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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO Facultad de ingeniería

Yacimientos de Gas

Correlaciones de las propiedades pseudocríticas del gas y del factor de compresibilidad z

Marco Antonio Broca de la Fuente

12 de febrero de 2019 Ciudad Universitaria

Índice Estimación de las propiedades pseudocríticas cuando la composición del gas es conocida: Stewar et al. Reglas de mezclado ........................................................... 3

Estimando las propiedades pesudocríticas cuando la composición del gas es desconocida: Correlación de Sutton ........................................................................ 4

Correcciones de las propiedades pseudocríticas para H2S y CO2 por Wicher y Azis ......................................................................................................................... 6

Estimando la gravedad específica para gas de yacimiento ..................................... 8

Gráficas de Dranchuck y Abou-Kassem para calcular el factor de compresibilidad Z ............................................................................................................................ 16

Estimación de las propiedades pseudocrítica para gas húmedo y condensado ... 17

Estimación de las propiedades pseudocríticas cuando la composición del gas es conocida: Stewar et al. Reglas de mezclado Procedimiento: 1. Si una fracción significante de componente pesados esta presente en la mezcla de gase natural, mediciones de laboratorio del peso molecular y de la gravedad específica del componente c7+ son requeridas para usar las reglas de mezclado para calcular la gravedad específica de la mezcla y propiedades pseudocríticas. a. Primero estimamos la temperatura de ebullición de la fracción C7+ 3

0.15427 𝑇𝑏𝐶7+ = (4.5579 𝑀𝐶7+ 0.15178 𝛾𝐶7+ ) ….1

b. Estimar la presión pseudocrítica de la fracción C7+

𝑃𝑝𝑐𝐶7+ = 𝑒

8.3634−

3 2 0.0566 2.2898 0.11857 𝑇𝑏𝐶7+ 3.648 0.47227 𝑇𝑏𝐶7+ 1.6977 𝑇𝑏𝐶7+ −(0.24244+ + 2 ) +(1.4685+ + 2 ) −(0.42019+ ) 𝛾𝐶7+ 𝛾𝐶7+ 1,000 𝛾𝐶7+ 𝛾 107 1010 𝛾𝐶7+ 𝛾2 𝐶7+ 𝐶7+

….2

c. Estimar la temperatura pseudocrítica de la fracción C7+ 𝑇𝑝𝑐𝐶7+ = (341.7 + 811𝛾𝐶7+ ) + (0.4244 + 0.1174𝛾𝐶7+ )𝑇𝑏𝐶7+ + (0.4669 − 105

3.2623𝛾𝐶7+ ) 𝑇

𝑏𝐶7+

……3

2. Determinar el factor de corrección 𝐹𝑗, 𝜉𝑗 , 𝜉𝑘 para componentes de alto peso molecular usando el método de Suton. 2 𝑦 2 𝑇𝑐

1 𝑦𝑇

𝐹𝑗 = 3 ( 𝑃 𝑐) 𝑐

𝐶7+

+ 3(

𝑃𝑐

)

𝐶7+

….4

2 𝜉𝑗 = 0.6081𝐹𝑗 + 1.1325𝐹𝑗2 − 14.004𝐹𝑗 𝑦𝐶7+ + 64.434𝐹𝑗 𝑦𝐶7+ ….5

𝜉𝑘 = (

𝑇𝑐 √𝑃𝑐

) 𝐶7+

2 3 )…..6 (0.3129𝑦𝐶7+ − 4.8156𝑦𝐶7+ + 27.3751𝑦𝐶7+

3. Obtener las presiones y temperaturas críticas de los componentes restantes de la tabla 1.1 o de las referencias 2 hasta 4. 4. Determinar la presión y temperatura pseudocrítica del gas. a. Calcular los parámetros J y K. 𝐽=

1

𝑦𝑇 ∑𝑛𝑐 ( 𝑐) 3 𝑖=1 𝑃𝑐

+

2

𝑇 𝑛𝑐 [∑𝑖=1 (𝑦√𝑃𝑐 ) ] 3 𝑐 𝑖

𝑛𝑐

𝑘=∑

(

𝑖=1

𝑦𝜋

√𝑃2

2

…..7

) ….8 𝑖

b. Corregir los parámetros J y K para la fracción C7+ 𝐽′ = 𝐽 − 𝜉𝑗 …9

𝑘 ′ = 𝑘 − 𝜉𝑘 … .10

c. Calcular la temperatura y presión pseudocrítica 2

𝑇𝑃𝐶 = 𝐾 ′ ∕ 𝐽′ ….11 Re = ̅̅̅̅ 𝜍𝑝𝐶 ⁄𝐽′ … .12

Estimando las propiedades pesudocríticas cuando la composición del gas es desconocida: Correlación de Sutton Las curvas de correlaciones de Sutton están basadas en una base de datos más larga que la usada por Standing y por lo tanto difiere significativamente de las curvas de Standing. Sutton encaja los datos con ecuaciones cuadráticas y obtiene las siguientes ecuaciones empíricas relacionando propiedades pseudocrítcas de los hidrocarburos para gravedades específicas del gas:

𝑃𝑃𝑐ℎ = 756.8 − 131.0𝛾ℎ − 3.6𝛾ℎ2 ….13 𝑇𝑃ch = 169.2 + 3495𝛾ℎ − 74𝛾ℎ2 …..14

Donde 𝑃𝑃𝑐ℎ es la presión pseudocrítica de los componentes hidrocrburos, psia; 𝑇𝑃ch es la temperatura pseudocrítca de los componentes hidrocarburos, °R; 𝛾ℎ es la gravedad específica del gas de los componentes hidrocarburos (aire =1). Las ecuaciones 13 y 14 son aplicables para 57 < 𝛾ℎ < 1.68. si el gas contine 3 mol% nitrógeno, o cualquier H2S, entonces la gravedad especifica del gas hidrocarburo debería ser calculado como: 𝛾ℎ =

𝛾𝜔 −1.1767𝑦𝐻2 𝑆 −1⋅5196𝑦𝐶𝑂2 −0.9672𝑦𝑁2 −0.6220𝑦𝐻20 1−𝑦𝐻2 𝑠 −𝑦𝐶𝑂2 𝑦𝑁2 −𝑦𝐻2 𝑂

…15

Donde 𝛾𝑤 = 𝛾𝑔 si el separador de gravedad específica está siendo utilizado. Una vez que la gravedad específica de los componentes hidrocarburos es estimado, las propiedades pseducriticas de la mezcla hidrocarburo son calculadas con las correlaciones de Sutton dadas por las ecuaciones 13 y 14 o la figura 1. Las propiedades pseudoreducidad de toda la mezcla, incluyendo contaminantes, son estimadas con las siguientes ecuaciones: 𝑃𝑝𝑐 = (1 − 𝑦𝐻2 𝑆 − 𝑦𝐶𝑂2 − 𝑦𝑁2 − 𝑦𝐻2 𝑂 )𝑃𝑝𝑐ℎ + 1,306𝑦𝐻2 𝑆 + 1,071𝑦𝐶𝑂2 + 493.1𝑦𝐶𝑂2 + 3,200.1𝑦𝐻2 𝑂 ….16

𝑇𝑝𝑐 = (1 − 𝑦𝐻2 𝑆 − 𝑦𝐶𝑂2 − 𝑦𝑁2 − 𝑦𝐻2 𝑂 )𝑇𝑝𝑐ℎ + 672.35𝑦𝐻2 𝑆 + 547.58𝑦𝐶𝑂2 + 227.16𝑦𝐶𝑂2 + 164.9𝑦𝐻2 𝑂 …17

Correcciones de las propiedades pseudocríticas para H2S y CO2 por Wicher y Azis Wichert y Azis desarrollaron una correlación para tomar en cuenta los efectos por CO2 y H2S sobre las propiedades pseudocriticas de presión y temperatura. Su correlación, la cula ajusta propiedades pseudocríticas de la mezcla de gas natiral para corregir los valores estimados de las propiedades, debería ser aplicado cuando se usen ppc y tpc para estimar el factor z, compresibilidad del gas y la viscosidad del gas. La correlación de Wicher y Aziz es:

𝜉 = 120(𝐴0.9 − 𝐴1.6 ) + 15(𝐵 0.5 − 𝐵 4 ) … .18

Donde la temperatura y presión pseudocritica ajustadas para CO2 y H2S son: 𝑇´𝑝𝑐 = 𝑇𝑝𝑐 − 𝜉…19

𝑃´𝑝𝑐 = 𝑇

𝑃𝑝𝑐 𝑇´𝑝𝑐

𝑝𝑐 +𝐵(1−𝐵)𝜉

….20

Donde A = Suma de la fracción mol de H2S y CO2 en la mezcla B = fracción mol de H2S en la mezcla de gases. El error promedio absoluto en el factor z calculado era de 0.97%, con un error máximo de 6.59% para el conjunto de datos esado para desarrollar esta correlación. La correlación fue desarrollada para gases bajo el siguiente rango de condiciones: 154 < p[psia]