Unidad:Instituto Tecnológico superior de
Coatzacoalcos.Edición No. 1
Fecha de Edición: 2015
Departamento: Ingeniería Petrolera
Materia: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS PETROLEROS
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TRABAJO DE INVESTIGACION EQUIPO 5:
GRAVEDAD ESPECIFICA DEL PETROLEO GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS EN
SOLUCIÓN SOLUBILIDAD DEL GAS
TALLER DE INVESTIGACION INGENIERÍA PETROLERA.
SEMESTRE: 5ºA
ELABORADO POR: GONZÁLEZ FRÍAS ALEJANDRA
LEON FRANCISCO JUAN MIGUEL LINDO MARTINEZ HEBERTO MONTEJO HERNANDEZ RICARDO VILLEGAS DOMINGUEZ ERIK
FECHA: FEBRERO 2015
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UNIDAD 1 CONCEPTOS GENERALES
INTRODUCCIÓN
El petróleo crudo es una mezcla de muchos hidrocarburos que varían de
tipo, peso molecular y punto de ebullición. El crudo se clasifica, según el “Instituto
Americano de Petróleo”, de acuerdo a sus °API en: condensados, liviano,
mediano, pesado, extra pesado. Los °API se determina a partir de la densidad del
crudo, existen diferentes métodos de determinarla.
El método del hidrómetro (Densímetro).
El método del picnómetro.
El método de destilación.
El método de la centrífuga.
En las aplicaciones de campo y, especialmente, en la solución de
problemas de ingeniería de petróleo, es importante disponer de una descripción
aproximada de las propiedades físicas del petróleo, entre las cuales las de mayor
interés son 10.
Pero de las cuales en este caso explicaremos solo 3 de ellas:
Gravedad del petróleo; o
Gravedad especifica del gas en solución, g
Solubilidad del gas, Rs
La mayoría de ellas se pueden determinar en el laboratorio a partir de
muestras de los fluidos del yacimiento.
Así como también Los tres principales fluidos encontrados en un reservorio
son: petróleo, agua y gas. El petróleo y el agua son líquidos y fluidos. El gas
natural está considerado un fluido aunque no es un líquido.
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El gas natural siempre está presente con el petróleo en un yacimiento. De
hecho, el gas a presión provee el impulso primario en la recuperación del petróleo.
Ese gas se presenta ya bien como gas libre, es decir separado del petróleo, o
como gas soluble, o sea disuelto en el petróleo.
Y por último el gas natural es una mezcla de hidrocarburos livianos en
estado gaseoso, formado mayormente por metano y etano y en menor proporción
por hidrocarburos más pesados, generalmente contienen impurezas como vapor
de agua, CO2, N2, H2S y He.
La solubilidad del gas es la máxima cantidad de gas que puede disolverse
en una determinada cantidad de crudo, ésta depende de la temperatura, presión y
composición del gas y del petróleo. A medida que disminuye la presión la cantidad
de gas en solución disminuye, así como también al elevar la temperatura la
solubilidad del gas disminuye.
Esto quiere decir que la solubilidad del gas en el petróleo depende de 3
factores muy importantes, los cuales analizaremos a continuación.
TEMA 1. GRAVEDAD ESPECIFICA DEL PETROLEO
DESARROLLO
El petróleo, también conocido como petróleo crudo, es una mezcla compleja
de hidrocarburos que contienen sulfuro, nitrógeno, oxígeno y helio como un
componente menor, cuyas propiedades físicas y químicas varían
considerablemente y depende de la concentración de sus diferentes componentes.
Para iniciar con el tema aremos referencias a unos conceptos los cuales
serán una herramienta de facilitación de comprensión al tema:
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Gravedad Específica: es la relación existente entre la densidad absoluta
de una sustancia y la densidad de una sustancia de referencia, donde esta
última para el caso de los líquidos es el agua y para los gases es el aire.
Gravedad API: denota la relación correspondiente de peso específico y de
la fluidez de los crudos con respecto al agua.
Densidad: es la relación existente entre la masa de un cuerpo o una
sustancia y su volumen, es decir, la masa contenida en la unidad de
volumen del mismo.
°API: (American Petroleum Institute): escala arbitraria de la lectura de la
gravedad específica (densidad relativa), usada en la industria petrolera y
que tiene como base la densidad del agua (10º API). La gravedad en ºAPI
es la equivalente a densidad y se usa en la industria petrolera mundial. La
gravedad específica del agua es 1 y en °API es 10.
Los crudos se clasifican, según la gravedad API, por la siguiente escala:
1. Extra pesados < 9,9
2. Pesados 10 - 21.9
3. Medianos 22,0 - 29,9
4. Livianos 30 – 39,9
5. Condensados > 40
A continuación explicaremos los siguientes métodos para determinar la
densidad del crudo.
Método del Hidrómetro (Prueba Estándar para la Gravedad API del
Petróleo Crudo y Productos del Petróleo)
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Hidrómetro está basado en el principio de que la gravedad de un líquido
que varía directamente con la profundidad de inmersión que sufre un cuerpo al
flotar en él, es decir, cualquier cuerpo se hundirá más en un líquido de menor
densidad y desalojara más líquido.
Método del picnómetro (Método Estándar para determinación de la
gravedad específica)
Este método se basa en el principio del volumen constante y variación de la
temperatura, la cual disminuye la masa y por ende la densidad que es obtenida a
través de este proceso. Consiste en tomar una sustancia determinada y someterla
a diferentes temperaturas, y mantener un volumen constante empleando distintas
masas.
Método de la Centrifuga (Prueba Estándar para Agua y Sedimentos en
Crudos.)
Se basa en someter una muestra a un movimiento rotativo, que induce a la
separación de los componentes en virtud de las distintas masas, inducido por
la fuerza centrífuga. Cuando se obliga una masa a desviarse de la trayectoria
rectilínea que tiende a seguir, dicha fuerza se llama centrípeta, lo que permite que
el agua y sedimentos presentes en la muestra se depositen en el fondo del tubo
de centrifugación.
Método de Destilación (Prueba Estándar para Agua en Crudo)
Se aplica a los procesos de vaporización en los que el vapor producido se
recupera, por condensación, de tal manera, que los componentes de una mezcla
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líquida pueden ser separados por vaporización parcial de la mezcla y la
recuperación separada del vapor y el residuo. El método consiste en calentar el
material bajo reflujo con un solvente inmiscible en agua el cual co-destila con el
agua presente en la muestra. El solvente condensado y el agua son separados
continuamente en una trampa donde el agua se queda y el solvente retorna al
sistema; con el propósito de seguir diluyendo el flujo para poder separar el agua
de este.
APLICACIÓN POR FORMULAS:
La densidad del petróleo crudo se define como la masa de una unidad de
volumen de crudo a determinarla temperatura y presión y, generalmente, se
expresa en lb/pie3 (kg/m3). En cuanto a la gravedad específica de un petróleo
crudo, ésta se define como la relación entre la densidad del petróleo y la densidad
del agua, ambas medidas a 60°F (15.5°C) y presión atmosférica. Así se tiene:
γ o=ρoρw
Donde:
γ o = Gravedad especifica del petróleo.
ρo = Densidad del petróleo crudo, lb/pie3 (kg/m3).
ρw = Densidad del agua, lb/pie3 (kg/m3).
Es importante destacar que la gravedad específica de un líquido es
adimensional, pero tradicionalmente se reporta en unidades 60°/60° para señalar
que ambas densidades se miden en condiciones normales. La densidad del agua
es aproximadamente de 62.4 lb/pie3, por lo tanto:
γ o=ρo
62.4 lb / pie3 ,60 ° /60°
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Aunque las densidades y gravedades específicas son muy utilizadas en la
industria petrolera, para el caso de petróleo se prefiere utilizar la gravedad API del
crudo en conocimientos de superficies; esto es:
° API=141.5γ o
−131.5
La gravedad API de los petróleos crudos oscila entre 47°API para los
livianos y hasta 10°API para los pesados.
Ejercicio.
Calcule la gravedad específica y la gravedad API de un sistema de petróleo
crudo con una densidad medida en condiciones normales de 53 lb/pie3.
Solución:
Paso 1: Calcule la gravedad específica usando la ecuación.
γ o=53 lb / pie3
62.4 lb / pie3 =0.849
Paso 2: Calcule la gravedad API:
° API=141.50.849
−131.5=35.2 ° API
Calculo de la gravedad específica si se conoce los grados API.
Se puede calcular la gravedad específica del líquido a 60°F.
γ o=141.5
° API+131.5
Ejercicio.
Calcule la gravedad específica de un Fuel-Oil de 18°API.
Solución:
Paso 1: Calcule la gravedad específica usando la ecuación.
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γ o=141.5
18 ° API+131.5=0.9465
APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA:
Durante el almacenamiento de grandes volúmenes de hidrocarburos
líquidos, cómo puede ocurrir en las grandes instalaciones de destilación y
refinación de crudo, el petróleo se estratificara dentro del tanque, debido a su
constitución formada por mezclas de diferentes hidrocarburos. Así las fracciones
más pesadas tienden a ir al fondo del tanque, mientras que las más ligeras van a
la parte superior. Por eso se utilizan sistemas mecánicos de bombeo que
recirculan el combustible constantemente. Una medición con la menor
probabilidad de error se logra realizando muestreo del combustible a diferentes
alturas del tanque y anotando las temperaturas correspondientes.
En el laboratorio se realizan las determinaciones de su densidad y se
efectúan las correcciones llevándolo a la temperatura de referencia estándar de
60°. El promedio estadístico de las lecturas anteriores servirá de base para
estimar los grados API más probable del combustible y su gravedad especifica.
Conocer este valor de la densidad es importante para el petróleo desde dos
puntos de vista básicamente:
1. Técnico: Para conocer el nivel de llenado de un tanque o de un deposito
según varié las condiciones ambientales del petróleo
2. Económico.
TEMA 2. GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS EN SOLUCIÓN
DESARROLLO
El gas en solución es homogéneamente contenido en petróleo a una
presión y temperatura dada. Una reducción en la presión y/o un incremento en la
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temperatura pueden causar que el gas sea emitido del petróleo. Entonces se
asume las características de gas libre.
La cantidad de gas en solución aumenta con la presión, y a una presión
constante, la cantidad de gas en solución disminuye a medida que la temperatura
aumenta. Por consiguiente, para determinadas presiones y temperaturas, la
cantidad de gas en solución aumenta a medida que las composiciones del gas y
del petróleo se asemejan, es decir, es mayor en gases de alta y en petróleos de
baja gravedad específica, o sea, en petróleos de alta gravedad API.
Relación gas en solución-petróleo (Rs). Está dada por los pies cúbicos
normales de gas (PCN) en solución en un barril normal (BN) de crudo a
determinadas condiciones de P y T. Analizando su gráfica, si tenemos una presión
elevada cualquiera el fluido tendrá una cantidad de gas pero si se disminuye la
presión en el yacimiento hasta llegar a la presión del burbujeo el gas disuelto en el
petróleo empieza a salirse.
Rs=Vgas disuelto @CN/ Vpetróleo @CN
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La gravedad especifica del gas en solución, se define por el promedio
pesado de las gravedades específicas del gas separado en cada separador. Este
promedio pesado se basa en la razón gas-petróleo en el separador, o sea:
Donde n es el número de separadores; Rsep, la relación gas-petróleo en el
separador en PCN/BN; Ysep, la gravedad del gas en el separador: Rst, la relación
gas-petróleo en el tanque en PCN/BN; y Yst, la gravedad del gas en condiciones
de tanque.
EJERCICIO:
En una muestra de petróleo crudo se llevó a cabo una prueba de
separadores. Los resultados, en términos de la relación gas-petróleo en el
separador y de la gravedad especifican del gas separado, se dan a continuación:
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Calcule la gravedad específica del gas separado.
Solución:
Usando la ecuación:
Se obtiene:
TEMA 3. SOLUBILIDAD DEL GAS
DESARROLLO
Según CRAF, define la solubilidad de gas como la cantidad de gas que se
encuentra en solución en petróleo crudo a determinada condiciones de
presión y temperatura. Generalmente se expresa por los pies cúbicos de gas a
condiciones normales (PCN) disueltos en un barril de petróleo, también a
condiciones normales (BN) y se denomina Rs = PCN/BN.
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Fig.1 Relación de la presión y temperatura entre gas y petróleo.
La solubilidad de gas en petróleo crudo depende de:
a) Presión.
b) Temperatura.
c) Composiciones de gas y de petróleo.
Para un mismo gas y petróleo a una temperatura constante la cantidad de
gas en solución aumenta proporcionalmente con la presión; y a una presión
constante, la cantidad de gas en solución disminuye a medida que la temperatura
aumenta.
Cuando tenemos una presión por debajo de la presión de burbujeo el gas
comienza a liberarse y por ende la relación Rs va a disminuir.
La cantidad de gas que existe en el petróleo va hacer siempre la misma a
menos que se inyecte gas.
Se dice que un petróleo crudo está saturado con gas a cualquier presión y
temperatura si al reducir ligeramente la presión se libera gas de la solución.
Inversamente, si no se libera gas de la solución, se dice que el petróleo esta
subsaturado (o no saturado), a esa presión. El estado subsaturado implica que
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existe una deficiencia de gas y que si hubiera existido suficiente gas, el petróleo se
encontraría en un estado saturado a esa presión. Más aun, el estado subsaturado
implica que no existe gas libre en contacto con el petróleo, es decir, no hay capa
de gas. Estos datos se obtienen mediante estudios de laboratorio de PVT
realizado con una muestra de fluido obtenida del fondo de un pozo del yacimiento
Big Sandy, usando el proceso de liberación instantánea. Standing ofrece un
método de correlación donde la razón puede obtenerse si se conoce la presión y
temperatura del yacimiento, la gravedad API del petróleo fiscal y la gravedad
especifica del gas producido. También, en muchos casos, la razón inicial del gas
disuelto-petróleo se aproxima a la razón gas-petróleo de producción al comienzo
de las operaciones de producción.
El concepto de solubilidad permite la clasificación de los yacimientos, esta
es:
Yacimientos Saturaros: son aquellos que por agotamiento de la
presión se puede liberar gas.
Yacimientos Subsaturados: son aquellos que por disminución de la
presión no liberan gas, es decir, no existe capa de gas libre en
contacto con el petróleo.
Rs = volumen de gas que se puede disolver en un barril normal de petróleo
÷ volumen de petróleo a condiciones normales. (Condiciones normales o de
superficie igual a 14,7 libras por pulgada cuadrada absoluta, psia o lpca y 60
grados Fahrenheit).
Correlación de standing:
Rs= γ g . ((P
18.2+1.4 ¿ .100.0125 .º API−0.00091∗(T−460)¿❑1.2048
Donde T= temp, ºRP= presión del sistema psia
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Rs=γg∗¿Donde Pb=10[ 2.8869−( 14.1811−3.3093∗log (P¿ ¿0.5 ]
APLICACIÓN
En la figura publicada anteriormente se muestra la variación de gas en
solución con la presión para el fluido del yacimiento Big Sandy, Ohio, a la
temperatura de yacimiento, 160F. a la presión inicial del yacimiento 3500 lpca, el
gas en solución es 567 PCS/BF.
El grafico ilustra que no se desprende gas de la solución al reducir la
presión inicial hasta 2500 lpca. Por consiguiente, el petróleo esta subsaturado en
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esta región y no existe fase gas libre en el yacimiento. La presión de 2500 lpca se
denomina presión del punto de burbujeo, ya que a esta presión aparece la primera
burbuja de gas. A 1200 lpca, la solubilidad del gas es de 337 PCS/BF, y la
solubilidad promedia entre 2500 lpca y 1200 lpca es:
Solubilidad promedio= 567-337/2500-1200 = 0.177PCS/BF/lpc
CONCLUSIÓN
La clasificación de los crudos según la gravedad API es un indicativo de la
calidad y contenido de compuestos livianos presentes en dicho hidrocarburos,
luego, una vez caracterizado el fluido, vemos a grandes rasgos los aproximados
porcentajes de derivados posibles de obtención de los fluidos objetos de estudio.
La densidad, la gravedad especifica y los grados API, denotan la relación
correspondiente de peso específico y de fluidez de los crudos con respecto al
agua.
A medida que aumenta la temperatura de las muestras, la densidad de estas
disminuye, y de manera proporcional lo hace la gravedad específica, también se
concluye que la gravedad API, se comporta de manera inversamente proporcional
a la densidad y gravedad especifica
La gravedad API, se comporta de manera inversamente proporcional a la
densidad y gravedad especifica. El método del hidrómetro es considerado más
rápido y preciso que el método del picnómetro, para determinar la gravedad API.
La gravedad específica de un líquido se define como la razón (cociente) de la
densidad del líquido a la densidad de un líquido base (generalmente agua) a las
mismas condiciones de presión y temperatura, El valor total de la razón gas-
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petróleo de un sistema de separación dado, es simplemente la suma de las
razones gas-petróleo de los separadores más la del tanque.
FUENTE BIBLIOGRAFICA
Tema 1 “GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL PETROLEO”
“Fundamentos de la Ingeniería de Yacimientos” – Autora: Magdalena
Paris de Ferrer
Análisis y Explotación del Petróleo – Archivo: PDF
http://www.energianow.com/Articulos/
api_gravespecifica_correc.xtempdocx.pdf
Tema 2 “GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS EN SOLUCIÓN”
Paris Magdalena; fundamentos de ingeniería de yacimientos; Edit.
Ediciones Astro Data; Maracaibo, Venezuela; 2009. Pag. 17
Tema 3 “SOLUBILIDAD DEL GAS ”
http://ingenieria-de-petroleo.lacomunidadpetrolera.com/2009/04/solubilidad-del-gas.htm
http://ingenieria-de-yacimientos.lacomunidadpetrolera.com/2009/04/solubilidad-del-gas.html
http://eulynelhernandez.blogspot.mx/2009/10/resumen-clase-n1-analisis-pvt-son.html
http://audracolmenares.blogspot.mx/2009/10/parametros-pvt.html