Presentacin de PowerPoint
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZULING. PETROLERAFLUJO
MULTIFASICO EN TUBERIASCAPITULO 1. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
PETROLEROSCATEDRATICOING. FRANCISCO BARRAGN OLIVEROS
INTEGRANTES:
CAPITULO 1
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
Introduccin
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 lquido que permanece en la celda pVT al
terminar un proceso de separacin en el laboratorio. Generalmente,
el aceite residual se determina a 60 F y 14.7 lb/pg^2.
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.
Condiciones estndar: las condiciones estndar son definidas por
los reglamentos de los estados o pases. Por ejemplo de Texas las
condiciones base son: P=14.65 abs y T=60 F mientras que en colorado
son: P=15.025 abs y T= 60F. aqu en Mxico se consideran de P=14.69
abs y T= 60F.
Densidad relativa de un gas: es el peso molecular de un gas
entre el peso molecular del aire. El metano, con un peso molecular
de 16.04 lb, tiene una densidad relativa de 16.04/28.97= o.55.
Encogimiento: es la distancia de volumen que experimenta una
fase liquida por efecto de la liberacin de gas disuelto y por su
contraccin trmica. El factor de encogimiento es el reciproco del
factor de volumen o de formacin.
Factor de compresibilidad: se determina tambin factor de
desviacin o factor de supercompresibilidad. 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=ZnR(T+460) donde Z es el factor de compresibilidad.
Factor de volumen de gas: se define como el volumen de una masa
de gas medido a presin y temperatura del yacimiento del yacimiento
o de escurrimiento, dividido por el volumen de a misma masa de gas
medido a condiciones estndar.
Factor de volumen de liquido: es la relacin del volumen de un
liquido, medido a condiciones de yacimiento o de escurrimiento, con
el volumen de dicho liquido medido en el tanque de almacenamiento a
condiciones estndar, despus de pasar por los separadores.
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 presenta en dos fases: gaseosa y
lquido.
Gas disuelto: es el conjunto de hidrocarburos que ha condiciones
atmosfricas constituyen un gas, pero que forman parte de la fase
liquida a condiciones de yacimiento o de flujo.
Liberacin de 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 vara continuamente.
Liberacin de gas instantnea: es el proceso en que el gas se
forma del lquido, al reducirse la presin, mantenindose constante la
composicin total del sistema.
Mole: es el peso molecular de cualquier sustancia. Por ejemplo
16.04 lb de metano es una mole lb. En igual forma una mole-gramo de
metano son 16.04 gramos del mismo gas. Una mole-lb de un gas ocupa
375 a condiciones estndar.
Presin de vapor: Es la presin que ejerce el vapor de de una
sustancia cuanta 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.
Relacin gas-aceite: son los pies cbicos de 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.
Relacin de solubilidad: son los pies cubicos 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 condiciones
estndar.
El primer problema que surge en relacin con la determinacin de
las propiedades de los fluidos, es la carencia de anlisis pVT
apropiados de laboratorio. El anlisis con el 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.
Para facilitar la aplicacin de los resultados de las
correlaciones, en calculadoras programables, dicho resultados se
expresan en forma de ecuaciones, en lugar de presentar las figuras
que aparecen generalmente en los trabajos originales.
Las unidades en que estn expresadas las ecuaciones son las que
aparecen en la nomenclatura, a menos que se indiquen en el texto
otras unidades.
1.2 PROPIEDADES DEL GAS NATURAL
1.2.1 DENSIDAD RELATIVA DEL GAS
En los clculos de las propiedades de los fluidos se utilizan
tres tipos de densidades relativas del gas, por lo que es
conveniente distinguirlas. La densidad relativa que generalmente se
tiene como dato es la del gas producido (). Como cuando no se tiene
como dato se puede calcular de la siguiente manera:
Donde:
n= es el numero de etapas de separacin
= densidad relativa del gas a la salida del separador i
= es el gasto de gas a la salida del separador i(g a
c.s/dia).
La densidad relativa del gas disuelto puede obtenerse con la
correlacin de
= 0.23+0.02API + X (0.6874- 3.5864API)
El gas que primero se libera es principalmente el metano (=
0.55). Al declinar la presin se vaporizan hidrocarburos con mayor
peso molecular, aumentando tanto como . Por lo tanto: 0.55.
El valor de la densidad relativa del gas libre puede obtenerse
de un balance msico:
Donde:
Es el gasto masico total de gas producido en /da.
El gasto msico del gas disuelto en .
Es el gasto msico del gas libre en .
. ECUACION: (1.4)
. ECUACION: (1.5)
. ECUACION: (1.6)
Sustituyendo las ecuaciones (1.6), (1.5), (1.4) en la ecuacin
(1.3) se tiene,
ECUACION: (1.7)
Resolviendo para
ECUACION: (1.8)
El numerador de esta ecuacin debe ser positivo, dado que . Por
lo tanto el valor de que se use como dato, debe ser mayor o igual
que el de obteniendo la ecuacin (1.2), usando R en vez de .
Al elaborar el diagrama de flujo es necesario considerar esta
situacin, o sea, calcular primero como se indic, comparar su valor
con el de y sustituir por si .
1.2.2 FACTOR DE VOLUMEN DE GAS
De la ecuacin de los gases reales se obtiene:
ECUACION: (1.9)
1.2.3 DENSIDAD DEL GAS LIBRE
La densidad del gas libre est dada por la siguiente
expresin:
ECUACION: (1.10)
Sustituyendo la ecuacin (1.9) en la ecuacin (1.10)
ECUACIN: (1.11)
1.2.4 FACTOR DE COMPRESIBILIDAD DEL
Existen diferentes correlaciones para calcular las propiedades
pseudocriticas del gas. Las curvas correspondientes a los gases han
sido establecidas utilizando gases de los separadores y vapores
obtenidos en los tanques de almacenamiento. Estos gases contienen
altas proporciones de metano y etano. Las curvas correspondientes a
los condensados pertenecen a gases que contienen cantidades grandes
de los componentes intermedios ). Standing, sugiere el uso de las
curvas de condensados en los clculos que involucran gases en
equilibrio con el aceite, y el uso de las curvas correspondientes
al gas para gases superficiales.
La ecuacin parea gases superficiales es:
ECUACION: (1.12)
ECUACION: (1.13)
La ecuacin para gases hmedos es:
ECUACION: (1.14)
ECUACION: (1.15)
Las ecuaciones siguientes permiten calcular, por ensayo y error
el valor de Z.
ECUACION: (1.16)
ECUACION: (1.17)
ECUACION: (1.18)
ECUACION: (1.19)
Donde:
El procedimiento consiste en suponer un valor de Z y obtener
para ese valor supuesto. Se calcula Z en la ecuacin (1.19) y se
compara con el supuesto si no coinciden estos valores, se hace para
la siguiente iteracin el valor de Z supuesto igual al valor
calculado. El procedimiento se repite hasta caer dentro de una
tolerancia preestablecida (menor o igual a 0.001).
Para determinar el factor de compresibilidad del gas a presiones
mayores de 5000 abs y densidades mayores o iguales a 0.7, se
recomienda consultar el apndice A.
1.2.5 CORRECCIONES PARA EL FACTOR DE COMPRESIBILIDAD DEL GAS A
PRESENCIA DE OTROS GASES
Las propiedades pseudocriticas de gases que contienen cantidades
apreciables de Y , pueden calcularse por el mtodo de Standing-Katz,
modificado por Wichert y Aziz.
La modificacin de este mtodo consiste en usar un factor de
ajuste ( ) para calcular la presin y temperatura pseudocrticas:
ECUACION: (1.20)
ECUACION: (1.21)
Se determina con base en las fracciones molares de Y de la
siguiente manera.
ECUACION: (1.22)
Donde:
Y
Los valores de y as obtenidos, se usan en vez de y a partir de
la ecuacin (1.16) para el clculo del factor de compresibilidad
Z.
1.2.7 Correccin de la viscosidad del gas por presencia de gases
contaminantes.
La viscosidad del gas natural corregida, se obtiene con las
siguientes expresiones:
Donde:
: viscosidad del gas natural ec. 1.23
:correccin por presencia de
:correccin por presencia de
: correccin por presencia de
:fraccin molar de
1.3 PROPIEDADES DEL ACEITE SATURADO1.3.1 Correlacin de M.B.
Standing
Establece las relaciones empricas observadas en la presin de
saturacin y el factor de volumen del aceite, en funcin de a relacin
gas disuelto-aceite, las densidades del gas y del aceite producido,
la presin y la temperatura. La correlacin se estableci para aceites
y gases producidos en California y para otros sistemas de crudo de
bajo encogimiento, simulando la separacin instantnea en dos etapas
a 100F. la primera etapa se realizo a una presin de 250 a 450 lb/
abs y la segunda etapa a la presin atmosfrica.
La presin del aceite saturado se correlaciono en la siguiente
forma:
Por lo que despejando la relacin gas disuelto-aceitede lo
anterior:
El factor de volumen del aceite fue correlacionado con la
relacin gas disuelto-aceite, la temperatura y la densidad del
aceite. Se obtuvo lo siguiente:
Donde:
1.3.2 Correlacin de Vzquez
Para establecer estas correlaciones de usaron mas de 6000 datos
, , , 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 100lb/ manomtrica. Por lo tanto, el
primer paso para usar estas correlacione consiste en obtener el
valor de la densidad relativa del gas a dicha presin. Para esto se
propone la siguiente ecuacin:
La correlacin para determinar se afino dividiendo los datos en
dos grupos, de acuerdo con la densidad del aceite. Se obtuvo la
siguiente ecuacin:
Los valores de los coeficientes son:
COEFICIENTEAPI30API0.03620.01781.09371.187025.72423.931
La presin que se obtuvo para determinar el factor de volumen
es:
Los valores de los coeficientes son:
COEFICIENTEAPI30API4.677x4.67x1.751x1.1x-1.811x1.337 x
1.3.3 Correlacin de Oistein
Esta correlacin fue establecida utilizando muestras de aceite
producido en el Mar del Norte, donde predominan los aceites de tipo
voltil.
Los valores de y se obtienen de la forma siguiente:
Calcule p* con:
Calcule con:
Donde:
a= 0.130, para aceites voltiles.
a= 0.172, para aceites negros.
Para lograr un mejor ajuste, se puede variar el valor del
exponente a.
3. Calcule con:
4.Determine con:
Donde:
1.3.4 Correlacin de J.A. Lasater
Esta se basa en 158 mediciones experimentales de la presin en el
punto de burbujeo de 137 sistemas independiente. Su error promedio
en la representacin algebraica es del 3.8% y el mximo error
encontrado es del 14.7%.
Las ecuaciones siguientes corresponden a la correlacin de Laste
para un aceite saturado:
Donde es el factor de la presin en el punto de burbujeo, el cual
fue relacionado con la fraccin molar del gas (, a cuya curva
resultante le fue ajustada la siguiente ecuacin:
El peso molecular del aceite en el tanque ( se correlaciono con
los API del aceite en el tanque de almacenamiento, a cuya curva le
ajustaron las siguientes expresiones:
Si
La expresin para determinar se obtuvo a partir de la ec.
1.45
A la fraccin molar del gas en funcin de . Se le ajusto la
siguiente ecuacin:
1.3.5 Densidad del aceite saturado
Se calcula con la siguiente expresin:
1.3.6 Viscosidad del aceite saturado
Se puede calcular de la manera siguiente:
1.3.7 Tensin superficial del aceite saturado
La tensin superficial del aceite saturado, se puede determinar
con la siguiente expresin:
1.4 Propiedades del aceite bajosaturado1.4.1 Compresibilidad del
aceite bajosaturado
La ecuacin siguiente sirve para determinar la compresibilidad
del aceite bajosaturado:
1.4.2 Densidad del aceite bajosaturado
Est dada por la siguiente expresin:
1.4.3 Viscosidad del aceite bajosaturado
Se obtiene de la manera siguiente:
1.4.4 Factor de volumen del aceite bajosaturado
Para el aceite bajosaturado se obtiene la ecuacin:
1.4.5 correlaciones para obtener la presin en el punto de
burbujeo
El primer paso para obtener las propiedades del aceite
bajosaturado es la determinacin de la presin de saturacin del
aceite. Las expresiones a aplicar se obtienen de las ecuaciones
previamente establecidas en este capitulo:
Por lo general, la presin de saturacin del agua se considera
igual ala presin de saturacin del aceite.
Tambin se puede usar la relacin de solubilidad del aceite como
parmetro para saber si el aceite esta saturado o bajosaturado,
tomando en cuenta que cuando el aceite esta saturado.
1.5 PROPIEDADES DEL AGUA SATURADA1.5.1 FACTOR DEL VOLUMEN DEL
AGUA SATURADA
El factor del volumen del agua saturada se puede calcular con la
siguiente ecuacin:
1.5.2 Densidad del agua saturada
La densidad del agua saturada puede obtenerse con la expresin
siguiente:
1.5.3 Viscosidad del agua saturada
La viscosidad del agua saturada es funcin del porcentaje del Na
Cl que contenga, y esta dada por:
Esta correlacin puede aplicarse para el rango de valores
siguientes:
1.5.4. Tensin superficial de agua - gas
La tensin superficial de agua- gas se calcula con las siguiente
expresiones:
1.5.5 Solubilidad del gas en el agua
El valor de Rsw asi obtenido, debe corregirse para considerar el
efecto de la salinidad del agua. El factor de correccin es:
1.6 Propiedades del agua bajosaturada 1.6.1 Compresibilidad del
agua bajosaturada
La compresibilidad del agua se puede determinar de la siguiente
manera:
1.6.2 Densidad del agua bajosaturada
La densidad del volumen del agua bajosaturada esta dado por la
siguiente expresin:
1.6.3 Factor del volumen del agua bajosaturada
El factor del volumen del agua bajosaturada esta dado por la
siguiente expresin:
Durante la produccin de un yacimiento se presentan dos procesos
de separacin: Diferencial e Instantnea
Diferencial: Esta definida como un proceso en el que cada nivel
de presin de le extrae gas liberado.
Instantnea: Se conserva todo el gas liberado a cada nivel de
presin.
Cuando la saturacin de gas en el yacimiento alcanza la saturacin
critica, el gas comienza a fluir y es removido del yacimiento,
presentndose una liberacin diferencial. Sin embargo, gran parte del
gas permanece en el yacimiento cuando la presin baja, lo que
corresponde a una liberacin instantnea.
1.7 Ajustes pVT relacionados con las condiciones de
Separacin..
El proceso de liberacin en el yacimiento se simula en el
laboratorio con una liberacin diferencial y la liberacin instantnea
se simula en el laboratorio con pruebas en separadores.
En el laboratorio la liberacin diferencial consiste en una serie
de 10 a 15 liberaciones instantneas. Una serie infinita de
liberaciones instantneas es el equivalente de una verdadera
liberacin diferencial.
La curva de burbujeo tiene un valor de 1.0 en el punto de
burbujeo y valores menores para presiones bajas. Describe el
volumen de un barril original de aceite en el yacimiento cuando la
presin declina, y no lo relaciona con el barril a condiciones de
tanque.
1.8 Ejemplos de aplicacin
El ejemplo siguiente corresponde al procedimiento que se tiene
que efectuar para seleccionar las correlaciones a emplear en el
calculo de Rs, Bo, y Pb, con sus respectivos ajustes y el calculo
de las propiedades del aceite, agua y gas a ciertas condiciones de
presin y temperatura, para lo cual es necesaria la siguiente
informacin:
Si hay produccin apreciable de agua, se requiere el equivalente
de Na Cl en porcentaje.
Densidad relativa del gas producido.
Si el gas es seco o hmedo.
Si el gas contiene CO y HS, se requieren sus fracciones
molares.
Densidad del aceite (API).
Relacin gas-aceite producido (pies/bls).
Presin (lb/pgabs) y temperatura (F) de la 1: etapa de
separacin.
Del anlisis PVT:
Factor de volumen del aceite en el punto de burbujeo,
resultantes de una separacin instantnea (Bofb).
Relacin de solubilidad en el punto de burbujeo, resultante de
una separacin instantnea (Rsfb), en (pies/bls).
Presin y temperatura en el punto de burbujeo en (lb/pg abs) y
(F), respectivamente.
Condiciones de presin (lb/pgabs) y temperatura (F), de
inters.
Ejemplo 1.1
Suponiendo que los datos recopilados son los siguientes:
% de NaCl en el agua = 0.18.
Gas hmedo,
yg = ygp = 0.85 (solo en una etapa de separacin).
YN =0
YCO =0.0287
YHS =0.2327
API=30
R =750 (pies/blo)
Ps =120 (lb/pgabs)
Ts =75 (F)
Bofb =1.455 (blo a c.b./blo a c.s.)
Rsfb =750 (pies/blo)
Pb =3,300 (lb/pg abs)
Tb =220 (F)
=2,000 (lb/pg abs)
T =200 (F)
El primer paso, es seleccionar las correlaciones que mejor
determinen los valores de Pb Rs y Bo con sus respectivos factores
de correccin.
Para hacer las comparaciones, se tomaran los datos de
laboratorio Rsfb Bofb y Pb.
1.8 Ejemplos de aplicacin
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