Universidad CESUNV Ingeniería Petrolera Factores Volumétricos de Formación Bo,Bg,Bw,Bt Compresibilidad del Yacimiento y de los Fluidos. En base a las leyes de Charles y Avogadro para un gas ideal tenemos :
pV = nRT p = Presión Absoluta V = Volumen n = Moles de gas T = Temperatura Absoluta R = Constante Distribución de Presión “Normal” desde la superficie hasta la estructura del yacimiento A muy bajas presiones , muchos gases exhiben un comportamiento ideal y la ecuación es válida.A presiones y temperaturas más altas como las que se encuentran en los yacimientos de aceite y gas la ecuación de gas ideal, ya no es valida . La industria petrolera ha encontrado que un simple factor de corrección puede agregarse a la Ley de gas Ideal que describe el comportamiento de las mezclas bajo condiciones de un campo petroelero. Este factor es llamado “Factor de compresibilidad Z” y varía con la presión ,temperatura y composición. De tal manera que la ecuación de estado se modifica a:
pV = znRT donde
z es el factor de compresibilidad adimensional.
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Factores de compresibilidad para gases naturales (Despues de Satnding y Katz)
Factores de Conversión entre volumenes superficiales y de fondo La conversión de volumenes de fondo ( o gastos volumetricos) de aceite, gas y agua a volumenes equivalentes a condiciones superficiales hace frecuentemente necesario usar factores de conversión , los cuales consideran todos los cambios que afectan a los fluidos ; es decir que pasan de un estado o condición a otra (o) .( Tipicamente --- Compresibilidad y Solubilidad) .
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Universidad CESUNV Ingeniería Petrolera Factores Volumétricos de Formación Bo,Bg,Bw,Bt Las unidades que comunmente se utilizan para medir volumenes de hidrocarburos son: El volumen de aceite es medido en barriles API o pies cúbicos o metros cubicos a condiciones de tanque (superficie) --- convencionalmente 60 °F (15.5 °C) y 14.7 psia ( 1 atmosfera). El gasto de gas es medido en pies cubicos standard o en metros cubicos a las mismas condiciones de arriba mencionadas Las unidades son standard pie3 / barril en tanque scf/B o m3 de aceite por m3 de aceite m3/m3 ( Dado que hay 5.6 pie3 en un barril entonces; scf /5.6 = m3/m3) Las relaciones básicas del fondo a la superficie se muestran en figura siguiente. Los factores de volumen son designados por la letra B con un sufijo que denota la fase del fluido del que se trata. El factor de volumen está en función de la composición del fluido, y la diferencia de la presión y temperatura entre el fondo y/o su estado de referencia. Factor de volumen = volumen a condiciones de fondo / volumen a condiciones de referencia. –O- Factor de Volumen = volumen @ c.y / volumen @c.s
La figura muestra un ejemplo de un sistema de gas disuelto en que el gas total en superficie es la suma del gas en solución que emigro (subió) de los líquidos del fondo más el gas libre producido independiente del aceite. El factor de volumen del gas Bg se considera por expansión del gas libre. El aceite se contrae (se reduce) en volumen del fondo a la superficie, en primera instancia por gas en solución que se liberó. Un rango típico para el Bo es de 1.2 para bajas RGA a 1.6 o mayor para los aceites volátiles. La solubilidad del gas en el agua es baja y los efectos combinados de reducción en temperatura, presión y pérdida de solución del gas tienen un efecto menor en el Bw.
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Universidad CESUNV Ingeniería Petrolera Factores Volumétricos de Formación Bo,Bg,Bw,Bt Factor de Volumen del Gas (Bg) Este puede ser calculado a partir de mediciones PVT de una muestra de gas o puede ser calculado con la ecuación de estado
Donde las condiciones 1 son estándar (superficie) y las condiciones 2 son en el fondo. Cabe señalar que existen graficas basadas en relaciones y correlaciones entre Z y gravedad específica, presión y temperatura para simplificar los cálculos
Factor de Volumen del Aceite (Bo) Definitivamente el Bo se determina mejor con una medida de PVT de la muestra delyacimiento. La figura que se muestra es una grafica típica de datos PVT para un aceite bajosaturado. Partiendo de 8000 psi hasta el punto de presión de burbujeo de 6350 psi, el Bo incrementa debido a la expansión del aceite bajosaturado. De la expansión desde 6350 psi hasta la presión atmosferica se incrementan las cantidades de gas que son liberadas . Notése que la Rs, es la cantidad de gas en solución casi directamente proporcional al la presión en el sistema. El -- Bo – viene a depender esencialmente de la cantidad de gas disuelto que incrementa con la presión arriba del punto de burbujeo, donde todo el gas disponible es disuelto y entonces disminuye a un gasto determinado por la compresibilidad del liquido. La solubilidad del gas natural en el aceite, depende de la composición de los hidrocarburos,de la temperatura y presión aplicada. Tambien como para el gas, hay graficas que sirven para estimar los valores que definen el Bo . El factor de merma(shrinkage) (1/Bo) es el recíproco del Bo. Uno de los factores que más influye en el Bo es la cantidad de gas que viene de solución cuando la presión y la temperatura caen de @c.y a @c.s
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Datos típicos por vaporización diferencial de un aceite bajo saturado a temperatura constante (305 °F)
Factor de Volumen del Agua (Bw) Bw existe debido a las pequeñas cantidades de gases disueltos y sales que hacen al agua ligeramente compresible. La solubilidad del gas natural en el agua y salmuera es poca y su efecto sobre la compresibilidad puede ser despreciado o ignorado para pequeños cambios de presión y temperatura y entonces el Bw puede ser aproximado a 1.0. Para grandes cambios en presión y temperatura Bw puede ser aproximado de graficas.
Factor Volumétrico Total o Bifásico ( Bt) Se define como el volumen que ocupa a condiciones de yacimiento un barril fiscal de aceite y el gas que contenía inicialmente en solución, puede estimarse como:
Bt = Bo+Bg (Rsi-Rs)
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Correlaciones para la Densidad de Fluido
Densidad del Gas.- La densidad especifica del Gas Yg se utiliza en la industria petrolera para caracterizar a los gases naturales. La gravedad específica del gas se define como la relación de la densidad del gas con respecto a la densidad del aire, ambas a condiciones de superficie (estándar).
El peso de cualquier volumen de gas se puede determinar multiplicando Yg x þaire . La densidad del aire a condiciones de superficie es 0.001223 gr/cm3 ó 0.0762 lb/pie3. La densidad del gas a cualquier temperatura y presión, se puede estimar a partir del Bg
Re arreglando
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Densidad del Aceite.- En condiciones estándar , la densidad del aceite es igual al peso entre el volumen o con la ecuación de forma:
En condiciones de pozo fluyendo, la densidad del aceite se mantiene en la relación de peso/volumen. Esto sin embargo no es constante ya que el peso del aceite ha sido incrementado por el gas disuelto, y el volumen del aceite se incrementa por el Bo (wf = well flowing)
La química del petróleo es compleja, un crudo puede contener varios miles de diferentescompuestos que pertenecen hasta a 18 series diferentes de hidrocarburos. El petróleo generalmente es descrito por su gravedad específica, y que es facil medirla un hidrómetro flotante. La gravedad específica API se define por la ecuación siguiente:
Densidad del Agua.- la densidad del agua en el gas libre esta en función de la temperatura, presión y salinidad del agua. El valor generalmente se determina por graficas.
Viscosidades La viscosidad es una caracteristica fundamental de todos los líquidos. Cuando un liquido fluye, tiene una resistencia interna al flujo. La viscosidad es una medida de esta resistencia al flujo o esfuerzo al corte. Esfuerzo al Corte Simple de una pelicula de líquido
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Universidad CESUNV Ingeniería Petrolera Factores Volumétricos de Formación Bo,Bg,Bw,Bt Viscosidad del Gas.- a temperaturas elevadas y bajas presiones, la gravedad de los gases es baja y se acerca a un “ gas perfecto” en su comportamiento, mientras que a bajas temperaturas y altas presiones , los gases más pesados tienden a líquidos.
Viscosidad del Aceite.- La viscosidad de un aceite crudo disminuye cuando la temperatura aumenta y con un incremento de gas disuelto (liberación) . Los aceites más pesados son generalmente más viscosos quelos aceites más ligeros de la misma muestra base del hidrocarburo.
Viscosidad del Agua.- Principalmente es una función de la temperatura y Salinidad. Se utilizan graficas también para obtener aproximaciones de viscosidad.
Compresibilidad de la Formación. La compresibilidad es el parámetro que cuantifica la relación entre la presión ejercida sobre un cuerpo y el cambio resultante en su volumen. i Considerando la temperatura constante) C = -1/V dV/dP ( i = valor inicial libre de esfuerzo- fatiga )
Adicionalmente a la compresibilidad de los fluidos, es también importante tener una medida de la compresibilidad de la roca . La compresibilidad de la formación es mejor medida en laboratorio. Aunque las correlaciones y graficas que existen dan buenas aproximaciones en ciertas condiciones .
Texto Recomendado : Compressibility of Sandstones Robert W Zimmerman -- Earth Sciences Division, Lawrence Berkeley Laboratory, University of California , CA 94720, U.S.A.
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