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• Oscar NZ

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ABSTRACT Un diagrama de fases es algo muy importante para conocer cómo se comporta una fase o una mezcla de fases, ya sean líquidos o gaseosos. Este diagrama, que es un gráfico, nos permite ubicar puntos como el punto crítico, o zonas como la zona gaseosa, sólida o líquida. Cuando tenemos una sola fase o un solo fluido, el diagrama consiste en tres curvas que separan las zonas de cada estado de la materia, pero si tenemos varias fases o una mezcla de fluidos, el diagrama se convierte en una serie de curvas que se envuelven una detrás de otras, convergiendo todas ellas en un punto (el punto crítico), es por eso que también se le suele llamar envolvente. Todos los diagramas de fase para un solo fluido suelen tener una forma muy similar, excepto el del agua, ya que su comportamiento al disminuir la temperatura no es el esperado (su volumen aumenta en vez de disminuir). En una mezcla de hidrocarburos, el diagrama de fases nos proporciona los valores y puntos tan importantes como el punto de burbuja, el punto de rocío, el punto crítico, los puntos cricondembárico y cricondentérmico, así como las curvas de burbujeo y de rocío. Gracias a estos diagramas, se puede identificar frente a qué tipo de yacimientos estamos, y por ende cuales son las técnicas que tendremos que utilizar para explotarlos. Como algunos ejemplos tenemos el yacimiento de gas condensado, el de gas seco, el de gás húmedo, el de petróleo volátil y el de petróleo negro. Por el diagrama, podremos saber si alguno de ellos podría emitir gases (en caso de ser petróleo) o líquidos (en caso de ser gas) a medida que los extraigamos y por ende vaya disminuyendo su presión, y cuanta cantidad de ese fluido vamos a obtener en la superficie.

RECURSOS Cuando nosotros descubrimos un yacimiento debemos investigar y determinar cuál será el estado de la mezcla de fluidos que tenemos en el fondo, para clasificarlos según sus fases, grados API, relaciones entre gas y petróleo, etc. Existen varios factores que controlan el comportamiento de fases de una mezcla de hidrocarburos, entre ellos la presión y la atracción molecular (para unir a las moléculas) y la energía cinética y la repulsión molecular (para hacer que se mantengan separadas). Cuando hablamos de una fase nos referimos a cualquier parte de la mezcla que se encuentre en un estado de materia distinto al del sistema en general. El diagrama de fases es un gráfico en el que se representan las condiciones de temperatura en las que existen los sólidos, líquidos y gases. Para cada punto de ese gráfico la sustancia tendrá unas propiedades distintas a la de otro punto. Por ejemplo, el diagrama de fases del agua:

Para un fluido individual el gráfico toma una forma similar a la de arriba, pero para una mezcla de fases (como es el caso del petróleo extraído, líquido y gas) adoptará la forma de una serie de curvas que están ubicadas una sobre la otra y que convergen en un punto, por eso se la llama envolvente. Los yacimientos suelen clasificarse por las condiciones de temperatura y presión iníciales respecto a la región gas-petróleo (zona bifásica), en estos diagramas se relacionan temperatura y presión. Ejemplo de diagrama de fases para un hidrocarburo:

En este gráfico existen varios puntos importantes, como son: Punto de burbuja (Pb): es la presión mínima en la cual estando en fase liquida se forma la primera burbuja de gas. Punto de rocío (Pr): es la presión mínima en la cual estando en fase gaseosa se forma la primera gota de líquido. Curva de Burbujeo: son los puntos de fase liquida en los cuales aparece la primera burbuja de gas. Curva de rocío: son los puntos en la fase gaseosa en los cuales aparece la primera gota de líquido. Punto cricondembárico (Pcdb): es la presión máxima en la cual coexiste gas y líquido Punto cridondentérmico (Tcdet): es la máxima temperatura en la cual coexiste las fases líquida y gaseosa. Zona de condensación retrograda: puede definirse como, la condensación de líquido durante la expansión de gas a temperatura constante o la condensación de líquido durante calentamiento de gas a presión constante. Punto Crítico: es el punto en el cual convergen las curvas de rocío y de burbujeo.

RESOLUCIÓN Basándonos en el diagrama de fases, podemos dividir a los yacimientos de la siguiente forma: Yacimientos de gas:   

Gas seco Gas húmedo Gas condensado

Yacimientos de petróleo  

Petróleo negro Petróleo pesado

Para el gas seco tenemos:

Los yacimientos de gas seco tienden a tener una temperatura mayor a la temperatura del punto cridondentérmico, siempre se mantiene en fase gaseosa en el yacimiento y en superficie independientemente de la reducción de la presión, estos gses se componen en su mayoría por gas metano, con pequeñas trazas de etano, propano y otros. Nunca tenemos condensación retrógrada, pero a temperaturas criogénicas menores a 50 ºF se pueden obtener líqudos de estos gases. Para el gas húmedo tenemos:

En yacimiento siempre tendremos una sola fase, pero a medida que disminuye la presión podremos atravesar la curva de rocío y tendremos un líquido muy denso, en superficie obtendremos una mezcla de hidrocarburos líquidos y gaseosos. Para el gas condensado tendremos:

Su temperatura se encuentra entre la temperatura cricondentérmica y la temperatura crítica, en condiciones iníciales del yacimiento podemos encontrar el hidrocarburo en fase gaseosa, al disminuir la presión y atravesar la curva de rocío por condensación del gas encontramos líquido en nuestra producción y también en el yacimiento. Para el petróleo volátil tendremos:

Cuando son llevados a superficie emiten vapores, lo que causa que su volumen se reduzca. Se encuentran a una temperatura ligeramente menor a la temperatura del punto crítico, la mezcla de hidrocarburos en el estado inicial se encuentra cerca del punto crítico, con una pequeña disminución de presión podemos atravesar la curva de burbuja y comenzar a liberar el gas que se encuentra disuelto en petróleo. Para el petróleo negro tenemos:

Estos yacimientos presentan una temperatura mucho menor a la temperatura crítica, tienen un mayor contenido de compuestos pesados (C7+) mayor al 40%, generalmente se debe disminuir mucho la presión para encontrar una producción de gas considerable en este tipo de yacimientos.

NOMENCLATURA Pb: punto de burbuja Pr: punto de rocío

CONCLUSIONES Como podemos ver, mediante la elaboración de un diagrama de fases podremos saber qué tipo de petróleo tendremos en fondo, ya que si tenemos unas propiedades en uno y otras propiedades en otro distinto, no podremos utilizar los mismo métodos para extraerlo, además su comportamiento suele obedecer a las condiciones de temperatura y presión a las que está sometido, características que son indicadas precisamente por el diagrama de fases.

RECOMENDACIONES En general, tenemos que identificar bien el tipo de yacimiento, puesto que como vimos, en uno de gas seco y en otro de gas húmedo las propiedades son las mismas según el diagrama de fases, pero el comportamiento de ambos son muy diferentes. Además, tenemos que calcular bien el punto crítico, puesto que a partir de ahí parten los estados de la materia que podremos tener con los hidrocarburos presentes, y tendremos confusión entre líquidos y gases.