Propiedades De Los Fluidos

Propiedades de los fluidos del Petróleo

FAC-07

Objetivo

Este módulo tratará los conceptos claves para la clasificación de los diferentes

tipos de hidrocarburos. El usuario debe contestar un examen teórico con base

en los conocimientos adquiridos en esta presentación.

Introducción

Los hidrocarburos juegan un papel fundamental en la vida diaria de todas las personas. Nos proveen de energía para mover automóviles, generar energía eléctrica, crear productos químicos, plásticos, perfumes, aceites, grasas, etc.

El petróleo y en sí los hidrocarburos no tienen las misma características. Hay diferentes tipos de crudo y sus propiedades físicas son diferentes.Esto implica diferentes equipos para extraerlo y facilidades de producción específicas. Esto hace que los tipos de crudo se diferencian por su valor económico.

Este módulo tratará los diferentes tipos de crudo, sus propiedades y comparaciones entre ellos.

Contenido

Hidrocarburos¿Qué son los hidrocarburos?Hidrocarburos en estado gaseoso, líquido y sólido

Propiedades de los HidrocarburosCondiciones en el yacimientoDiagramas de FaseGORiRsBoGravedad APICoeficiente de viscosidad

Tipos de crudoBlack OilVolatil OilRetrograde GasWet GasDry Gas

Hidrocarburos

¿Qué son los Hidrocarburos?

Los hidrocarburos (HC) son unos compuestos orgánicos que se encuentran en la naturaleza y están constituidos de Hidrógeno y carbono. Estos pueden ser livianos o pesados (según la cantidad de átomos de carbón que contengan) y se pueden encontrar en estado gaseoso, líquido o sólido.

Tipos de Hidrocarburos:

Nombre Formula Nomenclatura Petrolera

Metano CH4 C1

Etano C2H6 C2

Propano C3H8 C3

Butano C4H10 C4

Pentano C5H12 C5

Hexano C6H14 C6

Heptano plus Desde el C7H16 C7+

¿Qué son los Hidrocarburos?

Como se mencionó anteriormente, los hidrocarburos pueden ser:

LivianosSon hidrocarburos compuestos principalmente de Metano (C1). Se les conoce como gases pobres porque no contienen hidrocarburos pesados y por lo tanto no tienen un buen valor económico.

IntermediosSe componen principalmente de los hidrocarburos entre Etano (C2) y Hexano (C6). Dentro de este rango están la gasolina, el gas Propano y el gas butano.

PesadosSe les llama así a los hidrocarburos compuestos a partir del Heptano (C7) y tienen un gran valor económico comparado con los HC livianos.

Por facilidad en la caracterización se definió el HEPTANO PLUS (C7+) para agrupar todos los compuestos que siguen al C7.

HC en estado gaseoso

METANOEs el hidrocarburo gaseoso más liviano y abundante y el principal componente del gas natural.El Metano es un gas incoloro e inodoro

GAS NATURAL Es una mezcla natural de gases hidrocarburos la cual es altamente compresible y expansible. El metano es su principal constituyente con más del 85% y cantidades pequeñas de C2 hasta el C5.Además, contiene impurezas como Dióxido de carbono, Nitrógeno y Sulfuro de Hidrógeno.Este es el tipo de gas que se extrae de los yacimientos de Chuchupa y Ballenas en la Guajira.

Llama de una estufa a gas natural.

HC en estado líquido

Los hidrocarburos en estado líquidos son los que comúnmente se conocen como petróleo o alguno de sus derivados.

PETROLEOEs una mezcla compleja de hidrocarburos encontrados en la naturaleza. El petróleo puede encontrarse como sólido, liquido o gas, pero esta palabra generalmente es usada para aceite crudo líquido.Las propiedades como el color, la gravedad API, olor, viscosidad e impurezas varían dependiendo del yacimiento.

Muestra del Crudo extraído de un pozo en Caño Limón

HC en estado sólido

BITUMENEs una materia orgánica inflamable formada de Kerógeno durante el proceso de formación del petróleo. El Bitumen incluye Hidrocarburos como Asfaltenos y Cera Mineral. Por lo general es sólido y de color negro o marrón.

El principal uso del asfalto es en la pavimentación de vías

Asfalto

Prueba de Conocimientos 1

Haga CLICK sobre el botón de la respuesta y verifique con el sonido

1. Los hidrocarburos intermedios están comprendidos por: Etano hasta Hexano (C2 - C6) Metano (C1) Etano hasta pentano (C2 - C5) Heptano Plus (C7+)

2. El gas natural esta compuesto principalmente de: Butano Metano Pentano Heptano Plus

3. Uno de los usos del bitumen es: Extracción de gas propano Aceite para motores de combustión Pavimentación (Asfalto). Todas las anteriores.

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Propiedades de los hidrocarburos

Condiciones en el yacimiento

En un yacimiento de petróleo se encuentra gas, crudo y agua. Debido a que el yacimiento se encuentra a miles de pies de profundidad del suelo, la cantidad de tierra y rocas que hay encima de éste ejerce grandes presiones (miles de libras por pulgada cuadrada o psi) sobre el gas y crudo contenidos en el.

El volumen del crudo y el gas varían con la presión.

Los tipos de crudo se diferencian principalmente por las siguientes propiedades que se explicarán a continuación:

• Bo• GORi• Gravedad API• Color Presión

Antes de ver las propiedades, veremos los diagramas de fase de los hidrocarburos.

El Diagrama de fase tiene dos zonas, una donde el hidrocarburo es líquido y otra donde es gas.

Diagramas de FaseLos diagramas de fase determinan el comportamiento del fluido respecto a la presión y temperatura en el yacimiento. Cada tipo de crudo tiene su propio diagrama de fase.

80

70

10

50

40

20

Pre

sión

Temperatura

% de líquido

Zona de líquido Zona de Gas Dependiendo de la presión y la temperatura, un hidrocarburo puede estar como gas y/o como líquido en el yacimiento.Cuando es extraído del yacimiento y está siendo llevado a la superficie del pozo, la presión comienza a bajar y la temperatura se mantiene casi constante.

A medida que el fluido se acerca a la superficie, más gas se va separando y cada vez es menos el crudo que va quedando.

Ahora suponga que lo que hay en el yacimiento es sólo gas.

Cuando llega a este punto, el gas disuelto dentro del crudo comienza a separarse. Esta presión se conoce como presión de burbuja.

Presión de Burbuja

Presión de Rocío

Cuando la presión desciende al ser extraído el gas del yacimiento, llega a este punto llamado presión de rocío donde el gas comienza a condensarse (formar líquido).

Nuevamente el porcentaje o fracción de líquido que queda al separarse del gas, depende de la presión.

Suponga que el hidrocarburo es líquido y contiene gas disuelto a la presión del yacimiento.

Diagramas de Fase

Presión de Burbuja:Es la presión donde aparece la primera burbuja de gas en el petróleo que esta líquido en el yacimiento. A esta presión se dice que el líquido está saturado.

Presión de Rocío:A diferencia de la presión de burbuja, la presión de rocío es la presión donde aparece la primera gota de líquido a una temperatura dada. El petróleo está como gas en el yacimiento y en este punto comienza a condensarse.

Pre

sión

Temperatura

Presión de Brubuja

Presión de rocío

Presión crítica

Presión crítica:Es el punto donde convergen la fase líquida y la fase gaseosa. En este punto no se puede diferenciar el líquido del gas.

GORi

La relación Gas - Aceite inicial (Gas Oil Ratio) indica que tanto gas hay por cada barril de crudo, todo en condiciones estándar (60ºF, 14,7psi).

El volumen del gas se mide en pies cúbicos estándar (SCF).El crudo se mide en barriles en tanque de almacenamiento (STB).

STBSCF

estándarscondicioneapetróleo.Volestándarscondicioneagas.Vol

GORi

Esta relación es clave para determinar el tipo de crudo en un yacimiento.

RsEs la cantidad de gas en solución que tiene el crudo (disuelto dentro de él).

Petróleo SobresaturadoPor encima de la presión de burbuja. No puede disolver más petróleo.Petróleo SaturadoA la presión de burbuja. En equilibrio.Petróleo SubsaturadoPor debajo de la presión de burbuja.

STBSCF

estándarscondicioneapetróleo.Volestándarscondicioneadisueltogas.Vol

Rs

Gráfica de Gas en solución vs presión. Cuando la presión es inferior a la presión de burbuja (Pb), el crudo comienza a liberar gas y el Rs disminuye.

Rs

PresiónPb

No liberación

de gas

Liberación de gas

Petróleo Sobre-

saturado

Petróleo Subsaturado

Petróleo Saturado

BoEl factor volumétrico de formación del aceite (Bo) compara los volúmenes de crudo y gas disuelto en el yacimiento contra el volumen de ese crudo en superficie (a condiciones estándar).

res Bl:Es el volumen del crudo y del gas disuelto dentro del crudo, en el yacimiento. Debido a las altas presiones, el volumen del gas es reducido dramáticamente en comparación a su volumen arriba en la superficie.

STB:Stock Tank Barrel o barril en tanque de almacenamiento. Es el volumen que ocupa el sólo crudo (sin gas) a condiciones estándar (60ºF y 14.7psi de presión absoluta).

Con esto, se tiene para el Bo:

STBBlres

estándarscondicioneapetróleo.Volyacimientoendisueltogaspetróleo.Vol

Bo

El Bo siempre es mayor que uno.

Bo

El Bo (factor volumétrico del aceite) también es afectado por la liberación de gas, cuando la presión del crudo cae por debajo de la presión de burbuja.

Bo

PresiónPb

Expansión del líquido

Liberación del gas en

solución

La expansión del crudo por disminución en la presión es compensada por la temperatura, si esta llegase también a reducirse.

Gravedad o Grado API (ºAPI)

Es una escala adoptada por la American Petroleum Institute (API) para determinar la gravedad específica o densidad de un hidrocarburo. Entre más grados API se obtiene un hidrocarburo de más baja densidad.

5.131Fº60@EspecíficaGravedad

5.141APIGravedad

El grado API influye directamente en el costo del hidrocarburo, entre más alto sea el grado más elevado será su precio.

El agua tiene 10 ºAPI, el crudo de Caño Limón es 29 ºAPI, mientras que una gasolina puede tener hasta 60 ºAPI por citar algunos ejemplos.

Los crudos, según su gravedad se clasifican en:•Super Pesados (Menos de 10 ºAPI)•Pesados (10 - 22 ºAPI)•Medianos (22 - 32 ºAPI)•Livianos (32 - 42 ºAPI)•Condensados (Mayor de 42 ºAPI)

Coeficiente de Viscosidad ()

La viscosidad en los fluidos influye en la facilidad de estos para fluir. Cuando se tiene un valor alto de viscosidad, el fluido tiene mucha resistencia al flujo.

Para los hidrocarburos, la viscosidad varía por la presión y la temperatura. En el caso de la presión, cuando el crudo baja de la presión de burbuja y comienza la liberación de gas, la viscosidad aumenta notablemente, tal como se muestra en la siguiente gráfica.

PresiónPb

disminuye con Presión

aumenta con la disminución Presión

La viscosidad se mide en Stokes o CentiStokes (cSt).



1. La presión de rocío es: La presión donde el líquido comienza a liberar gas. La presión donde el gas comienza a condensar líquido. La presión atmosférica cuando comienza a llover. La presión donde no se puede diferenciar entre líquido o gas.

2. Dado que tienen las mismas unidades [SCF/STB], la diferencia entre GORi y Bo es: El GORi relaciona únicamente el gas disuelto dentro del crudo. El Bo tiene en cuenta todo el gas, el disuelto y el liberado. GORi (gas total / crudo) y Bo (gas disuelto / crudo). GORi (gas disuelto / crudo) y Bo (gas total / crudo).

3. El gas en solución (Rs) aumenta cuando la presión baja de la presión de burbuja. Falso Verdadero


Tipos de crudo

Tipos de crudo

Existen cinco diferentes tipos de crudo, que se diferencian por propiedades como GORi, Bo y gravedad API.

Black Oil (Aceite Negro)

Volatil Oil (Aceite Volátil)

Retrograde Gas (Gas Retrógrado)

Wet Gas (Gas Húmedo)

Dry Gas (Gas Seco)

Además de las propiedades mencionadas, es determinante la cantidad de

hidrocarburos pesados que contenga el crudo (%C7+ o % de Heptano Plus),

llamada también fracción pesada. En el Black Oil es mayor del 20%, mientras que en el gas seco es menor al 0.7%.

Tipos de crudo

Las diferencias en las propiedades, se listan a continuación.

PropiedadAceite Negro

(Black Oil)Aceite Volátil

Gas Retrógrado

Gas Húmedo Gas Seco

GOR Menor 2000 2000 - 3000 3500 - 50000 50000 ……..

°API Menor 40 40 - 55 Mayor 55 Mayor 55 ……

Negro Marrón Verde

Verde Naranja Blanco

Marrón Verde Marrón

Boi Menor 2.0 Mayor 2.0 …… …. …..

C7+ Mayor 20% 20 - 12.5% 12.5 - 4% 4 - 0.7% Menor 0.7%

Campo Caño limón Cusiana Floreña Cupiagua Guajira

Color Blanco …….

Black Oil

Es el crudo existente en Caño Limón y es el que tiene mayor fracción de

hidrocarburos pesados (C7+).

El gas que se desprende del Black Oil es gas seco, debido a las moléculas livianas que se liberan. Este gas no se condensa.

El Black Oil tiene un gran valor económico.

GORi Menos de 1.750 SCF/SBT

º API Menor a 40

Boi Menor de 2 resBL/SBT

HC Pesados Mas del 20%

Muy Oscuros

Colores Negro

Marrón

BLACK OIL

GORi 12 - 20 SCF/SBT

º API 29,5

Boi 1,075 resBL/SBT


Pres. Burbuj. 42 - 70 psi

Colores Negro

Marrón (ocasionalmente)

BLACK OIL - Caño Limón

Diagrama de Fase del Black Oil

Ejemplo de un diagrama de fase de un Black Oil. Observe que el hidrocarburo se conserva líquido durante todo el proceso, a pesar que libera gas.

Punto Crítico

Pre

sión [

psi

]

1

3

2

Separador

Trayectoria de Presión

% de líquido80

50

3010

70

2000

1000

300

Temperatura [ºF]

Nitrógeno 51,72%

CO2 9,34%

H2S 0,00%

Metano 7,14%

Etano 0,51%

Propano 7,30%

Butano (l,n) 13,07%

Pentano (l,n) 8,10%

Hexano 1,84%

Heptano Plus 0,98%

Analisis del Gas, Pozo RD-03

El gas seco, liberado por el crudo tiene una alta concentración de hidrocarburos livianos.

Procesamiento del Black Oil

Cuando el petróleo liquido llega a superficie requiere de un tratamiento para

retirarle las impurezas tales como:

• Agua

• Dióxido de carbono (CO2)

• Nitrógeno

• Sulfuro de Hidrógeno

Por este motivo se deben instalar las facilidades de superficie, que se

componen de tanques, bombas, celdas de flotación, enfriadores, etc. En caño

Limón, el gas que se libera del crudo se quema en la tea debido a que no es una

cantidad suficiente para que su comercialización sea rentable.

Black Oil de Caño Limón

Viscosidad (104 ºF) 13,9 cSt

Viscosidad (212 ºF) 3,5 cSt

Poder Calorífico Bruto 19.215 BTU/ lb

Poder Calorífico Neto 18.129 BTU/ lb

Punto de Ebullición 105,8 ºF

ºAPI 29,4Gravedad Específica 0,879Presión de Vapor (60 ºF) 0,8 psi

Punto de fluidez 35 ºF

Punto de inflamación 45 ºF

Gravedad Espec. Condensado 0,725ºAPI Diesel en Caño Limón (60 ºF) 31,8Grav. Espec. Agua de Producción 0,998

Propiedades

Carbón 5,70 % masaCeniza 0,01 % masaNitrógeno 0,24 % masaAzufre 0,52 mg/kgCalcio 3,00 mg/kgCobre 0,20 mg/kgHierro 6,00 mg/kgMagnesio 0,80 mg/kgNiquel 37,20 mg/kgSodio 8,20 mg/kgVanadio 13,30 mg/kgSal 2,80 gr/m3

Análisis químico

Datos obtenidos en el laboratorio.

GORi 12 - 20 SCF/SBT

º API 29,4

Boi 1,075 resBL/SBT


Pres. Burbuja 42 - 70 psi

Colores Negro

Marrón

BLACK OIL - Caño Limón

Facilidad de Tratamiento Black OilSeparador de Gas Tanque de techo cónico FWKO, donde se

separa inicialmente el crudo del agua.

Celda de Flotación, donde el crudo restante es retirado del agua.

Bombas

Volatil Oil

El aceite volátil es un tipo de hidrocarburo líquido con más componentes intermedios y livianos que un Black Oil. En Colombia el campo de Cusiana tiene este tipo de crudo en su yacimiento.

GORi 2.000 - 3.200 SCF/SBT

º API Mayor de 40

Boi Mayor de 2 resBL/SBT

HC Pesados Entre 12,5% y 20%

Marrón

Colores Naranja

Verde

VOLATIL OIL

El gas que sale del petróleo o aceite Volátil se llama Gas Retrógrado.

El °API en el ST aumenta durante la vida del yacimiento.

Una pequeña reducción de presión por debajo de la presión de burbuja causa una gran liberación de gas.

Diagrama de Fase del Volatil Oil

Al igual que el Black Oil, el petróleo volátil se encuentra también como líquido dentro del yacimiento, a diferencia que el volátil está mas cerca de la zona de gas en el diagrama.

Punto Crítico

Pre

sión

Temperatura

1

3

2

Separador

% de líquido80

3010

70

40

El almacenamiento del aceite volátil es similar al del Black Oil, se diferencian en que se debe tener cuidado para que el gas no se libere fácilmente, dadas las condiciones del Aceite Volátil.

Almacenamiento del Volatil Oil

Tanque de almacenamiento.



1. De los tipos de crudo, el que menos gas tiene (GOR) es el: Black Oil. Volatil Oil. Wet Gas. Retrograde Gas.

2. La presión de burbuja del crudo en Caño Limón está en el orden de: 1000 - 1200 psi 600 - 650 psi 92 - 115 psi 42 - 70 psi

3. El Aceite Volátil (Volatil Oil) tiene más componentes livianos e intermedios que el Black Oil. Falso Verdadero


Retrograde Gas

Es un Hidrocarburo gaseoso por encima de la presión critica, y a medida que la presión disminuye condensa líquido en el yacimiento, pero dicho líquido se evapora nuevamente. En español se conoce como gas retrógrado o gas condensado.

GORi Más de 3.200 SCF/SBT

º API Mas de 57

Boi - - -

HC Pesados Entre 4% y 12,5%

Marrón

Colores Naranja

Verde y Blanco

RETROGRADE GAS

El gas en superficie es muy rico en hidrocarburos intermedios. Se procesa para sacar desde Etano hasta Hexano (C2 a C6).

Diagrama de Fase del Retrograde Gas

El gas retrógrado, al estar más allá de la presión crítica se encuentra como gas en el yacimiento. A medida que la presión comienza a descender y alcanza la presión de rocío, aparece crudo condensado.

Para obtener la mayor cantidad de líquido, el gas retrógrado es contenido en unos recipientes cerrados (separadores) que trabajan a una presión y temperatura óptima.En Colombia, un yacimiento con este tipo de crudo se encuentra por ejemplo en el campo de Floreña en Casanare.

Pre

sión

Temperatura

Punto Crítico

% de líquido

5

4020

10

80

1

3

2

Separador

Almacenamiento del Retrograde Gas

Separadores

Wet Gas

Es un Hidrocarburo que existe como Gas durante toda la vida en el yacimiento, pero condensa líquido en los separadores de superficie. Por eso se conoce como gas húmedo (Wet Gas).

GORi Más de 50.000 SCF/SBT

º API Mas de 57

Boi - - -

HC Pesados De 0,7% a 4,0%

Color del

condensado Blanco

WET GAS

Las propiedades del gas en el yacimiento no son las mismas que en superficie. El condensado es rico en hidrocarburos intermedios y se les conoce como productos de planta (GPM).

Diagrama de Fase del Wet Gas

La única forma de obtener condensado de un gas húmedo es mediante el uso de separadores a una presión y temperatura determinadas.

El tratamiento del gas Húmedo es muy similar al gas retrógrado pues el objetivo principal es el obtener la mayor cantidad del liquido.

El gas se almacena en tanques cilíndricos o esféricos.

% de líquido

150 510

Pre

sión [

psi

]

Temperatura

Punto Crítico

1

2

4500

2500

110 Separador

Almacenamiento del Wet Gas

Tanques esféricos

Tanque cónico

Dry Gas

El gas seco o dry gas contiene principalmente Metano y algunos hidrocarburos intermedios. Se llama gas seco porque no tiene suficientes hidrocarburos pesados para condensar.

GORi - - -

º API - - -

Boi - - -

HC Pesados Menos de 0,7%

Color - - -

DRY GAS

La composición del gas en yacimiento es la misma que superficie y básicamente se compone de Metano.A este tipo de gas también se le conoce como gas pobre o gas natural.

Diagrama de Fase del Dry Gas

Su almacenamiento similar que el gas húmedo, en tanques cilíndricos y esféricos.

% de líquido

150 510

Pre

sión [

psi

]

Temperatura

Punto Crítico

1

2

4500

2800

110

Del gas seco no se puede extraer condensado, su única utilidad es como gas natural.

Almacenamiento del Dry Gas

Tanque esférico



1. El gas retrógrado se caracteriza por: Conservarse líquido en el yacimiento. No tener suficientes hidrocarburos pesados para condensar. Ser conocido también como gas pobre. Ser rico en hidrocarburos intermedios.

2. La gravedad API del gas retrógrado es: Menor de 40 Entre 40 y 57 Mas de 57 No tiene gravedad API. Es gas seco.

3. Si se tiene un hidrocarburo con una fracción pesada entre 0,7% y 4,0% y el color del condensado es blanco, el HC es un Dry Gas o Gas Seco. Falso Verdadero


Comparación

La forma de los diagramas de fase para los cinco diferentes tipos de crudo se muestra en la gráfica. Hacia la derecha aumenta la cantidad de hidrocarburos pesados, mientras que hacia la izquierda lo hacen los hidrocarburos livianos.

Temperatura

Pre

sión Black Oil

Aceite Volátil

Gas RetrógradoGas Húmedo

Gas Seco

FIN

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