayor 4 ppm por pie cúbicocontenido de H2S, si el contenido es mayor 4 ppm por pie cúbicode gas se considera gas amargo.de gas se considera gas amargo.

Gas dulce: Es aquel que contiene cantidades de H2S menores aGas dulce: Es aquel que contiene cantidades de H2S menores a4ppm(v).4ppm(v).4ppm(v).

Gas ácido: Es aquel que contiene cantidades apreciables de H S,Gas ácido: Es aquel que contiene cantidades apreciables de H2S,CO y otros componentes ácidos (Se vuelve corrosivo en

2CO2 y otros componentes ácidos (Se vuelve corrosivo enCO2 y otros componentes ácidos (Se vuelve corrosivo enpresencia de agua libre).presencia de agua libre).

Si la concentración de impurezas es menor a 5%, la magnitudSi la concentración de impurezas es menor a 5%, la magnitudSi la concentración de impurezas es menor a 5%, la magnituddel factor “Z” no se verá muy afectada. Para concentracionesdel factor “Z” no se verá muy afectada. Para concentracionesmayores de 10% el factor “Z” se verá afectado.mayores de 10% el factor “Z” se verá afectado.mayores de 10% el factor “Z” se verá afectado.

Corrección por impurezasCorrección por impurezasCorrección por impurezasMétodo de Wichert-AzizMétodo de Wichert-AzizMétodo de Wichert-Aziz

Método de Carr-Kobayashi-BurrowsMétodo de Carr-Kobayashi-BurrowsMétodo de Carr-Kobayashi-Burrows

Corrección por impurezasCorrección por impurezasCorrelación de Ahmed (1989):

Corrección por impurezasCorrelación de Ahmed (1989):Correlación de Ahmed (1989):

yyy 18.152.1967.0 SHCONgM yyy 18.152.1967.0

SHCONgM yyy222

18.152.1967.0

gHC yyy222

1

SHCONgHC yyy

2221 SHCON 222

CORRECCION POR HIDROCARBUROS PESADOSCORRECCION POR HIDROCARBUROS PESADOSMétodo de Sutton

CORRECCION POR HIDROCARBUROS PESADOSMétodo de SuttonMétodo de Sutton

PROPIEDADES DEL C7+PROPIEDADES DEL C7+PROPIEDADES DEL C7+

Determinación de la presión y temperatura Determinación de la presión y temperatura Determinación de la presión y temperatura pseudo reducidaspseudo reducidaspseudo reducidas

DETERMINACION DETERMINACION DETERMINACION DEL FACTOR DE DEL FACTOR DE DESVIACIÓN “Z”DESVIACIÓN “Z”DESVIACIÓN “Z”

DETERMINACION DEL FACTOR DE DESVIACIÓN “Z”DETERMINACION DEL FACTOR DE DESVIACIÓN “Z”DETERMINACION DEL FACTOR DE DESVIACIÓN “Z”Ejemplo 4: Determinar el factor de desviación Z y densidadEjemplo 4: Determinar el factor de desviación Z y densidadEjemplo 4: Determinar el factor de desviación Z y densidadpara un gas que tiene la siguiente composición:para un gas que tiene la siguiente composición:

P1=1500 psia T1=150 °FP1=1500 psia T1=150 °F

P2=2000 psia T2=180 °FP2=2000 psia T2=180 °FP2=2000 psia T2=180 °F

P3=3500 psia T3=200 °FP3=3500 psia T3=200 °F

Ejemplo 5:Un gas amargo tiene una gravedad específica 0.7, 5% de Ejemplo 5:Un gas amargo tiene una gravedad específica 0.7, 5% de Ejemplo 5:Un gas amargo tiene una gravedad específica 0.7, 5% de CO2 y 10 % de H2S.CO2 y 10 % de H2S.

Calcular la densidad del gas a:Calcular la densidad del gas a:Calcular la densidad del gas a:

1) 4000 psia 180 °F1) 4000 psia 180 °F1) 4000 psia 180 °F

2) 3000 psia 150 °F2) 3000 psia 150 °F

COMPRESIBILIDAD ISOTERMICA DEL GAS (Cg psi-1)COMPRESIBILIDAD ISOTERMICA DEL GAS (Cg psi-1)COMPRESIBILIDAD ISOTERMICA DEL GAS (Cg psi-1)

Para gases ideales (z=1)Para gases ideales (z=1)Para gases ideales (z=1)

Para gases realesPara gases realesPara gases reales

COMPRESIBILIDAD ISOTERMICA DEL GAS (Cg psi-1)COMPRESIBILIDAD ISOTERMICA DEL GAS (Cg psi-1)COMPRESIBILIDAD ISOTERMICA DEL GAS (Cg psi-1)

FACTOR VOLUMETRICO DEL GAS (βg pc/pcs)FACTOR VOLUMETRICO DEL GAS (βg pc/pcs)FACTOR VOLUMETRICO DEL GAS (βg pc/pcs)El factor volumétrico βg es usado para relacionar el volumenEl factor volumétrico βg es usado para relacionar el volumenEl factor volumétrico βg es usado para relacionar el volumende gas a condiciones de reservorio y el volumen de gas ade gas a condiciones de reservorio y el volumen de gas acondiciones estandard (60°F y 14.7 psia).condiciones estandard (60°F y 14.7 psia).condiciones estandard (60°F y 14.7 psia).

Cuando Psc= 14.7 psia y Tsc = 60°F = 520 °RCuando Psc= 14.7 psia y Tsc = 60°F = 520 °R

FACTOR DE EXPANSION DEL GAS (Eg pcs/pc)FACTOR DE EXPANSION DEL GAS (Eg pcs/pc)

Ejemplo 6:Ejemplo 6:Ejemplo 6:

Usando la composición del problema 3, asumiendo comportamientoUsando la composición del problema 3, asumiendo comportamientoreal calcular:real calcular:real calcular:

a) Densidad del gas a 2000 psia y 150 °Fa) Densidad del gas a 2000 psia y 150 °Fb) Volumen específico a 2000 psia y 150 |Fb) Volumen específico a 2000 psia y 150 |F

c) Factor volumétrico del gas.c) Factor volumétrico del gas.c) Factor volumétrico del gas.

7. Un gas natural que tiene una gravedad específica de 0.75 y un7. Un gas natural que tiene una gravedad específica de 0.75 y unfactor volumétrico de 0.00529 pc/pcs a las condiciones defactor volumétrico de 0.00529 pc/pcs a las condiciones dereservorio. Calcular la densidad del gas.reservorio. Calcular la densidad del gas.reservorio. Calcular la densidad del gas.

VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)Viscosidad de un fluido es la medida de la resistencia (fricciónViscosidad de un fluido es la medida de la resistencia (fricciónViscosidad de un fluido es la medida de la resistencia (friccióninterna) que tiene el fluido a moverse.interna) que tiene el fluido a moverse.

Las impurezas presentes en el gas tienden a incrementar laLas impurezas presentes en el gas tienden a incrementar laLas impurezas presentes en el gas tienden a incrementar laviscosidad del sistema. Para concentraciones de impurezasviscosidad del sistema. Para concentraciones de impurezasmayores a 5% debe hacerse la corrección por impurezas.mayores a 5% debe hacerse la corrección por impurezas.mayores a 5% debe hacerse la corrección por impurezas.

Método de Carr-Kobayashi-BurrowsMétodo de Carr-Kobayashi-BurrowsMétodo de Carr-Kobayashi-Burrows

VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)

VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)

VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)VISCOSIDAD DEL GAS (µg cp)

Método de Lee-Gonzalez-Eakin (para gases dulces)Método de Lee-Gonzalez-Eakin (para gases dulces)Método de Lee-Gonzalez-Eakin (para gases dulces)

EJERCICIOSEJERCICIOSEJERCICIOS8.8.8.

EJERCICIOSEJERCICIOSEJERCICIOS9.9.