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FASE DE HIDROCARBUROS COMPORTAMIENTO2-1 FUNDAMENTOS DE COMPORTAMIENTO FASEPetróleo sistemas son conocidos por exhibir un comportamiento de fases múltiples sobre extremadamente amplios rangos de presiones y temperaturas . De hecho mezclas de hidrocarburos se han observado con dos o más fases en equilibrio a temperaturas tan bajas como -250 ° C y superiores a 1.000 . Las composiciones moleculares de las fases gaseosa y líquida en una roca depósito son diferentes , y por lo tanto las propiedades físicas de las fases difieren . Esta diferencia en las propiedades de fase , en combinación con las características de permeabilidad relativa depósito ( roca ) , los resultados en el comportamiento complejo de yacimientos de hidrocarburos .El comportamiento de fase de los sistemas de toma de hidrocarburos en un mayor grado de complejidad cuando se introducen las variables de presión y temperatura . Para evitar parte de la complejidad , una discusión por etapas de comportamiento de la fase de hidrocarburos se desarrollará a través de los siguientes temas:Termodinámica básicaComportamiento de fase de un sistema de componente puroLos sistemas binarios ( de dos componentes )Sistemas multicomponentes generalizadas

2-1-1 TERMODINÁMICO TERMINOLOGÍAAntes de considerar el efecto de la temperatura y la presión sobre los sistemas de hidrocarburos , lo haremosdefinir algunos términos . SISTEMA :cantidad de sustancias dentro de los límites indicados en virtudcondiciones especificadas .COMPONENTES:Las sustancias puras que componen el sistema . Por estapropósito que será considerado como especies moleculares de fijocomposición elemental y el peso molecular .FASES :Física y químicamente homogénea subsistemasseparados por fronteras definidas, pero que hacer que la masatransferir a otras fases .EQUILIBRIO :Un sistema aislado está en equilibrio termodinámico si elpropiedades del sistema no alteran el tiempo que la externamedio ambiente no ha cambiado.INTENSIVOPROPIEDADES: Propiedades físicas se denominan sea intensiva oextensa . Propiedades intensivas son independientes de lacantidad de material presente . es decir, densidad , volumen específico ,factor de viscosidad y la compresibilidad , la presión ytemperatura

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Las propiedades extensivas: Propiedades tales como el volumen y la masa se denominan extensa, sus valores se determinan por la cantidad total de materia presente.2-1-2 FASE DE COMPORTAMIENTO DE SISTEMAS componente puroPara empezar, es útil revisar el comportamiento de un componente puro bajo diferentes presiones y temperaturas para obtener una visión del comportamiento de los sistemas de hidrocarburos más complejos. La Figura 1 muestra los límites de fase de presión-temperatura para un sistema de un solo componente (CO2). Los límites y sus intersecciones son anotados como sigue:

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Línea de presión de vapor ( l + g )Para una sustancia pura , la línea de presión de vapor se divide regiones en las que la sustancia es un líquido ( 1 ) de las regiones donde la sustancia es un gas ( g ) . La presión y temperaturas por encima de la línea indican las condiciones para las que la sustancia es un líquido; puntos por debajo de la línea representan las condiciones bajo las cuales es un gas. Otros dos términos de uso común en relación con la presión de vapor de un sistema son el punto de burbujeo y el punto de rocío . El punto de ebullición de un líquido es la primera aparición (burbuja) de una fase gaseosa en llegar a la línea de equilibrio de dos fases , mientras que para un gas del punto de rocío es la primera aparición de líquido ( condensación ) en la línea de dos fases. Para un componente puro del punto de burbujeo y el punto de rocío son co - incidente en la curva de presión de vapor , para una mezcla no es una distinción importante que se discutirá en detalle a continuación .Punto crítico (C )El límite superior ( p, T ) de la curva de presión de vapor es el punto crítico ( C ) . La temperatura y la presión que representa este punto se llaman la temperatura crítica (Tc ) y la presión crítica (Pc ) . Para una sustancia pura Tz es la temperatura por encima del cual un vapor no puede ser ' licuado independientemente de la presión aplicada y por encima de Pe un líquido no puede ser " vaporizado ' independientemente de la temperatura . Para una sustancia pura por encima de su punto crítico ( ya sea en T o p ) , no puede distinguir entre las fases líquida y de vapor , sino que se refiere simplemente como un "fluido" . Considere la posibilidad de la ruta que se muestra alrededor del punto crítico en la Figura 2 para una sustancia pura confinado más de mercurio en una célula PVT visual . Los diagramas esquemáticos que ilustran el comportamiento que se observó , aunque los volúmenes de fase no son a escala. Es posible pasar de A a D a través de ya sea : i ) la muestra someterse a un cambio de fase ( AED ) o ii ) la muestra restante monofásica ( ABCD ) .4

Punto Triple ( T)Este punto representa la presión y la temperatura (sólo ) a la que sólido , líquido y vapor coexisten de una sustancia pura bajo equilicondiciones brio .Sublimación Curve ( s g )La curva de sublimación es simplemente la curva de presión de vapor para el sólido . No es una continuación suave de la curva de presión de vapor de gas -líquido ; hay una discontinuidad en la curvatura en el punto triple . La línea divide el área entre sólido ( s ) y el vapor (G ) y continúa hacia abajo a ( T = 0 , p = 0 ) en las escalas absolutas .Line Punto de fusión ( s 1 )Esta línea separa sólidos de líquidos. Para los hidrocarburos puros ( como para la mayoría de las sustancias ) , el punto de fusión aumenta generalmente con la presión por lo que la pendiente de la línea es positiva . Agua (y algunas otras sustancias ) es excepcional, ya que su punto de fusión disminuye inicialmente con la presión , es decir : la línea del punto de fusión tiene pendiente negativa desde el punto triple. A presiones muy altas , la curva de fusión para el agua vuelve a una

pendiente positiva ( dP / dt > 0 ) . A diferencia de la curva de presión de vapor , la línea de fusión no tiene límite superior conocido análoga a la del punto crítico para el líquido y el gas .2-1-3 USO DE diagramas de faseConsidere el comportamiento de una célula PVT cargada con una sustancia pura y el volumen varió por un pistón a temperatura constante tal como se muestra en la Figura 3 . Siguiendo el camino 1-2-3-4 , el gas sufre un principio de compresión y aumenta la presión . Cuando se alcanza la presión de vapor ( a una temperatura T fija ) de condensación de líquido comienza ( punto de rocío) . A medida que el pistón se mueve en más , la presión se mantiene constante y el volumen de las disminuciones en fase gaseosa , mientras que el líquido aumenta el volumen de fase . Cuando la última burbuja de gas desaparece ( 3 ) ( punto de burbuja ) , la presión comienza a aumentar de nuevo rápidamente , a medida que se comprime el líquido ( 4 ) .

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2-1-4 sistemas binarios Como se describió anteriormente, las sustancias puras son únicos en un sentido en el que su burbuja y puntos de rocío son coincidentes en la curva de presión de vapor. Para binario (y todos los sistemas de múltiples componentes) de vapor de equilibrio líquido se produce dentro de una envolvente de fases. La distinción se muestra esquemáticamente en la Figura 4. Tenga en cuenta que el punto crítico ya no es necesariamente a la temperatura máxima y / o presión a la que el gas y el líquido coexisten. En términos de AP, diagrama de V para una mezcla (Figura 5), la distinción entre la burbuja y el punto de rocío a una temperatura en particular es claramente aparente. Como resultado, las mezclas exhiben un número de fenómenos de comportamiento de fase adicionales que no se pueden obtener con sustancias puras. A modo de ejemplo, un sistema binario será considerado con más detalle.

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• Punto CríticoFigura 4: Transición de vapor de prensa: ure curva de componente puro en Sobre fase para sistemas multicomponentesEtano / mezcla de n-heptanoLa Figura 6 es el diagrama de presión-temperatura para una mezcla de etano y n-heptano. En todas las presiones y temperaturas fuera del diagrama de fase, la mezcla es en una sola fase. En todas las presiones y temperaturas dentro del diagrama de fases, la mezcla existe en dos fases. Línea AC es el lugar geométrico del punto de burbuja y BC es el lugar geométrico del punto de rocío. Al igual que antes, C es el punto crítico en el que las propiedades de las fases líquida y gaseosa se vuelven idénticos. Dos términos adicionales de uso común para describir los extremos de presión y temperatura de la envolvente de fases son el cricondenbárica y cricondenterma (conocido a veces como el maxcondenbar y maxcondentherm respectivamente).

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Cricondenbárica ( a --- a )El cricondenbárica se define como la presión máxima a la que el gas y el líquido pueden existir en equilibrio . Cricondenterma ( b --- b ) El cricondenterma se define como la temperatura máxima a la que el gas y el líquido pueden existir en equilibrio .Tenga en cuenta que para este sistema de la curva de punto de rocío tiene dos soluciones (una presión alta , una baja presión ) para un rango de temperaturas entre el punto crítico y la cricondenterma . Esta es una consecuencia directa del punto crítico ya no estar en los extremos de la envolvente de fases y que el etano / sistema de heptano exhibe el fenómeno de la condensación retrógrada . Condensación retrógrada se observa comúnmente en muchos sistemas de petróleo y se ilustra más claramente en la Figura 7 .Figura 7 : Representación esquemática de condensación retrógrada

El ABCDE camino es a temperatura constante y cruza la curva de rocío dos veces. El comportamiento observado se muestra esquemáticamente en la parte inferior de la figura . A medida que se disminuye la presión ( incremento del volumen) se observa líquido para condensar el fluido de fase única . El volumen de líquido se acumula hasta un máximo y que el sistema se expande aún más , la re- evapora el líquido hasta que el punto de rocío inferior se alcanza . Un fenómeno similar se observa mediante la variación de la temperatura y el movimiento a través de la parte superior de la envolvente de fase a una presión constante entre la presión crítica y la cricondenbárica . Una vez más , la curva de rocío es atravesado dos veces y se observó líquido a ' condensan ' y ' evaporar ' .2-1-5 GENERALIZADAS SISTEMAS MULTI - COMPONENTELa Figura 8 es un diagrama de presión - temperatura típica de los sistemas de hidrocarburos de componentes múltiples . Las líneas dentro del ámbito del Esquema se llaman líneas de calidad ISO- volumen o . Se describen condiciones de presión y temperatura para iguales porcentajes de volumen de la fase líquida . Tenga en cuenta que las líneas de calidad convergen en el punto crítico .A medida que se produce depósito de líquido , la presión del yacimiento cae mientras que la temperatura del yacimiento permanece constante. El depósito de líquido a menudo entra en la región de dos fases . La ubicación en que la línea de temperatura constante entra en la región de dos fases depende en cierta medida de la temperatura del yacimiento y en gran medida de la composición del depósito de líquido.

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que la línea de temperatura constante entra en la región de dos fases depende en cierta medida de la temperatura del yacimiento y en gran medida de la composición del depósito de líquido

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2-1 COMPARACIÓN DE " SISTEMAS DE HIDROCARBUROS multicomponenteLa Figura 8 ilustra diversos sistemas de hidrocarburos y la posición general en la que entran en un envolvente de fases . Las composiciones de los fluidos , que entran en la envolvente de fases hacia el límite izquierdo , contienen hidrocarburos más pesados que los que entran en su envolvente de fases hacia la frontera derecha . Existen los líquidos que entran a la izquierda de la temperatura crítica en forma de líquidos en el depósito . Aquellos , que entran a la derecha de la temperatura crítica , existen como gases en el depósito .De ello se deduce que cualquier mezcla de hidrocarburos adecuado de composición fija puede exhibir todos los tipos de comportamiento de fase resaltados en la figura, dependiendo de la temperatura . Pero en la temperatura del depósito de petróleo , presión y composición del fluido no están correlacionadas parámetros . La Figura 9 ilustra la interrelación de la composición , la presión y la temperatura para los diversos tipos de fluido . Aceites y negro pesado contienen material muy volátil y los sobres de fase sólo se extienden hasta el final , en principio . A temperaturas superiores a 300 . C , craqueo térmico de componentes impide cualquier determinación experimental de la envolvente de fase .gases secosGas descomposición térmica CondensadosAceites Negro> 350 ° C ---- >Aceites pesadosFigura 9 : Evolución del depósito del líquido de Diagramas de fase con la composiciónACEITES NEGRO 2-2-1240La figura 10 es el diagrama de presión - temperatura de una mezcla de aceite negro hipotético . Suponga que la temperatura del yacimiento es como se muestra . Si se midieron los volúmenes de

líquido como se redujo la presión , la curva de contracción líquido resultante también se ilustra en la Figura . Tenga en cuenta que las líneas de calidad de la Figura 10 son esencialmente igualmente espaciados a temperatura depósito . Esto se traduce en una curva de volumen de líquido que se aproxima a una línea recta , excepto a presiones muy bajas . Este comportamiento caracteriza a lo que comúnmente se llama un "aceite negro ordinario" .

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Figura 10 : Sobre fase y Cisterna Capacidad de aceite para un típico aceite ' Negro 'Tenga en cuenta que la envolvente de fases es un diagrama de presión - temperatura del depósito de líquido de la composición bajo condiciones constantes . Sin embargo , el líquido en el depósito que existe originalmente como un líquido de una sola fase y, posteriormente, existe en forma de dos fases , no produce bajo condiciones de composición constante . Por debajo de la presión del punto de burbuja , tanto en el fluido producido y que queda en el depósito tienen composiciones cabaña volúmenes de embalse constantes variables . La curva de volumen de líquido representa la contracción de la fase líquida que ocurre en el depósito bajo condiciones de agotamiento de la presión normales .Tabla 12-2-2 aceites volátilesTabla 20 Derecho de Autor de Core Laboratories ( 1999 Ap. 001 )2-11La Figura 11 ilustra el diagrama de fases de un depósito de líquido con la temperatura del yacimiento algo más cerca de la temperatura crítica , pero todavía por debajo de ella . Tenga en cuenta que las líneas de calidad están muy juntas cerca de la del punto de burbuja y más ampliamente espaciadas a presiones más bajas . Este tipo de sistema de hidrocarburos se conoce como un aceite volátil . Estos aceites se caracterizan por la rápida contracción por debajo del punto de burbuja . Dependiendo de la posición de la temperatura del yacimiento con respecto a la temperatura crítica , la curva de contracción líquido puede variar de la línea recta cerca de característica de un aceite negro a la característica altamente curvada de un aceite volátil cerca crítico . No existe una nítida separación entre un aceite negro y un aceite volátil.

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2-2-3 condensados de gas La Figura 12 ilustra un depósito de líquido de donde se encuentra la temperatura del yacimiento a la derecha del punto crítico , pero todavía a la izquierda de la cricondenterma . Agotamiento de la presión a la temperatura del yacimiento indica que se encuentra el punto de condensación retrógrada. A un nivel menor presión , el camino se encuentra con el agotamiento de los límites de fase en el punto de rocío normal donde existe esencialmente gas 100 por ciento.Sin embargo , este fenómeno no puede ocurrir en el depósito . La figura 12 es un diagrama de presión - temperatura del fluido de reservorio en condiciones de composición constantes . Sin embargo , el líquido en el depósito que existe originalmente como un gas de una sola fase y que posteriormente existe como dos fases , no produce bajo condiciones de composición constante . A continuación el nivel de presión del punto de rocío , tanto el fluido producido y que queda en el depósito tienen composiciones variables pero el volumen de depósito constante . Dado que la saturación de gas es alta , la permeabilidad relativa a la fase de gas es prácticamente infinita cuando se compara a la de la fase líquida , haciendo así que la fase líquida para permanecer en el interior del depósito .

La curva de volumen de líquido asociada en la parte inferior de la figura es una curva de líquido retrógrada típica de un sistema de condensado de gas . Una vez más, no refleja directamente las líneas de calidad de la envolvente de fase debido al proceso de agotamiento describen . Fluidos de condensado de gas que se condensan existen trazas de menos de 0,1 por ciento ( gases húmedos ) de hasta 55 por ciento líquidos retrógradas durante agotamiento de la presión del depósito .

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2-2-4 CERCA DE SISTEMAS CRÍTICOSLa Figura 13 ilustra la similitud de los sistemas críticos cerca, si el sistema es la de un aceite volátil o de un gas condensado. Las composiciones de estos dos sistemas son similares y las presiones de saturación son similares, sin embargo, las fases de yacimientos originales son diferentes (uno que se denomina un "aceite y uno es tratado como un" gas ") a presiones por encima de su nivel de saturación. En los niveles de presión dentro de la región de dos fases y muy cerca de los niveles de saturación, las dos curvas convergen rápidamente. En pequeños incrementos de presión por debajo de la presión de saturación de cada sistema, los porcentajes de las fases líquida y de gas son esencialmente iguales y seguir la contracción líquido similar.Las relaciones de gas / líquido de la superficie de estos dos diferentes sistemas de depósito son muy similares, lo que hace prácticamente imposible inferir si el depósito es de petróleo o gas. En ambos casos, la saturación de fase de gas dentro del depósito será alto y la fase gaseosa será el director de fluido producido.

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Debido a que el fluido primario producido a partir de cualquiera de los sistemas es la fase de gas, la fase se examina a fondo cuando se realizan estudios de laboratorio fluidos de yacimiento. Un laboratorio "depleción de volumen constante" estudio se lleva a cabo rutinariamente en estos tipos de sistemas para examinar el gas producido en detalle. Esta reducción se explica con más detalle en el "Estudio de Depósito de líquido - gas condensado" de este manual.2-3 TÍPICO SOLUCIÓN GAS / LIQUIDO RATIO DE VARIOS SISTEMAS DE HIDROCARBUROSA primera vista la figura 14 es similar a los diagramas de presión-temperatura examinados en las secciones anteriores. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el eje X se ha cambiado desde la temperatura a Gas-Líquido Relación (GLR), es decir: composición. Los sistemas de aceite están en GLR de a la izquierda de la GOR crítico, mientras que los sistemas de gas se encuentran a la derecha del punto crítico.

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2-3-1 DEPÓSITOS CON TAPA DE GAS Y PETRÓLEO ZONA DE ASOCIADOSLa Figura 15 ilustra la relación del diagrama de presión-temperatura de un aceite típico y un casquete de gas asociado con el aceite. El aceite y el gas cada uno tiene su diagrama de fase única, sin embargo, están relacionados ya que la presión del punto de burbuja del aceite será igual a la presión del punto de rocío de la tapa de la gasolina. Por otra parte, tanto de estos valores será igual a la presión estática del yacimiento en el contacto gas-aceite. Estas relaciones son teóricamente cierto sólo en el contacto gas-aceite, sin embargo, pueden ser considerados a partir de un cierto punto de vista práctico, si el depósito es pequeño en área y es relativamente delgada.