INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE COSAMALOAPAN ASIGNATURA: FLUJO MULTIFÁSICO EN TUBERÍAS PROFESOR: ING. JOSÉ ISIDORO BEL
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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE COSAMALOAPAN ASIGNATURA: FLUJO MULTIFÁSICO EN TUBERÍAS PROFESOR: ING. JOSÉ ISIDORO BELTRÁN CARRERA: ING. PETROLERA CLAVE: PED-1012
GRUPO: 607-AB SEMESTRE: SEXTO
FECHA DE ENTREGA: 07 DE MARZO DEL 2014
DETERMINACIÓNDELAS PROPIEDADES DELACEITESATURADO
DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL ACEITE SATURADO
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Introducción En esta práctica investigaremos como determinar las propiedades del Aceite saturado, veremos diversas correlaciones que se crearon de manera experimental en diversos pozos a nivel mundial que determinan sus propiedades, estas pruebas las hicieron diversos investigadores, los cuales formularon una correlación, diversas variables presentes en las fórmulas como son la Relación del gas disuelto en el aceite, el volumen volumétrico del petróleo y las presiones con que se trabajara. Determinaremos propiedades como las de su densidad, presión, viscosidad y tensión superficial, así como su factor de volumen y su compresibilidad. Definiremos el concepto de aceites saturados así como sus propiedades y las formulas que los rigen.
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DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL ACEITE SATURADO Se considera aceite saturado a partir de que se ha liberado la primera burbuja de gas que estaba disuelta en el aceite, es decir, cuando llega a una presión igual o inferior a la presión de burbujeo (pb). Hay diversos autores de correlaciones con las cuales se pueden obtener las propiedades del aceite saturado. Los ácidos grasos saturados no tienen dobles enlaces entre los átomos de carbono de la cadena de ácidos grasos; por tanto, están totalmente saturados con átomos de hidrógeno. Si bien el concepto anterior tiene que ver con los ácidos grasos saturados, el concepto tiene el mismo principio ya que el aceite DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL ACEITE SATURADO
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saturado estará saturado o rodeado de átomos de hidrógenos como son lo alcanos, los cuales solo poseen un enlace.
Correlación de Standing Esta correlación establece las relaciones empíricas observadas de la presión de saturación, el factor de volumen del aceite a la presión de saturación, y el factor de volumen de las dos fases en función de la relación gas aceite, densidad del aceite, densidad del gas, presión y temperatura; esto como resultado de la separación instantánea en dos etapas a 100oF, donde la primer etapa se realizó en un rango de presión de 250 a 450 psi y la segunda etapa a presión atmosférica. Esta correlación está hecha en base a aceites y gases producidos en California. Debe entenderse que la densidad del aceite producido en el tanque de almacenamiento dependerá de las condiciones de separación (etapas, presiones y temperaturas). Mientras más etapas de separación sean, el aceite será más ligero (mayor densidad API). La presión del aceite saturado se correlaciono en la siguiente forma: R 0.83 0.00091T 0.0125 API S 18 10 dg Por lo que despejando la relación gas disuelto aceite (R s) de la ecuación anterior se tiene: 1
0.83 RS gd 10 0.0125 API 0.00091T 18
El factor del aceite fue correlacionado con la relación gas disuelto-aceite, la temperatura, la densidad relativa del gas y la densidad del aceite. Se obtuvo la siguiente expresión: BO=0.972 + 0.000147 (F) 1.175 Dónde:
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0.5
gd F RS o
1.25T
Correlación de Vázquez Estos estudios fueron realizados por la reunión de más de 600 análisis PVT de campos de todo el mundo. En el desarrollo de la correlación se encontró que todas las propiedades de los fluidos podían ser correlacionadas como función de la presión, temperatura, densidad del gas y densidad del aceite. La densidad del gas es un fuerte parámetro a correlacionar y, desafortunadamente, es una de las variables mas cuestionadas por su veracidad, porque depende de las condiciones a las que se separa el gas del aceite. Como el valor de la densidad relativa del gas es un parámetro de correlación importante, se decidió usar un valor de dicha densidad relativa normalizado a una presión de separación de 100 lb/pg 2 manométrica. Por lo tanto, el primer paso para usar esta correlación consiste en obtener el valor de la densidad relativa del gas a dicha presión. Para esto se propone la siguiente ecuación:
gs gp
ps 114.7
5 1 5.912 x10 . API .Ts .log
La correlación para determinar Rs se afino dividiendo los datos en dos grupos, de acuerdo con la densidad del aceite. Se obtuvo la siguiente ecuación:
Rs C1. gs . pC2 .exp C3 . API / T 460 Para obtener la presión de burbujeo despejamos de la ecuación anterior.
C3
R e C1 gs
pb
1 C2
API T 460
Los valores de los coeficientes son:
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Coeficientes de Vázquez para Rs y pb. COEFICIENTE °API ≤ 30° °API > 30° C1 0.0362 0.0178 C2 1.0937 1.1870 C3 25.724 23.931 La expresión que se obtuvo para determinar el factor de volumen es: Bo 1 C1.Rs T 60 API C2 C3 .Rs gs
Los valores de los coeficientes son: Coeficientes de Vázquez para Bo. COEFICIENTE °API ≤ 30° °API > 30° -4 C1 4.677 x 10 4.67 x 10-4 C2 1.751 x 10-5 1.1 x 10-5 -8 C3 -1.811 x 10 1.377 x 10-9 La expresión que se obtuvo para determinar el factor de volumen para Co p pb
Bo Bo e aceite bajosaturado es la siguiente:
Correlación de Oistein Esta correlación fue establecida utilizando muestras de aceite producido en el Mar del Norte, donde predominan los aceites de tipo volátil. El procedimiento de las mediciones pVT consistió en tomar seis muestras de fluidos provenientes de dos separadores del mar del Norte. De las mediciones presión-volumen de las muestras se obtuvo: la presión de saturación (pb) a cada temperatura, volumen a la p b, la compresibilidad del aceite bajosaturado (co), y el factor “Y” a la presión de saturación, usado para describir el comportamiento del volumen en ambas fases, líquido y gas. Presión de burbujeo (presión de saturación)
Basándose en la relación general reportada por Standing entre la pb de un sistema gas-aceite con estos fluidos y propiedades del yacimiento, en la cual se tiene que:
pb f R, g , API , T
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Para obtener un mejor ajuste tenemos que: • •
n = 0.130 para aceite volátil n = 0.172 para aceite negro
Y: pb* = número correlacionado para calcular la presión de burbujeo. Relación de solubilidad (Rs)
La ecuación que determina la relación de solubilidad es la siguiente: API 0.989 * Rs g pb Tn
1.2255
Donde T está expresada en °F y: 0.5 pb* 10 2.8869 14.1811 3.3093 log p
n = 0.130 para aceite volátil n = 0.172 para aceite negro La exactitud de esta correlación disminuye para relaciones de solubilidad que excedan 1,400 (pies3/ bl) a c.s. El análisis de la expresión para pb*, muestra que la correlación no puede ser usada para presiones que excedan de 19,285 psi.
Correlación de J. A. Lasater Esta correlación se basa en 158 mediciones experimentales de la presión en el punto de burbujeo de 137 sistemas independientes, producidos en Canadá, en el centro y Oeste de los Estados Unidos y América del Sur. El error promedio en la representación algebraica es del 3.8% y el máximo error encontrado es del 14.7%. Las ecuaciones siguientes corresponden a la correlación de Lasater para un aceite saturado: p ( 460) f gd
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Donde pf es el factor de la presión en el punto de burbujeo, el cual fue
g
relacionado con la fracción molar del gas fue ajustada la siguiente ecuación:
, a cuya curva resultante le
p f 504.3 x10 2 y g 3 310.526 x10 2 y 2 g 136.226 x10 2 y g 119.118 x10 3 La fracción molar del gas se calcula con la siguiente expresión: yg
Rs / 379.3 350 o Rs / 379.3 o
El peso molecular del aceite en el tanque (M o) se correlaciono con el °API del aceite en el tanque de almacenamiento, a cuya curva se le ajustaron las siguientes expresiones: 15 API 40, M o (63.506 API ) / 0.0996
si si
40 API 44, M o 1048.33 / API
1.6736
La expresión para determinar Rs se obtiene a partir de: Rs 132755
yg o
1 y M g
o
A la fracción molar del gas en función de p f se le ajusto la siguiente ecuación:
yg 419.545 x105 p 3 f 591.428 x104 p f 2 334.519 x103 p f 169.879 x10 4
Densidad del aceite saturado En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Clasificación del aceite de acuerdo a su densidad DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL ACEITE SATURADO
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Aceite crudo
Densidad (gr/cm3)
Extra pesado Pesado Mediano Ligero Súper Ligero
> 1.0 1.01 – 0.92 0.91 – 0.87 0.86 – 0.83 < 0.83
Densidad (grados °API) < 10.0 10.1 – 22.3 22.4 – 31.1 31.2 – 39 > 39
Para propósitos comerciales y asegurar un mejor valor económico de los hidrocarburos mexicanos, los aceites crudos vendidos nacional e internacionalmente son en general mezclas de aceites de diferentes densidades como se muestra en la tabla.
Clasificación de mezclas de aceites mexicanos Tipo de aceite Clasificación Densidad °API Pesado 22 Maya Ligero 33.6 Istmo Súper ligero Olmeca 39.3 Practica.- Calculo de densidad ( o)
1. Medimos en la probeta 20 ml de aceite saturado, y en otra probeta medimos la misma cantidad, es decir, 20 ml pero de agua. 2. Colocamos un soporte universal y le instalamos un tubo llamado tubo U, el cual estaba sujetado por unas pinzas para soporte universal. Posteriormente primero vertimos los 20 ml de agua al tubo U, y luego vertimos los 20 ml de aceite saturado en el mismo, evitando que este tuviera contacto con las paredes del tubo al momento de vaciarlo, para que se pudiera obtener la mayor cantidad posible de aceite saturado dentro del tubo U, y que así pudiera desplazar al agua.
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Tubo U y muestra de 20 ml de agua y 20 ml de aceite saturado. 3. Observamos como el aceite desplazaba al agua pero de manera muy lenta debido al grado de viscosidad y densidad de este aceite. Analizamos durante 5 minutos ambos fluidos dentro del tubo U, hasta que una burbuja de aceite saturado se separo y se coloco en la parte superior de la fase del agua. 4. Así determinamos la altura que tenia cada fluido, y la altura del aceite fue de 4.8 cm desde la superficie de este hasta la parte recta del tubo y en la del agua obtuvimos una altura de 7 cm desde la superficie hasta la parte recta de la U sin tomar en cuenta la altura de la burbuja que se desprendió del resto del aceite. En total obtuvimos 5.8 cm de altura del aceite ya que se mide la cantidad de aceite en conjunto con la altura de la burbuja.
5. una vez obteniendo estos datos, se procede a calcular la densidad de la siguiente manera: Altura obtenida del agua (hw) DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL ACEITE SATURADO
7 cm Página 11
Altura obtenida del aceite saturado (ho) Densidad del agua (w)
aceite saturado
aceite saturado
1000 kg / m
aceite saturado
3
1000 kg/m3
hw * w ho
*7 cm3
5.8 cm
5.8 cm
3
1206.9 kg / m3
1206.9 kg / m3 1.21 gr / cm3 1000
NOTA: Tiene una densidad de grados API menor a