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CAPITULO I

YACIMIENTOS DE

PETROLEO Y GAS

2. COMPORTAMIENTO PVT

DOCENTE ING. FABIAN CAMILO YATTE

GARZON

MATERIAL DE TRABAJO EXCLUSIVO PARA LA

ASIGNATURA SIN NINGUN VALOR COMERCIAL

MAYO DEL 2009

TOPICOS DE EXPLORACION Y EXPLOTACION


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ING. FABIAN CAMILO YATTE G(UIS)

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CAPITULO I YACIMIENTOS DE PETROLEO Y GAS


CONTENIDO

INTRODUCCION ......................................................................................................................................................................... 3

2. COMPORTAMIENTO PVT ............... ................. ................ ................ ................ ................ ................ ................ ................ ........... 4

2.1 SUSTANCIA PURA: ................ ................. ................ ................ ................ ................ ................ ................ ................ ........... 4

2.2 FASE: ................ ................ ................ ................ ................ ................ ................ ................. ................ ................ ............. 4

2.3 DIAGRAMA DE FASE SUSTANCIA PURA: ................. ................ ................ ................ ................ ................ ................. ......... 5

2.3.1 Diagrama presin-temperatura: ............... ................ ................ ................ ................ ................. ................ ............ 5

2.3.2 Diagrama Presin Volumen: .......................... ................. ................ ................ ................ ................ ................ ....... 6

2.4 DIAGRAMA DE FASE SISTEMA DUAL: ................ ................ ................. ................ ................ ................ ................ ................ 7

2.4.1 Diagrama Presin-Temperatura ............... ................ ................ ................ ................ ................. ................ ............. 7

2.4.2 Diagrama Presin-Volumen .............. ................ ................ ................ ................ ................. ................ ................ .... 9

2.5 FLUIDOS ASOCIADOS AL YACIMIENTO ................... ................ ................ ................ ................ ................ ................. ........ 10

2.5.1 ACEITE NEGRO.. ............... ................ ................ ................. ................ ................ ................ ................ ................ ...... 10

2.5.2 ACEITE VOLATIL. ................ ................ ................ ................ ................ ................ ................. ................ ................ ....12

2.5.3 GAS RETROGARADO. ............... ................ ................ ................. ................ ................ ................ ................ .............. 13

2.5.4 GAS HUMEDO:. ................ ................ ................ ................. ................ ................ ................ ................ ................ ...... 13

2.5.5 GAS SECO:. ............................................................................................................................................................ 13

2.5.6 AGUA: ...... 15

2.6 PROPIEDADES DEL PETROLEO .............. ................. ................ ................ ................ ................ ................ ................ ......... 16

2.6.1 Color: ..................................................................................................................................................................... 16

2.6.2 Olor:...................................................................................................................................................................... 16

2.6.3 El poder calorfico: ................ ................ ................ ................. ................ ................ ................ ................ .............. 16

2.6.4 Punto de ebullicin ................ ................ ................ ................. ................ ................ ................ ................ ............... 17

2.6.5 Punto de congelacin ............................ ................ ................. ................ ................ ................ ................ ............... 17

2.6.6 Gravedad especifica...................... ................ ................. ................ ................ ................ ................ ................ ....... 17

2.6.8 Factor Volumtrico de formacin Bo ............................ ................. ................ ................ ................ ................ ....... 17


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INTRODUCCION

La produccin y tratamiento de hidrocarburos esta sujeta a cambios fundamentales que sufren los fluidos de

yacimiento; bsicamente a las variaciones en presin volumen y temperatura adems de otras propiedades quevaran a travs del proceso de extraccin; en yacimiento se tienen profundidades y temperaturas elevadas,

mientras que en pozos estas propiedades son alteradas, esencialmente la presin (y en menor medida la

temperatura) es disminuida; esta caer aun mas en superficie, pero puede volver a incrementarse dependiendo

del tratamiento que se le den a los fluidos de produccin o del proceso de refinacin que se deba llevar a cabo.

Todas estas variaciones ya sea de presin, temperatura o volumen, alternan el comportamiento de los fluidos.

Comportamiento que es necesario caracterizar lo mejor posible con el fin de optimizar los procesos de

produccin tratamiento y refinacin, y as obtener la mayor cantidad de crudo de alta calidad.


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Para iniciar una discusin sobre el comportamiento de los fluidos en los yacimientos, primero se nombraran ciertos

parmetros que tienen gran influencia en este comportamiento, como son; definicin de sustancia pura, fase, diagramas

de fase, etc.

2.1 SUSTANCIA PURA:

Una sustancia pura no puede separarse en otras sustancias por ningn medio mecnico. En particular, el

principal inters en el estudio del comportamiento de fases, es determinar las condiciones de temperatura y

presin para las cuales las diferentes fases pueden existir. Ejemplo: En condiciones ambientales de temperatura

y presin se presentan las siguientes sustancias puras:

2.2 FASE:

El trmino fase define a alguna parte homognea y fsicamente distinta de un sistema, la cual es separada de

las otras partes del sistema por algn lmite definido.

Por ejemplo: hielo, agua lquida y vapor de agua son tres fases. Cada una es homognea y fsicamente distinta yhay lmites definidos entre el hielo y el agua, entre el hielo y el vapor de agua y entre el agua lquida y el vapor


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de agua. De esta manera se puede decir que se tiene un sistema de tres fases: slido, lquido y gas. En

termodinmica y qumica, se denomina fase a cada una de las partes macroscpicas de composicin qumica y

propiedades fsicas homogneas que forman un sistema. Los s istemas monofsicos se denominan homogneos,

y los que estn formados por varias fases se denominan mezclas o sistemas heterogneos.

2.3DIAGRAMA DE FASE SUSTANCIA PURA:

Los diagramas de fase permiten tener idea del comportamiento de los fluidos en base a alteraciones de presin,

temperatura y volumen entre otras propiedades. Los mas empleados en la industria de los hidrocarburos son

los diagramas de presin temperatura, presin volumen.

2.3.1 Diagrama presin-temperatura: Los diagramas de fase ms sencillos son los de presin - temperatura

de una sustancia pura, muestran las condiciones bajo las cuales las distintas fases de una sustancia pueden

estar presentes. (Ejemplo el diagrama del agua-Ver figura), El eje de ordenadas se coloca la presin y en el deabscisas la temperatura. Generalmente, para una presin y temperatura dadas, el cuerpo presenta una nica

fase excepto en las siguientes zonas:

Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados slido, lquido y gaseoso. Estos puntos tienen

cierto inters, ya que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termmetros.

Ejemplo punto triple del agua: 273.1598 K (0.0098 C) y a una presin parcial de vapor de agua de 611,73

pascales (6,1173 milibares, 0,0060373057 atm).

Los pares (presin, temperatura) que corresponden a una transicin de fase entre:

Dos fases slidas: Cambio alotrpico;

Entre una fase slida y una fase lquida: fusin - solidificacin;

Entre una fase slida y una fase vapor (gas): sublimacin - deposicin (o sublimacin inversa);

Entre una fase lquida y una fase vapor: vaporizacin - condensacin (o licuefaccin);

Es importante sealar que la curva que separa las fases vapor-lquido se detiene en un punto llamado punto

crtico. Ms all de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrtico que tiene propiedades tanto

de los lquidos como de los gases. Modificando la presin y temperatura en valores alrededor del punto crticose producen reacciones que pueden tener inters industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener caf

descafeinado.


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Equilibrio: se presenta cuando las propiedades permanecen uniformes y constantes.

Presin de vapor: o ms comnmente presin de saturacin es la presin, para una temperatura dada, en la

que la fase lquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinmico.

Condiciones criticas: (P y T) Presin y temperatura en las cuales las propiedades del gas y liquido son

idnticas. Agua 218 atm y 374C

2.3.2 Diagrama Presin Volumen: Considere la expansin a temperatura constante ilustrada por la lnea 13 de

la siguiente figura. El punto en el cual las primeras molculas dejan el lquido y forman una pequea burbuja de

gas, es llamado punto de burbuja. El punto en el cual solamente queda una pequea gota de lquido, es conocido

como punto de roco.


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2.4DIAGRAMA DE FASE SISTEMA DUAL:

En un sistema de dos o ms componentes las propiedades de ese sistema se alternan de tal manera que toman

caractersticas independientes de cada sustancia pura de la cual esta conformada la mezcla. Razn por la cual

los diagramas de fase varan significativamente con respecto a una sustancia pura, como se muestra a

continuacin.

2.4.1 Diagrama Presin-Temperatura

En este caso ya no se tiene una curva de presin en funcin directa con la temperatura sino que se obtiene un

diagrama de fases o envolvente que surge a partir de las curvas para de sustancias puras de las cuales esta

compuesto el sistema de dos fases.

Recuerde que para una sustancia pura un descenso en la presin causa un cambio de fase de lquido a gas en la

lnea de presin de vapor. Igualmente en el caso de un sistema de dos componentes un descenso en la presin

ocasiona un cambio de fase de lquido a gas a temperaturas por debajo de la temperatura crtica.


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Punto cricondenbrico: Punto de mxima presin a la cual las fases liquidas y vapor pueden

coexistir.

Punto cricondentrmico: Punto de mxima temperatura a la cual las fases liquidas y vapor pueden

coexistir.

Punto crtico (sistema dual): A diferencia de un sistema simple, las dos fases pueden existir por

encima de estas condiciones (P y T).

Liquido saturado: Es aquel liquido que se encuentra en equilibrio con vapor.

Punto de roci: Estado de un sistema completamente gaseoso que esta en equilibrio con una cantidad

infinitesimal de liquido.

Curva del punto roco: Posicin de los puntos de presin y temperatura a la cual se forma la primera

gota de liquido. Al pasar un s istema del estado gaseoso a la regin de dos fases.


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2.4.2 Diagrama Presin-Volumen

En un diagrama de presin volumen para una sustancia pura la presin de burbuja es igual a la presin de roci.

En el caso de dos o ms componentes estas presiones varan.


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2.5 FLUIDOS ASOCIADOS AL YACIMIENTO:

2.5.1 ACEITE NEGRO. Consiste de una amplia variedad de especies qumicas que incluyen molculas grandes,

pesadas y no voltiles. El punto crtico est localizado hacia la pendiente de la curva. Las lneas (iso-volumtricas o de calidad) estn uniformemente espaciadas y tienen un rango de temperatura amplio. Los


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primeros crudos de este tipo fueron de color negro, de all su nombre. Tambin se le llama crudo de bajo

encogimiento o crudo ordinario. Estos crudos tienen GOR 2000 pcs/STB, el cual se incrementa por debajo del

punto de burbuja. Bo 2 y API 45. La gravedad decrece lentamente con el tiempo hasta bien avanzada la vida

del yacimiento donde vuelve a incrementarse ligeramente. Este crudo es normalmente negro (compuestos

pesados) aunque pude ser marrn o verduzco.


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2.5.2 ACEITE VOLATIL: El rango de temperatura es ms pequeo que en petrleo negro. La temperatura crtica,

Tcr, es tambin menor que en crudos negros y est cerca de la temperatura del yacimiento, TR (Tcr > TR). Las

lneas de calidad no estn igualmente espaciadas y estn desplazadas hacia arriba hacia el punto de burbuja.

Una pequea reduccin en presin por debajo del punto de burbuja causa una liberacin enorme de gas. Hasta

un 50 % de estos crudos puede convertirse en gas en el yacimiento cuando la presin cae unos cientos psidebajo del punto de burbuja. Estos tambin se llaman crudos de alta encogimiento o crudos cercanos al punto

crtico. La Ecuacin de Balance de Materia (EBM) de petrleo negro no trabaja en estos casos. Bo > 2 y 2000 50000 pcs/STB y permanece constante durante toda la vida del yacimiento.

2.5.5 GAS SECO: Est formado principalmente por metano y algunos intermedios. El diagrama de fases

muestra una mezcla de hidrocarburos gaseosa tanto en superficie como en el yacimiento. No hay presencia delquidos ni en yacimiento ni superficie.


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COMPONENTE

ACEITENEGRO

ACEITEVOLTIL

GASCONDENSADO

GAS RICO GASSECO

C1 48,83 64,36 87,07 95,85 86,67

C2 2,75 7,52 4,39 2,67 7,77

C3 1,93 4,74 2,29 0,34 2,95

C4 1,60 4,12 1,74 0,52 1,73

C5 1,15 3,97 0,83 0,08 0,88

C6 1,59 3,38 0,60 0,12

C7+ 42,15 11,91 3,80 0,42

MWC7+ 225 181 112 157

GOR 625 2000 18200 105000 -

API DETANQUE

34.3 50,1 60,8 54,7 -

LQUIDOCOLOR

PesadoNegro

MedioNaranja

Liviano AguaBlanco

-

2.5.6 AGUA: Connata, las cuales permanecen dentro de los espacios porosos. Agua proveniente de acuifero:

circula a travs de la roca almacn y tiende a depositarse debajo de la acumulacin gas/aceite, siendo

conocida esta zona como lmite o contacto.

AGU A CONNATAAGU A CONNATAAGU A CONNATAAGU A CONNATA

ACUIFEROACUIFEROACUIFEROACUIFERO

CONTACTOCONTACTOCONTACTOCONTACTO

AGUAAGUAAGUAAGUA----ACEITEACEITEACEITEACEITE


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2.6PROPIEDADES DEL PETROLEO

2.6.1 Color:Por reflexin de la luz pueden aparecer verdes, amarillos con tonos de azul, rojo, marrn o negro.

Los crudos pesados y extrapesados son negros casi en su totalidad. Crudos con altsimo contenido de cera son

livianos y de color amarillo.

2.6.2 Olor: El olor de los crudos es aromtico como el de la gasolina, del querosn u otros derivados. Si el

crudo contiene azufre tiene un olor fuerte y hasta repugnante, como huevo podrido. Si contiene sulfuro de

hidrgeno, los vapores son irritantes, txicos y hasta mortferos.

2.6.3 El poder calorfico: expresa la energa mxima que puede liberar la unin qumica entre un combustible y

el comburente y es igual a la energa que mantena unidos los tomos en las molculas de combustible,

Poder calorfico (kcal/kg)

Madera (segn) composicin) 2.500-4.000

Carbn (segn) composicin) 4.000-9.000

Alcohol 6.500

Gasleo 10.325

Gasolina 95 - 10.400

Gasolina 98 - 10.550

Butano 10.900

Petrleo 11.000

GLP (gas licuado de petrleo) 11.000

Gas natural (metano) 11.500

Hidrgeno 28.700


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2.6.4 Punto de ebullicin

No es constante. Debido a sus constituyentes vara algo menos que la temperatura atmosfrica hasta la

temperatura igual o por encima de 300 C.

2.6.5 Punto de congelacin

Vara desde 15,5 C hasta la temperatura de -45 C. Depende de las propiedades y caractersticas de cada

crudo o derivado. Este factor es de importancia al considerar el transporte de los hidrocarburos y las

estaciones, principalmente el invierno y las tierras glidas.

2.6.6 Gravedad especifica: definido como el cociente entre la densidad de una sustancia dada, y la

densidad del agua (H2O). Una sustancia con una gravedad especfica mayor a 1 es ms densa que el agua,

mientras que si la GE es menor a 1 dicha sustancia ser ms ligera que el agua.

CONSULTA: Densidad en lbs/ft3, lbs/gal, lbs/Bl

2.6.7 Gravedad API: La gravedad API, de sus siglas en ingls American Petroleum Institute, es una medida dedensidad que describe que tan pesado o liviano es el petrleo comparndolo con el agua. Si los grados API son

mayores a 10, es ms liviano que el agua, y por lo tanto flotara en esta.

ACEITE CRUDODENSIDAD(gr./cm3) GRAVEDAD A.P.I

EXTRAPESADO> 1.0 < 10

PESADO 1.0 - 0.92 10 - 22.3

MEDIANO 0.92 - 0.87 22.3 - 31.1

LIGERO 0.87 - 0.83 31.1 - 39

SUPERLIGERO < 0.83 >39

2.6.8 Factor Volumtrico de formacin Bo: El cambio en volumen de aceite el cual acompaa al cambio de

condiciones de yacimiento a condiciones de superficie es debido a tres factores.

Escape de gas proveniente del aceite.

W

o

o

=

5.1315.141=

O

OAPI


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Disminucin en presin.

Reduccin de temperatura

Las unidades de Bo son barriles de aceite a condiciones de yacimiento por barril en el tanque de

almacenamiento: Bbl/STB

oVolumendeOil gasensolucionacondicionesdeyacimiento

VolumendeOil acondicionesdeSuperficie

Bl

Bf=

+=[ ]

CONSULTA: Rs(gas en solucin), Grafica Rs Vs Presion.


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EJEMPLO

Una muestra de un crudo tiene una densidad de 50 Ib/ft3, este ocupa un volumen de 700 cc, a condiciones de

yacimiento el cual se encuentra a 6000 ft y en el tanque de almacenamiento fue de 274 cc. y un total de 1.21 pies

cbicos estndar de gas fueron liberados.

A-calcule la presin (Psi) y temperatura (C) a la que se encuentra el yacimiento.

A- Que tipo de crudo es,? (en base a la clasificacin API).

B- Calcule el factor volumtrico de formacin

C- Si se sabe que el yacimiento esta cerca a las condiciones criticas (pto critico) con una presin mayor que el

punto de burbuja, que tipo de yacimiento es?. Grafique el posible diagrama P-T, represente el descenso de

presin a T cte y hasta condiciones de superficie.

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