• Author / Uploaded
• Robinson Velasquez

Citation preview

Permeabilidad La permeabilidad es la capacidad de una roca para que un fluido fluya a través de ella; también se puede decir que es la propiedad de un material de permitir el paso de un líquido o un gas. La permeabilidad se mide en darcy, que es la permeabilidad que permite a un fluido de un centipoise de viscosidad fluir a una velocidad de 1 cm/s a una presión de 1 atm/cm. Habitualmente, debido a la baja permeabilidad de las rocas, se usan los milidarcies. La ley de Darcy sólo es válida cuando no hay reacciones químicas entre el fluido y la roca, y cuando hay una sola fase que rellena los poros. La permeabilidad es, después de la porosidad, el segundo factor importante para la existencia de un almacén de hidrocarburos o agua. La permeabilidad media de los almacenes varía entre 5 y 500 milidarcies, aunque hay depósitos de hasta 3.000 - 4.000 milidarcies. Un material permeable es aquel que permite la circulación de un fluido a través de sí, usualmente en suelos el fluido de interés es el agua y aunque la permeabilidad es inherente a las propiedades físicas del suelo como el tamaño de grano, distribución granulométrica, relación de vacíos, la temperatura a la que ocurre el proceso influye de una u otra forma en la variación de la permeabilidad. En la mecánica de suelos un material es considerado permeable si existe interconexión entre los poros o si existen grietas o canales que faciliten el flujo. PERMEABILIDAD EN ROCAS La ley de Darcy enuncia que la velocidad de un fluido homogéneo en un medio poroso es proporcional al gradiente de presión e inversamente proporcional a la viscosidad del fluido, v 

k dp  ds

V es la velocidad aparente en centímetros por segundo e igual a q/A, donde q es la velocidad volumétrica del flujo, en centímetros cúbicos por segundo, y A es el área de la sección transversal total o aparente de la roca, en centímetros cuadrados. En otras palabras, el área incluye tanto el área del material solidó (esqueleto del mineral) de la roca como también el área de los canales porosos.

Por esta razón la ley de Darcy no se aplica a flujo en canales porosos individuales, sino a partes de la roca de dimensiones razonablemente grandes comparadas con el tamaño de los canales porosos. Además debido a la porosidad de la roca, a la tortuosidad de las líneas de flujo y a la ausencia de flujo en algunos de los espacios porosos (incomunicados) la velocidad real de flujo varía de lugar a lugar dentro de la roca y mantiene un promedio más alto que la velocidad aparente. En la ecuación anterior la constante de proporcionalidad, k, es la permeabilidad de la roca expresada en Darcys. Pero a que tener en cuenta que la ley de Darcy solo se aplica en la región de flujo laminar y no en flujo turbulento en donde ocurren altas velocidades y el gradiente de presión aumenta a rata mayor que la del flujo. CLASIFICACIÓN DE LA PERMEABILIDAD Se puede clasificar de acuerdo al proceso de formación en permeabilidad Primaria y Secundaria, o de acuerdo a los fluidos presentes y a las saturaciones dentro del espacio poroso. De acuerdo al proceso de formación: La permeabilidad puede ser primaria o secundaria, la primera es denominada también de matriz y es originada al tiempo de la depositación y litificación de las rocas sedimentarias. La segunda resulta de la alteración de la matriz de la roca debido a compactación, solución, cementación, fracturamiento o cualquier otro proceso o fenómeno que se de después del proceso litológico de la roca. De acuerdo a los fluidos presentes: Permeabilidad absoluta: es la permeabilidad medida cuando hay un solo fluido presente, por ejemplo aire, agua o lixiviante. Esta permeabilidad es una propiedad del medio poroso y el valor es constante e independiente del fluido usado en su medida, sin embargo, cuando hay una reducción de la permeabilidad por el tipo de fluido se debe hacer referencia al medio y al tipo de fluido. Permeabilidad efectiva: es la medida de la conducción de un medio poroso a la fase de un fluido en un sistema multifásico que existe en el

medio. El medio puede tener una permeabilidad efectiva distinta para cada fluido presente en el medio. La permeabilidad efectiva, además de ser función del medio poroso es función de la saturación y distribución de los fluidos presentes. Permeabilidad relativa: de un medio poroso a un fluido de un sistema multifásico se define como la relación de la permeabilidad efectiva con la permeabilidad absoluta.

PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE ROCAS EN LOS LABORATORIOS DE LA UNIVERSIDAD, LABORATORIO DE ROCAS EN INGIENERIA DE PETROLEOS PERMEABILIDAD CON GASES (PERMEÁMETRO GAS RUSKA) Objetivo 

Determinar la permeabilidad al gas de muestras de núcleos consolidados utilizando el permeámetro de gas RUSKA.

Principios básicos La permeabilidad al gas de una muestra de corazón se determina con base en la ley de Darcy (flujo de fluidos), midiendo en un rotámetro la tasa de flujo de un gas que se hace pasar a través de la muestra bajo un gradiente de presión. El valor de permeabilidad que se determina en este equipo es de permeabilidad absoluta. El gas a utilizar (aire) es de viscosidad conocida. La permeabilidad se calcula mediante una fórmula utilizando el caudal de gas que pasa a través del núcleo, las dimensiones del mismo, el gradiente de presión y la viscosidad del gas. En el laboratorio, las muestras enviadas de campo deben recibir un tratamiento previo especial que varia de acuerdo con la prueba que se vaya a practicar (selección, corte, secado y/o saturación, etc.). Uso practico La permeabilidad K es una propiedad de la roca, que cuantifica el mayor o menor grado con que un medio poroso deja pasar fluidos a través de sí mismo bajo condiciones de presión. El dato de la permeabilidad es vital para diagnosticar recuperaciones de crudo, procesos de desplazamiento, proyectos de simulación y otros. La permeabilidad en el yacimiento, se ve afectada por múltiples factores que tienen que ver

con: el medio poroso, como la distribución del tamaño de grano, el material cementante, la perforación, la producción, la migración de fino, arenamiento, acidificación entre otros. En el laboratorio, las muestras enviadas del campo deben recibir un tratamiento previo especial que varia de acuerdo con la prueba que se vaya a practicar (selección, corte, secado y/o saturación, etc.). Uno de los factores mas relevantes es definir su orientación con respecto al yacimiento. El líquido saturante a usar debe ser inerte con respecto al material del núcleo. Equipos, elementos y accesorios:  

Permeámetro para gases RUSKA, con todos sus accesorios. Muestras de núcleos previamente preparadas y reseñadas.

Procedimiento experimental: 1. Determine las dimensiones pertinentes de las muestras cilíndricas ó cúbicas usando el calibrador. 2. Coloque la muestra en el receptor de caucho adecuado (el más preciso) inserte en la copa y ajuste en el permeámetro. 3. Comience por probar la posición “large” de la válvula selectora del flowrneter y fije una presión de 0.25 atm. En el manómetro. Si el flotador se encuentra en el rango de lectura adecuado entre 20 - 140 divisiones, tome la lectura estimando el centro del flotador suspendido: de lo contrario pruebe la posición “medium’ y fije una presión de 0.5 atm; verifique si puede tomar la lectura, de lo contrario pruebe la siguiente posición “small”, fijando para esta una presión de 1 atm. Y tome la lectura. 4. Cierre la válvula reguladora y retire la muestra.

PERMEABILIDAD CON LÍQUIDOS (PERMEÁMETRO LÍQUIDO RUSKA) Objetivo 

Determinar la permeabilidad al líquido de muestras de núcleos consolidados utilizando el permeámetro para líquidos RUSKA.

Principios básicos El método consiste en medir el tiempo necesario para pasar un volumen fijo de líquido (Xileno) a través de un núcleo previamente tratado a una temperatura y un gradiente de presión determinados. Las determinaciones se hacen con base en la ley de Darcy para flujo lineal. Los valores de K que se obtienen son absolutos y en su determinación intervienen las dimensiones del núcleo, la viscosidad y el volumen de líquido saturante y el tiempo de flujo. Equipos, elementos y accesorios     

Permeámetro para líquidos todos sus accesorios. Muestras de núcleos previamente preparadas y reseñadas. Calibrador. Bomba de vació. Xileno.

Procedimiento experimental

1.

Reseñe

debidamente y tome las dimensiones calibrador. No olvide indicar la orientación de yacimiento. 2. Coloque la muestra limpia y seca en la cámara de vació y satúrela con el líquido apropiado a usar para la determinación.

3. Coloque la muestra en el receptor de caucho adecuado (el más preciso), inserte en la copa y ajuste el permeámetro. 4. Llenar el depósito embudado con el líquido seleccionado. La selección de la bureta de volumen apropiado depende de las características de la muestra (porosidad, compactación, etc.) 5. Manipule la válvula de la cámara del permeámetro para llenar la bureta hasta ubicar el nivel del líquido por encima de la marca superior. Cierre la válvula. 6. Manipule la válvula de control de presión, fijando el valor apropiado en el manómetro y lleve la válvula de “descarga llenado” a descarga. 7. Tome el tiempo necesario para que el nivel del líquido pase exactamente de la marca superior a la inferior en la bureta. 8. Tome varias mediciones y anote el volumen de la bureta usada. 9. Manipule la válvula de control de presión y reduzca a cero el valor de presión. Saque la muestra. MÉTODOS PARA MEDIR EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD DE SUELOS. Hay varios procedimientos para la determinación de la permeabilidad de los suelos: unos directos, así llamados porque se basan en pruebas cuyo objetivo fundamental es la medición de tal coeficiente; otros indirectos, proporcionados, en forma secundaria, por pruebas y técnicas que primariamente persiguen otros fines.   

Permeámetro de carga constante Permeámetro de carga variable Calculo a partir de la curva granulométrica PERMEÁMETRO DE CARGA CONSTANTE

Método sencillo para determinar el coeficiente de permeabilidad del suelo. Una muestra de suelo de área transversal y longitud L, confinada en un tubo, se someta a una carga hidráulica. El agua fluye a través de la muestra, midiéndose la cantidad en cm 3 que pasa en el tiempo t. aplicando la ley de Darcy: V  kAit

V es la mencionada cantidad de agua. vale: i

El gradiente hidráulico medio

h L

K 

VL hAt

Este permeámetro presenta el inconveniente que en suelos poco permeables el tiempo de la prueba se hace muy largo.

PERMEÁMETRO DE CARGA VARIABLE

En este tipo de permeámetro se mide la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo alimentador.

Al ejecutar la prueba se llena de agua el tubo vertical del permeámetro, observándose su descenso a medida que el agua atraviesa la muestra. k  2.3

h L log 1 t h2

h1 = carga hidráulica al principio de la prueba h2 = carga hidráulica al final de la prueba L = longitud de la muestra t= tiempo

MÉTODO A PARTIR DE LA CURVA GRANULOMÉTRICA Se establece correlaciones entre la granulometría de un material y su permeabilidad; en suelos arenosos gruesos, los poros entre las partículas minerales son relativamente grandes y por ello la permeabilidad resulta comparativamente alta; en suelos de menores tamaños, los poros entre los granos son más pequeños, por lo cual estos materiales son de menor permeabilidad. En la practica, estas correlaciones tienen un valor muy limitado, debido al hecho de que otros factores aparte del tamaño, ejercen notoria influencia en el valor del coeficiente de estudio; estos factores se han resistido a ser introducidos a una formula única por lo que no hay ninguna que las tome en cuenta de un modo aceptable.  cm    seg 

k  CD102 

Donde k es el coeficiente de permeabilidad buscado. PERMEBILIDAD EN LECHOS La altura del lecho del mineral esta determinada por la permeabilidad( liquida en el caso de los óxidos, y también gaseosa, en le caso de los sulfuros, debido a la necesidad de la presencia de oxigeno)

del mineral, la ley de cabeza, el residual de acido en las soluciones que alcanzan en las capas inferiores del lecho y la cinética global de extracción, la presencia de arcillas exceso de finos, y la formación de precipitados(por hidrólisis, por ejemplo) pueden disminuir la permeabilidad, produciéndose canalizaciones de flujo preferencial y eventual acumulación de la solución en la superficie, restringiendo el acceso uniforme de aire y de la solución lixiviante. PRUEBAS DE PERMEABILIDAD DE SUELOS EN LOS LABORATORIOS DE LA UNIVERSIDAD, EDIFICIO DE CARACTERIZACION DE MATERIALES. PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES, CABEZA CONSTANTE Este ensayo cubre un procedimiento para determinar el coeficiente de permeabilidad mediante un método de cabeza constante para el flujo laminar de agua a través de suelos granulares. El procedimiento esta destinado a establecer valores representativos del coeficiente permeabilidad de suelos granulares presentes en depósitos naturales. Este ensayo esta limitado a suelos que no contengan mas del 10% de partículas que pasen del tamiz de 75micras (No. 200).

Condiciones del ensayo Las condiciones son indispensables para establecer el flujo laminar de agua a través de suelos granulares bajo condiciones de cabeza constante: 1. Continuidad de flujo sin cambios de volumen del suelo durante el ensayo. 2. Flujo con los vacíos del suelo saturados con agua y sin burbujas de aire dentro de los mismos. 3. Flujo uniforme sin cambios en el gradiente hidráulico. 4. Proporcionalidad directa de la velocidad de flujo con gradientes hidráulicos por debajo de ciertos valores críticos, en los cuales se inicia el flujo turbulento. CONCLUSIONES 

Los equipos para determinar la permeabilidad de rocas miden una permeabilidad absoluta que es la facilidad para permitir el flujo de

sustancias a través del sistema poroso si el medio esta 100% saturado con la sustancia que fluye. 

La permeabilidad cuantifica el mayor o menor grado con que un medio poroso deja pasar fluidos a través de si mismo bajo condiciones de presión.



La permeabilidad depende del medio poroso, la distribución de tamaño de grano, porcentaje de finos y otros.



La permeabilidad de lechos permite determinar la altura del lecho en un proceso de lixiviación.



En la lixiviación in situ, en botaderos, en pilas o canchas la permeabilidad es muy importante, debido a que estos procesos de lixiviación usa un sistema de riego de la solución lixiviante sobre la roca como tal o sobre el mineral con una molienda básica, por lo tanto de la permeabilidad dependerá que tanto fluido entre en contacto con el mineral tratado.



En la lixiviación en pilas, que son minerales de mayor ley se realiza una disminución de tamaño previa al tratamiento de lixiviación, dicha disminución de tamaño dependerá de la permeabilidad, ya que es necesario que el lecho de sólido particulado deje fluir el liquido lixiviante a través de el.



La permeabilidad puede servir para establecer cual método de lixiviación es el más adecuado, con el fin de obtener un porcentaje de recuperación de metal lo mas elevado posible. BIBLIOGRAFIA



SANTOS S., Nicolas. GUIA PRACTICA. LABORATORIO DE ROCAS Y FLUIDOS. UIS. Escuela de Ingeniería de Petróleos. 1997.



JUARES B . Eulálio; RICO R., Alfonso; FUNDAMENTOS DE LA MECÁNICA DE SUELOS, TOMO I. México, 1982.



CRAFT, B.C, HAWKINS, M.F, PRISON, S.J. INGENIERÍA DE YACIMIENTOS PETROLIFEROS. Barcelona, España, 1965



DOMIC, Esteban. HIDROMETALURGIA FUNDAMNETOS, PROCEOSO Y APLICACIONES. Santiago de chile, 2001.



www.tecnoedu.com



http://www.ingeominas.gov.co/component/option,com_glossary/func,d isplay/letter,P/Itemid,124/catid,82/limit,15/limitstart,90/



http://ftp.eia.edu.co/Sitios %20Web/suelos/laboratorio/permeabilidad.htm



http://books.google.com.co/books? id=K89EbQmDS9UC&pg=PA372&lpg=PA372&dq=permeabilidad+en +rocas&source=web&ots=XtTGau-qqk&sig=io9I4ZDrLHT9SOwU967wlyLypo&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=10&ct=res ult#PPA371,M1