PROPIEDADES FSICAS DE LOS FLUIDOS DE PRODUCCIN Instructor : LUIS HERNN CORREDOR CULLAR Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin CONTENIDO 1. Generalidades. Qu son los Hidrocarburos? Hidrocarburos en estado Gaseoso Hidrocarburos en estado Lquido Hidrocarburos en estado Slido Condiciones en el Yacimiento Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin CONTENIDO 2. Propiedades Fsicas del Petrleo. Presin de Burbuja (Pb) Relacin Gas en Solucin Petrleo (GOR) Relacin Gas en Solucin Petrleo, @ P < Pb (Rs) Factor Volumtrico del Petrleo (Bo) Compresibilidad del Petrleo (Co) Viscosidad del Petrleo (o) Densidad del Petrleo (o) Gravedad Especfica del Aceite (SGo) Gravedad API (API) Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin 3. Propiedades Fsicas del Gas. Ecuacin de Estado para Gases Factor de Desviacin de los Gases (Z) Factor Volumtrico del Gas (Bg) Densidad del Gas (g) Compresibilidad del Gas (Cg) Viscosidad del Gas (g) Riqueza del Gas (GPM) Gravedad especfica del gas (SGg) CONTENIDO Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin 4. Propiedades Fsicas del Agua. Introduccin Composicin Qumica del Agua de Formacin. Relacin Gas en Solucin Agua(Rsw) Factor Volumtrico del Agua (Bw) Compresibilidad del Agua (Cw) Viscosidad del Agua (w) Densidad del Agua (w) Tensin interfacial para sistemas agua-hidrocarburo (wh) Resistividad del agua de formacin CONTENIDO Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Loshidrocarburos(HC)sonunoscompuestosorgnicosquese encuentranenlanaturalezayestnconstituidosdeHidrgenoy carbono.Estospuedenserlivianosopesados(segnlacantidad detomosdecarbnquecontengan)ysepuedenencontraren estado gaseoso, lquido o slido. Tipos de Hidrocarburos: Nombre FrmulaNomenclatura Petrolera MetanoCH4C1 EtanoC2H6C2 PropanoC3H8C3 ButanoC4H10C4 PentanoC5H12C5 HexanoC6H14C6 Heptano plus Desde el C7H16C7+ Qu son los Hidrocarburos? Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Como se mencion anteriormente, los hidrocarburos pueden ser: Livianos SonhidrocarburoscompuestosprincipalmentedeMetano(C1).Seles conoce como gases pobres porque no contienen hidrocarburos pesados y por lo tanto no tienen un buen valor econmico. Intermedios SecomponenprincipalmentedeloshidrocarburosentreEtano(C2)y Hexano (C6). Dentro de este rango estn la gasolina, el gas Propano y el gas butano. Pesados Se les llama as a los hidrocarburos compuestos a partir del Heptano (C7) y tienen un gran valor econmico comparado con los HC livianos. PorfacilidadenlacaracterizacinsedefinielHEPTANOPLUS(C7+) para agrupar todos los compuestos que siguen al C7. Qu son los Hidrocarburos? Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin METANO Eselhidrocarburogaseosomslivianoy abundante y el principal componente del gas natural. El Metano es un gas incoloro e inodoro GAS NATURALEs una mezcla natural de gases hidrocarburos lacualesaltamentecompresibley expansible.Elmetanoessuprincipal constituyenteconmsdel85%y cantidades pequeas de C2 hasta el C5. Adems, contiene impurezas como Dixido decarbono,NitrgenoySulfurode Hidrgeno.Esteeseltipodegasquese extraedelosyacimientosdeChuchupay Ballenas en la Guajira. HC en Estado Gaseoso Llama de una estufa a gas natural. Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Loshidrocarburosenestadolquidos son los que comnmente se conocen comopetrleooalgunodesus derivados. PETRLEO Esunamezclacomplejade hidrocarburosencontradosenla naturaleza.Elpetrleopuede encontrarsecomoslido,liquidoo gas, pero esta palabra generalmente es usada para aceite crudo lquido. Laspropiedadescomoelcolor,la gravedadAPI,olor,viscosidade impurezasvarandependiendodel yacimiento. Muestra del Crudo extrado de un pozo en Cao Limn HC en Estado Lquido Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin BITUMEN EsunamateriaorgnicainflamableformadadeKergeno duranteelprocesodeformacindelpetrleo.ElBitumen incluyeHidrocarburoscomoAsfaltenosyCeraMineral. Por lo general es slido y de color negro o marrn. Asfalto HC en Estado Slido El principal uso del asfalto es en la pavimentacin de vas Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Condiciones en el Yacimiento Presin En un yacimiento de petrleo se encuentra gas, crudo y agua. Debido a que el yacimiento se encuentraamilesdepiesdeprofundidad delsuelo,lacantidaddetierrayrocasque hayencimadesteejercegrandes presiones(milesdelibrasporpulgada cuadradaopsi)sobreelgasycrudo contenidosenel.Elvolumendelcrudoyel gas varan con la presin. Lostiposdecrudosediferencian principalmenteporlassiguientes propiedadesqueseexplicarna continuacin: PbBoGOR o Rs SGAPIViscosidad ColorCoDensidad Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Presin de Burbuja (Pb) Lapresinenelpuntoburbuja,se design por el smbolo Pb, y se define como la presin a la cual se forma la primeraburbujaalpasarunsistema delestadolquidoalestadodedos fases(gasylquido),dondelafase lquidaestenequilibrioconuna cantidad infinitesimal de gas libre. Estapropiedaddependedeotros factorescomolaRelacinGasen SolucinPetrleo(GOR),gravedad especficadelgas,temperaturadel yacimiento,gravedadAPIdetanque; dicha propiedad se mide en Psia. Propiedades Fsicas del Petrleo Presin Temperatura Presin de Brubuja Presin de roco Presin crtica Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Factor Volumtrico de Petrleo (Bo) Propiedades Fsicas del Petrleo STBBl resestndar s condicione a petrleo . Volyacimiento en disuelto gas petrleo . VolBo =+=El factor volumtrico de formacin del aceite (Bo) compara los volmenes de crudo y gas disuelto en el yacimiento contra el volumen de ese crudo en superficie (a condiciones estndar). res Bl: Es el volumen del crudo y del gas disuelto dentro del crudo, en el yacimiento. Debidoalasaltaspresiones,elvolumendelgasesreducidodramticamente en comparacin a su volumen arriba en la superficie. STB: Stock Tank Barrel o barril en tanque de almacenamiento. Es el volumen que ocupa elslocrudo(singas)acondicionesestndar(60Fy14.7psidepresin absoluta). El Bo siempre es mayor que uno. Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Factor Volumtrico de Petrleo (Bo) (cont.) Propiedades Fsicas del Petrleo Bo PresinPb Expansin del lquido Liberacin del gas en solucin El Bo (factor volumtrico del aceite) tambin es afectado por la liberacin de gas, cuando la presin del crudo cae por debajo de la presin de burbuja. Laexpansindelcrudopordisminucinenlapresinescompensadaporla temperatura, si esta llegase tambin a reducirse. Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Relacin Gas en Solucin Petrleo (GOR), @ P Pb La relacin Gas en Solucin Petrleo o solubilidad delgas en el petrleo, se designa por el smbolo GOR y se define como el nmero de pies cbicos estndar PCS de gas que puedendisolverseenunbarrilestndarBSdepetrleo cuando ambos son llevados a las condiciones de presin y temperaturaprevalecientesenelyacimiento- (PCSgas/Bspetrleo). Esta relacin viene dada por; Propiedades Fsicas del Petrleo estndar s condicione a petrleo de Volumen estndar s condicione a yacimiento del T yP a disuelto gas de Volumen = GORPropiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Relacin Gas en Solucin Petrleo (GOR), @ P Pb (cont.) Se dicequeun crudo est saturado con gas natural cuando tiene en solucin la mxima cantidad de gas que admite a esascondicionesdepresinytemperatura,yeneste casoalreducirunpocolapresinocurreliberacinde gas. Lasolubilidaddelgasenunyacimientodepetrleoest limitado por las condiciones de presin y temperatura que all existan y por supuesto la cantidad de gas disponible. Porestaraznseencuentranyacimientosconcapade gas inicial y yacimientos subsaturados.Propiedades Fsicas del Petrleo Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Propiedades Fsicas del Petrleo RELACIN GAS EN SOLUCIN-PETRLEO vs PRESIN0200400600800100012000 1000 2000 3000 4000 5000 6000PRESIN, PsiaRs, PCS/BSPresin de burbuja Rs GOR Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Relacin Gas en Solucin-Petrleo (Rs), @ P < Pb Por debajo de la presin de burbuja el petrleo est saturado y unadisminucindepresinoriginaunaliberacindegas, debido a que Rs disminuye.Obsrvese que Rs aumenta con presin hasta llegar a la presin de burbuja, Pb, donde existe ms gas disponible para entrar en solucin con el petrleo y a apartir de esta presin el Rs permanece constante y es llamado GOR. La solubilidad del gas en el petrleo depende de: PRsTRs API RsSGg Rs Propiedades Fsicas del Petrleo Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Compresibilidad del Petrleo (Co) Lacompresibilidadocoeficienteisotrmicodecompresibilidad de un fluido, Co (Psi-1), se define como el cambio fraccional envolumencuandolapresinescambiadaatemperatura constante. El volumen para un petrleo subsaturado (petrleo que est por encima de la presin de burbuja) disminuye a medida que la presinaumenta.,estoquieredecirquelapresinyel volumensoninversamenteproporcionales,deahlas unidades de la compresibilidad (Psi-1).Propiedades Fsicas del Petrleo ToiloiloilPVVCo||.|

\|AA=1Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Densidad del petrleo (o) Propiedades Fsicas del Petrleo Acero Masa = 5 lbm Volumen = 1galn Hielo Masa = 2 lbm Volumen = 4 galones Ladensidaddeunasustanciasedefinecomosumasaporunidadde volumen. =m/V LaunidaddemedidaenelS.I.deUnidadeseskg/m3,tambinseutiliza frecuentemente la unidad g/cm3, pero en la industria petrolera se suele determinar la densidad en lb-m/ft3 o lb-m/gl (ppg). Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Densidad del petrleo (o) (cont.) Propiedades Fsicas del Petrleo Enlacaracterizacindeyacimientosdepetrleo,hay quecalcularladensidaddelpetrleo(o),a condiciones de yacimiento considerando la merma en volumenquesufreelpetrleoalpasarde condicionesdeyacimientoacondicionesde superficie. Elmtodomsutilizadoenlaindustriapetrolerapara estimarladensidaddelpetrleoacondiciones estndar est basada en los principios de la solucin ideal. Unasolucinidealesunamezclalquidahipottica, dondeelvolumeneslasumadelosvolmenesde los componentes lquidos que participan en la mezcla ynohaymermaoexpansincuandoestosson mezclados. El conocimiento de la densidad del crudo esimportanteenoperacionesde transporte por tubera. Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Viscosidad del petrleo (o)Propiedades Fsicas del Petrleo viscosidad Presin Pb disminuye con Presin aumenta con la disminucin Presin La viscosidad en los fluidos influye en lafacilidaddeestosparafluir. Cuandosetieneunvaloraltode viscosidad,elfluidotienemucha resistencia al flujo. Paraloshidrocarburos,laviscosidad varaporlapresinyla temperatura.Enelcasodela presin,cuandoelcrudobajade lapresindeburbujay comienzalaliberacindegas,la viscosidadaumenta notablemente.Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Viscosidad del petrleo (o) (cont.) Propiedades Fsicas del Petrleo Lquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras. Engeneral,laviscosidaddeunfluidoesuna medidadelafriccininternaoresistenciaque ofrecensusmolculasafluir.Enelpetrleose deben distinguir dos tipos de viscosidad: Viscosidad de un petrleo sin gas en solucin Setratadeunpetrleolibredegasotambin conocido como petrleo muerto. Viscosidad de un petrleo con Rs Setratadelaviscosidaddeunpetrleoa determinadapresinytemperaturallevando consigolacantidaddegas(Rs)quepuede disolverse a esas condiciones. Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Viscosidad del petrleo (o) (cont.)Propiedades Fsicas del Petrleo Sepuedendefinirdostiposde viscosidadenlaindustria petrolera: dinmica o absoluta y cinemtica; las cuales dependen de varios factores, entre los que seencuentranlatemperaturay lapresin.Debidoaello,estas propiedades se deben tener muy encuentaalahoraderealizar cualquier estudio reolgico. Viscosidad Dinmica o absoluta Viscosidad Cinemtica Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Viscosidad del petrleo (o) (cont.) Viscosidad Absoluta (Cp): Representa la viscosidad dinmica del lquido yesmedidaporeltiempoenquetardaenfluiratravsdeuntubo capilaraunadeterminadatemperatura.Susunidadessonelpoiseo centipoise (gr/(seg*cm)), siendo muy utilizada en la industria petrolera. ViscosidadCinemtica(stk):Representalacaractersticapropiadel lquido desechando las fuerzas que genera su movimiento, obtenindose a travs del cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del fluido estudiado.Suunidadeselstokeocentistoke(seg/cm2).Dondela densidad del fluido debe estar en unidades de gr/cm3. Propiedades Fsicas del Petrleo fluidoabsolutacinematica =Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Gravedad Especfica del aceite (SGoil) SesueledesignarcomoSGysedefinecomolarelacindela densidaddelfluidoentreladensidaddelfluidobase,para lquidos como el petrleo, el fluido base es el agua. Normalmenteesatemperaturaes4C(39.2F),yaqueaesta temperaturaladensidaddelaguaes1g/cm3(62.43lb/ft3), peroparalosfluidosproducidosenunpozosedebehacerla correccindeestapropiedadportemperatura,llevndolaala temperatura estndar petrolera (60 F). Propiedades Fsicas del Petrleo 43 . 62fluidobase fluidofluidoSG= =Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Gravedad API del aceite (APIoil) Unaclasificacindelacalidaddeloscrudossefundamentaensu densidadrelativa,lacualsemidesegnseanmslivianoso mspesadosqueelagua.Lamayoradeloscrudostienen densidadesmenoresde1g/cm3,esdecirquesonmenos densosqueelagua,portalraznlosencontramosenlos yacimientos por encima del acufero asociado al yacimiento. Mientras ms liviano es un crudo, mejor es su calidad y mayor es suprecio.Enlaindustriapetroleraesmuycomnexpresarla densidadrelativadeuncrudoosugravedadespecficaen gradosAPIoAPI,unidadcreadaporel"AmericanPetroleum Institute".Enestaescala,cuantomsligeroesun petrleo,mayor es su gravedad API y cuanto ms pesado es el crudo,menor ser su gravedadAPI. Propiedades Fsicas del Petrleo COMPORTAMIENTO DE LA VISCOSIDAD Y API CON RESPECTO AL PRECIO DEL PETRLEO10152025303540455065 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85Precio bbl (US$) API00,20,40,60,811,21,41,6Viscosidad (Cp)Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Gravedad API del aceite (APIoil) (cont.) LaecuacinparacalcularlagravedadAPIdeuncrudoa condicionesdeoperacin,teniendoencuentalagravedad especfica del mismo es: Es de aclarar, que si bien la gravedad API no indica una medida del preciodelcrudo,sipuededarunestimativodelacalidadde este y de forma indirecta relacionarlo con el crudo de referencia. Propiedades Fsicas del Petrleo 5 . 1315 . 141 =SGAPIPropiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Gravedad API del aceite (APIoil) (cont.) Propiedades Fsicas del Petrleo TIPO DE CRUDOAPI Condensadoa partir de 42 Livianoms de 30 Medianode 22,0 hasta 29,9 Pesadode 10,0 hasta 21,9 Extrapesadohasta 9,9 Bitumenpromedio 8,2 Tabla 1. Clasificacin de los crudos segn su API Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin 3. Propiedades Fsicas del Gas. Ecuacin de Estado para Gases Factor de Desviacin de los Gases (Z) Factor Volumtrico del Gas (Bg) Densidad del Gas (g) Compresibilidad del Gas (Cg) Viscosidad del Gas (g) Riqueza del Gas (GPM) Gravedad especfica del gas (SGg) CONTENIDO Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Ecuacin de Estado para Gases Inicialmente,aplicandolateoracinticadelosgasesylasleyesde Boyle y Charles (o Gay Lussac), se obtuvo una primera ecuacin de estado para los gases, la cual trae incluida algunas suposiciones. Laecuacinasobtenidaseconocecomoecuacindeestadoparaun gas ideal y tiene la siguiente forma: Donde: P = Presin absoluta a la que se encuentra el gas, Psia. V = Volumen que ocupa el gas, ft3. n = Cantidad de gas en moles, lb-mol. R = Constante universal de los gases. T = Temperatura absoluta a la cual se encuentra el gas.Propiedades Fsicas del Gas nRT PV =Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Propiedades Fsicas del Gas Propiedades Fsicas de los Fluidos de Produccin Ecuacin de Estado para Gases (cont.) Propiedades Fsicas del Gas Laecuacinanteriorseaplicaa cualquiergascuandoseencuentraa presionesbajas(