Upload
damelismolina
View
250
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
1/17
Propiedades trmicas de rocas y fluidos
Ciertas propiedades trmicas de las rocas y fluidos se requieren a la hora
de hacer clculos para estudiar la inyeccin de vapor y/o agua caliente, o la
combustin en sitio, en un yacimiento. A pesar que estas propiedades se
consideran constantes para muchos de estos clculos, realmente la mayora de
ellas vara con la temperatura.
Entre las propiedades trmicas de las rocas se incluyen: el calor especfico,
la conductividad trmica y la capacidad calorfica tanto para rocas secas como
para rocas saturadas con agua, petrleo y/o gas. Las propiedades trmicas ms
importantes de los fluidos desde el punto de vista de recuperacin trmica son: la
viscosidad, la densidad, el calor especfico y la conductividad trmica, esta ltima
en menor grado.
Viscosidad de los lquidos
La viscosidad se define como la resistencia interna de los lquidos al flujo y
es afectada por tres factores fundamentales: La temperatura, el gas que contenga
en solucin y la presin.
La viscosidad tiene importancia primordial en los procesos de recuperacin
trmica, ya que ella determina la movilidad del fluido. La viscosidad es
probablemente la propiedad de los lquidos que ha sido ms investigada y sobre
este tpico se han publicado cientos de artculos. No obstante, al da de hoy no
hay una sola teora que permita calcular la viscosidad de un lquido a cualquier
presin y temperatura. Por el contrario, hay cientos de teora de viscosidad, cada
una con una frmula emprica.
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
2/17
No hay ni siquiera acuerdos entre investigadores sobre si la viscosidad se debe a
fuerzas atractivas o a fuerzas repelentes. Si bien es cierto que en la viscosidad
estn envueltas fuerzas interatmicas, se desconoce la naturaleza de estas
fuerzas.
La viscosidad del agua
No es muy diferente a la de otros lquidos y exhibe la misma tendencia de
otros lquidos de disminuir al aumentar la temperatura. Por otro lado, esta
propiedad del agua aumenta con el incremento de presin, de forma similar a la de
la mayora de los lquidos.
La densidad del petrleo
Escila entre 0,8 y 0,9 gr/ml, esto quiere decir, que cada mililitro de petrleo
tiene una masa comprendida entre 0,8 y 0,9 gramos.
La densidad del agua
Es muy baja si se compara con la de otras sustancias habituales. Adems,
exhibe una evolucin atpica en el sentido de que aumenta con la temperatura
hasta presentar un mximo a 3, 98 C, a partir de la cual la densidad disminuye
con nuevos aumentos de temperatura.
Calor especifico
Se define como calor especifico de una sustancia, a la cantidad de calor
requerida para aumentar en un grado la temperatura de la unidad de masa de la
sustancia, especficamente de 60 F 61 F. En general, depende de la
temperatura aunque no muy marcadamente.
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
3/17
Calor especifico del agua
se define como la cantidad de energa necesaria para elevar la temperatura,
en un grado Celsius, a un gramo de agua en condiciones estndar y es de
1 cal/Cg, que es igual a 4,1840 J/Kg.
Capacidad calorfica de una roca saturada
Una propiedad trmica de gran inters en el diseo de procesos trmicos
con propsitos de recuperacin secundaria, es la capacidad trmica de las rocas
saturadas con uno o varios fluidos, ya que de su valor depende cuanto calor se
debe suministrar para elevar la temperatura de la roca y los fluidos que ella
contiene, en un determinado incremento.
Conductividad trmica
La conductividad trmica Kh es una propiedad del material que indica la de
calor transferido, por unidad de rea transversal normal a un gradiente unitario de
temperatura, bajo condiciones de estado estacionario y en la ausencia de
cualquier movimiento de fluido o partculas. En general, la conductividad trmica
vara con la presin y temperatura. Se expresa por la Ley de Fourier, la cual
establece que:
= -Kh
DONDE:
=Tasa de transferencia de calor en BTU/PIE3.
Kh= conductividad trmica en BTU/h-pie-f.
Gradiente de temperatura en f/p.
http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Julio_%28unidad%29http://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Julio_%28unidad%29http://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsius7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
4/17
La conductividad trmica de rocas
La conductividad trmica de un medio poroso depende de factores, algunos
de los cuales son: densidad, porosidad, temperatura, saturacin de fluidos, tipos
de fluidos y movimiento de los fluidos en la roca. Es una propiedad difcil de mediry se ha observado que disminuye con temperatura, mientras que aumenta con
saturacin de agua, densidad de la roca, presin y conductividad trmica del fluido
saturado.
Estudiaremos, por considerarlo de inters, dos mtodos para predecir la
viscosidad.
Mtodo de sauder
El trabajo e sauder fue publicado en 1938 en el joumal of americanchemical; la
cual presento la siguiente ecuacin:
Donde:
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
5/17
Estimar la viscosidad del heptano normal a 20C, sabiendo que la densidad
del heptano normal a esta temperatura es 0.8376 gr/cm3.
Comparar con el valor experimental de la viscosidad del heptano normal a
esta temperatura, la cual es de 0.418
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
6/17
Mtodo de Thomas
Este mtodo fue publicado en 1946 en journal of americanchemicalsociety y es
valido si T/Tc 0,07.
Usa la siguiente ecuacin:
B = constante calculada segn la tabla siguiente:
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
7/17
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
8/17
En operaciones de recuperacin trmica, existen tres mtodos de uso comn para
correlacionar viscosidad y temperatura de petrleos crudos.
Mtodo de Andrade
Basndose en la relacin lineal observada entre la viscosidad y el reciproco de
temperatura, Andrade propuso la siguiente ecuacin:
Donde:
Dados los valores de viscosidad a dos temperaturas t1 y t2,
las constante a y b pueden ser determinadas, las cuales sustituidas en la ecuacin
2.3 o 2.4 resulta en una ecuacin de la viscosidad en funcin de la temperatura
para el petrleo considerado. La ecuacin obtenida permite estimar la viscosidad
en funcin de T en el rango de temperaturas entre el punto normal de ebullicin y
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
9/17
el punto de congelamiento del petrleo considerado. Si hay disponibles mas de
dos juegos de valores de . Las constantes de a y b pueden ser calculadas
mediante ajustes por mnimos cuadrados. Un grafico de VISCOSIDAD VS.
1/TSeria una lnea recta en coordenadas semilogartmicas.
A continuacin se presenta el siguiente ejemplo para ilustrar el uso de la
ecuacin de Andrade.
La viscosidad de un petrleo es 1700 cp.a 60 F y de 180 cp. a 200 F.
estimar la viscosidad del mismo a 400 F.
Solucin
Ecuacin de Andrade
De la ecuacin dos tenemos:
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
10/17
Sustituyendo (3) en (1) y efectuando operaciones se tiene que:
b= 5.504,5
Sustituyendo el valor de b en la ecuacin n 3 tenemos:
Entonces:
De donde la viscosidad a 400 F (860 R) es:
Es decir:
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
11/17
Tcnica de un solo punto:
A menudo es necesario estimar la viscosidad del petrleo a una alta
temperatura teniendo solamente un valor de viscosidad a baja temperatura. Una
de las pocas tcnicas disponible bajo estas condiciones es la de Lewis y squires,
la cual envuelve el uno de la grafica presentada a continuacin.
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
12/17
Denominada correlacin generalizada de viscosidad temperatura.
Esta grafica se basa en datos de diferentes lquidos orgnicos incluyendo
agua, y su desviacin en la prediccin de viscosidad vs. T es generalmente menor
de 20%.
Ejemplo
Las flechas en la figura anterior ilustran un ejemplo de clculo, donde se
conoce:
=4,38 cp a 72 F y se requiere conocer a 255 F
Solucin:
Se ubica el punto correspondiente a 4,38 cp en la escala de la viscosidad y
seprocede horizontalmente hacia la curva. Luego se procede verticalmente hacia
abajo hasta la lnea base, se mide una distancia que represente la diferencia entre
255 F y 72 F en grados centgrados, esto es:
(Ntese que cada divisin mayor en la lnea base representa 100 C).
Luego se procede verticalmente hacia arriba hasta la curva y se lee la viscosidad
correspondiente. Esta result ser 0,67 cp. El valor experimental a 255 F result ser
0,836 cp lo cual representa un error de -20%.
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
13/17
Carta ASTM D 341-43 de viscosidad-temperatura:
La carta ASTM D 341-43 es aplicable para productos lquidos de petrleo
crudo.Esta carta se basa en la ecuacin doblemente exponencial de Walther.
La cual proviene de:
Y
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
14/17
Conociendo los valores de v a las temperaturas t1 y t2 se puede determinar el
valor de la constante n obteniendo as una expresin matemtica para predecir v
en funcin de T si se disponen de un conjunto de valores de -T el valor de la
constante n puede ser calculada mediante ajustes por mnimos cuadrados.
Basada en la ecuacin anterior, la carta astm de viscosidad temperatura
da una lnea recta, la cual puede extrapolarse para obtener viscosidades a altas
temperaturas. Asi, si se prefiere se puede utilizar la carta en vez de la ecuacion
siempre y cuando se disponga de dos valores de vs T. la figura anterior ilustra
las viscosidades de algunos petrleos en esta carta.
La viscosidad cinemtica en centistokes, se relaciona a
(viscosidad dinmica) en cp por medio de la siguiente ecuacin:
A continuacin se presenta un ejemplo ilustrativo utilizando la ecuacin de
Walter.
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
15/17
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
16/17
7/31/2019 Trabajo de Explotacion..!!! Propiedades Termicas de Rocas y Fluidos.!!!!!
17/17
REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA
DEFENSAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANANCLEO ANZOTEGUI SEDE: SAN TOM
Profesor: Realizado Por:Nstor Gonzlez Castro Kervis C.I: 19.438.404
Llovera Liseth C.I: 19.362.286
Martnez Yuleikis C.I:19.940.972
Rojas Johanny C.I: 19.786.566
Snchez Flix C.I: 19.437.964
Soffia Emires C.I: 18.158.907
San Tom, Junio 2012