CIED de Muestras de Hidrocarburos y Validación PVT

(1)

Centro

Centro Internacional Internacional de de Educación Educación y y DesarrolloDesarrollo Filial

Filial de de Petróleos Petróleos de de Venezuela, Venezuela, S.A.S.A. © CIED 1997

Instituto de Desarrollo Profesional y Técnico

Toma de Muestras de

Hidrocarburos y Validación PVT

(2)

(3)

(4)

Toma de Muestras de

Toma de Muestras de Hidrocarburos

Hidrocarburos

y Validación PVT

Instructor

Jorge Barr

Jorge Barrientos

ientos

Dirigido a

Ingenieros de Yacimientos y Producción, Técnicos Superiores y

Profesionales en Ingeniería que trabajen en este

Profesionales en Ingeniería que trabajen en este campo.

campo.

Objetivos

Analizar la información suministrada del análisis volumétrico

(propiedades) de los fluidos del

(propiedades) de los fluidos del yacimiento en función de presión y

yacimiento en función de presión y

temperatura, para el estudio y

temperatura, para el estudio y comportam

comportamiento de los

iento de los yacimientos

yacimientos

petrolíferos. Manejar los concept

petrolíferos. Manejar los conceptos básicos del análisis de

os básicos del análisis de los fluidos

los fluidos

requeridos para analizar la información obten

requeridos para analizar la información obtenida de las

ida de las pruebas de

pruebas de

laboratorio.

Resumen

Curriculum Vitae

del Instructor

J o r g e B a r r

J o r g e B a r r i e n t o si e n t o s: :

Ingeniero de Petróleo, egresado de

Ingeniero de Petróleo, egresado de La Universidad

La Universidad

del Zulia (LUZ), 1970,

del Zulia (LUZ), 1970, donde también obtuvo su Título de Magíster en

donde también obtuvo su Título de Magíster en

Ingeniería de LUZ, desde 1971. Actualmente es Profesor Titular y

está encargado de las cátedras Tratamiento del Gas Natural, Diseño

de Plantas y Yacimientos de Gas que

de Plantas y Yacimientos de Gas que ofrece la División de Pos-grado

ofrece la División de Pos-grado

de la Facultad de

de la Facultad de Ingeniería de LUZ. Ha participado y dictado

Ingeniería de LUZ. Ha participado y dictado

numerosos cursos de especialización en el área de Ingeniería de Gas,

tanto en Venezuela como en el exterior. Se desempeño como Director

del INPELUZ y Presidente de la

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Toma de Muestras de Hidrocarburos y Validación PVT Toma de Muestras de Hidrocarburos y Validación PVT

ii

Contenido

Página Página

Introducción

...iiiiii

Capítulo 1

Toma de Muestras

Acondicionamiento del pozo

Acondicionamiento del pozo... 1-11-1

Muestras de subsuelo Muestras de subsuelo... 1-41-4 Muestras de superficie Muestras de superficie... 1-101-10

Capítulo 2

Equipos de Laboratorio. Descripción y Calibración

Bomba de mercurio

Bomba de mercurio...2-1...2-1

Preparación de la bomba de mercurio para la calibración

Preparación de la bomba de mercurio para la calibración ...2-32-3

Calibración de la bomba de mercurio

Calibración de la bomba de mercurio... 2-32-3

Medida de los volúmenes

Medida de los volúmenes ... 2-52-5

Vaciado: Procedimiento inverso

Vaciado: Procedimiento inverso... 2-52-5

Corrección de volumen de mercurio por compresibilidad y por expansión Corrección de volumen de mercurio por compresibilidad y por expansión térmica térmica... 2-62-6 Celda PVT Celda PVT... 2-102-10 Preparación de la celda PVT Preparación de la celda PVT... 2-112-11

Determinación de la capacidad de la celda PVT

Determinación de la capacidad de la celda PVT... 2-112-11

Cambio de volumen de la celda PVT con presión a temperatura ambiente

Cambio de volumen de la celda PVT con presión a temperatura ambiente ...2-122-12

Cambio en volumen de la celda PVT con presión a temperatura diferencial Cambio en volumen de la celda PVT con presión a temperatura diferencial a la del ambiente

a la del ambiente... 2-122-12

Resultados

Resultados ... 2-132-13

Separador de laboratorio (Ruska)

Separador de laboratorio (Ruska)... 2-132-13

Viscosímetro de alta presión

Viscosímetro de alta presión... 2-152-15

Capítulo 3

Pruebas de Laboratorio

Liberación instantánea Liberación instantánea ...3-13-1 Liberación diferencial Liberación diferencial ...3-33-3 Viscosidad a presión Viscosidad a presión... 3-43-4 Pruebas de separación Pruebas de separación... 3-53-5

(6)

Toma de Muestras de Hidrocarburos y Validación PVT

ii

Página

Capítulo 4

Cálculos de las Propiedades Físicas a Partir de los

Datos de Laboratorio

Presión de saturación (Pb)... 4-1

Factor de compresibilidad líquida (Co)... 4-1

Expansión térmica de los fluidos del yacimiento ... 4-2

Volúmenes relativos... 4-2

Factor de expansión del gas (1/Bg)... 4-2

Factor de merma del líquido (Sh) ... 4-3

Factor de solubilidad del gas (Rs)... 4-4

Densidad del petróleo del yacimiento... 4-4

Capítulo 5

Consistencia de Datos PVT Obtenidos en el Laboratorio

Verificación de los datos de laboratorio... 5-1

Bibliografía

...v

Apéndice

Clasificación de los yacimientos de cuerdo al estado de sus fluidos ...A-1

Yacimiento de gas... A_-1

Yacimientos de condensados... A-1

Yacimientos de crudos volátiles... A-1

Yacimiento de crudo normal... A-2

Well Dream... A-3

Densidad a presión... A.3

Peligros del mercurio ... A-3

Departamento de mercurio... A-3

Prevención al peligro... A-4

Buena ventilación... A-4

Medidas de prevención... A-4

Limpieza de derramamiento de mercurio ... A-5

Probadores para vapores de mercurio ... A-5

(7)

Toma de Muestras de Hidrocarburos y Validación PVT

iii

Página

Anexos

Análisis PVT... vi

Análisis composicional de los gases de las pruebas de separación ...xix

Gráficas de las propiedades de los fluidos ... xxv

(8)

Capítulo

1 Toma de Muestras

Acondiciona-miento del pozo

El acondicionamiento del pozo es una de las partes más importantes del muestreo, aunque muchas veces es completamente ignorado. La caída de presión (Draw-Down), asociada con las tasas normales de producción, ocasiona flujo en dos fases cerca del fondo del pozo, si el fluido en la formación estaba inicialmente saturado o ligeramente so-bresaturado. Entonces, los efectos de permeabilidad relativa pueden causar que los fluidos que ingresan en el fondo del pozo sean dife-rentes del fluido original del yacimiento existente en los contornos del área de drenaje.

El problema de la caída de presión en un yacimiento saturado no puede ser vencido, por lo tanto el propósito de acondicionar el pozo es el de reducir la caída de presión por reducción de la tasa de flujo a la tasa de estabilidad más baja posible.

A tasas bajas de flujo, el fluido que ingresa al fondo del pozo será más parecido al del yacimiento. Este cambio deseado ocurrirá rápi-damente si el área de drenaje involucrada no es demasiado extensa.

(9)

Análisis PVT Toma Muestras

1-2

Continuación

La Fig. 1, es un esquema representativo de un yacimiento saturado (Pb = Py) atravesado por un pozo, y con una curva superpuesta de distribución de presión como una función de la distancia del radio de drenaje, suponiendo una tasa de flujo normal. A esta tasa de flujo normal, la presión de fondo debería ser Pf 1 y el flujo que ingresa al

fondo del pozo debería estar saturado a la presión Py, la presión en el contorno del área de drenaje. Al reducir la tasa de flujo sustancial-mente, mucho del exceso de gas saturado alrededor del fondo del po-zo puede ser removido, elevando la presión de fondo fluyente Pf 2, y el

fluido que ingresa al fondo del pozo será más parecido al fluido del yacimiento existente en el área de drenaje.

La curva de distribución de presión en un yacimiento saturado aso-ciado con el período de reducción de tasa de flujo es presentada como una línea discontinua en la Fig. 1.

La Fig. 2. es una representación esquemática de un yacimiento so-bresaturado (Py > Pb) atravesado por un pozo. La curva de distribu-ción de presión vs. distancia del radio de drenaje ha sido super-puesta otra vez suponiendo tasa de flujo normal. Nótese que la satu-ración del gas libre no ocurre hasta el punto donde la curva de dis-tribución de presión cae por debajo de la presión de burbujeo, Pb. El proceso de acondicionamiento para un yacimiento sobresaturado es idéntico al empleado para un yacimiento saturado. Por reducción de la tasa de flujo, nosotros podemos levantar la presión de fondo fluyente de Pf 1 a Pf 2 para que sea más alto que la presión de burbujeo

(Pb) del fluido, la saturación de gas libre alrededor del fondo del pozo puede ser completamente eliminada y los fluidos que entran al fondo del pozo serán idénticos a los existentes en el área de drenaje.

El método de muestreo de fluido a ser usado determina el resto de las condiciones del proceso. Si las muestras van a ser tomadas en el fondo del pozo, el período de producción de tasa de flujo será gene-ralmente de 1 a 4 días, dependiendo de las características de la for-mación y los fluidos, y el área de drenaje afectada. Después de este período de reducción de la tasa de flujo, el pozo deberá ser cerrado hasta alcanzar la presión estática. El período de cierre generalmente de un día a una semana o más, dependiendo de las características de la formación. Para el caso de un yacimiento saturado el período de cierre tiene como resultado un efecto de fuerza al gas a entrar en so-lución en el petróleo, levantando de este modo la presión de satura-ción. En algunos casos, el valor deseado de Pb es obtenido; como siempre en muchos casos este valor es solamente aproximado y la diferencia final es una función de la productividad del pozo, de la ta-sa de producción y las propiedades de los fluidos. Al concluir el pe-ríodo de cierre, el pozo deberá estar apropiadamente condicionado y listo para muestreo de fondo.

(10)

Toma Muestras Análisis PVT

1-3

Continuación

Pf

₂

Pf

₁

Pb = Py

Radio de

Drenaje

Fig. 1. Yacimiento saturado.

Radio de

Drenaje

Pf

₂

Pf

₁

Pb

Py

Fig. 2. Yacimiento subsaturado.

(11)

1-4

Continuación

Si las muestras de gas y líquido van a ser tomadas en el separador, las tasas de gas y líquido deben ser medidas continuamente durante el período de flujo estable a la tasa de flujo reducido. Una prueba mí-nima de 24 horas es recomendada, tiempos muchos más grandes pueden ser necesarios si la caída de presión de fondo está aumen-tando. Al concluir el período de tasa baja de flujo estabilizada con acompañamiento de las medidas de las tasas de gas y líquido, el pozo debería estar apropiadamente condicionado y listo para la colección de muestra del separador.

Muestras de subsuelo

Las muestras de subsuelo no son recomendadas para yacimientos de gas condensado ni para yacimientos de petróleo negro que producen cantidades de agua considerables. La fase líquida en el fondo de un pozo cerrado en un yacimiento de gas condensado no es representa-tiva de los fluidos del yacimiento. Una columna de agua en el fondo de un pozo cerrado de petróleo negro evita tomar la muestra a la profundidad apropiada y crea una situación donde la colección de una muestra representativa de fluidos del yacimiento sería imposible.

Frecuentemente el agua está en el fondo del pozo, aún en pozos que normalmente no producen agua. Por esta razón, un gradiente de pre-sión estática debería ser corrido e interpretado para determinar la interfase gas-petróleo y la interfase agua-petróleo en el eductor. La Fig. 3. presenta la interpretación típica de un gradiente de presión estática. Cuando se está corriendo una toma de muestra de fondo se debe tener cuidado al momento de atravesar la interfase gas-petróleo. La falta del debido cuidado podría resultar en un accionamiento

prematuro del mecanismo que cierra las válvulas superior e inferior del toma-muestra tampoco debería ser bajado de la interfase petró-leo-agua, porque de ese modo la muestra colectada sería de agua del yacimiento.

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Toma Muestras Análisis PVT 1-5 Continuación 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 Profund idad (pies)

P r e s i ó n ( l p c a ) Niv el d e A g u a Niv el d e P et ró leo Profundidad (pies) Presión (lpca) Gradiente (lpc/pie) 0 2670 2000 2720 0.025 4000 2770 0.025 5000 2830 0.060 6000 3165 0.335 7000 3497 0.332 8000 3827 0.330 9000 4157 0.330 9400 4291 0.335 9600 4370 0.395 9800 4458 0.440 10000 4547 0.445

Fig. 3. Gradiente estático de presión.

(13)

1-6

Continuación

El toma-muestra de fondo tipo “Wofferd” es el más utilizado. Algunos esquemas internos de este instrumento son presentados en la Fig. 4. El toma-muestra tiene aproximadamente 6 pies de longitud y 1/2 pulgada de diámetro.

Fig. 4. Muestreador tipo Wofford.

(14)

1-7

Continuación

El toma muestra es bajado en el pozo con una guaya fina estándar de 0.072 pulgadas. Un esquema típico de la bajada del toma-muestra en el pozo puede ser visto en la Fig. 5. El toma-muestra de fondo es en-samblado con uno de los dos mecanismos que existen para activar el gatillo que cierra las válvulas en ambos extremos, estos mecanismos son: un cabezal de pasador o un cabezal de reloj. El cabezal de pasa-dor, el cual es usado para muchas aplicaciones, es activado comuni-cando un golpe violento a la guaya fina en la superficie.

En casos donde el cabezal de pasador no se puede usar como por ejemplo en yacimientos de petróleo pesado y pozos desviados, enton-ces se usa el cabezal de reloj.

Fig. 5. Muestras de subsuelo.

(15)

1-8

Continuación

Después que el toma-muestra ha sido bajado en el pozo hasta la zona productora (pero nunca por debajo del final del eductor o de la inter-fase petróleo-agua) las válvulas del toma-muestra, las cuales han si-do abiertas con anterioridad, son cerradas por el mecanismo de pa-sador o de reloj. La muestra atrapada es entonces subida a la super-ficie y se le coloca un cabezal de transferencia al toma-muestra. La presión de burbujeo a la temperatura ambiente del fluido es medida acoplando una línea del cabezal de transferencia a la bomba de mer-curio, inyectando mercurio dentro del toma-muestra y agitándolo después de cada inyección vs. la presión de la muestra se puede ob-servar el punto de burbujeo de la muestra (ver Fig. 6). Luego se pre-siona el fluido hasta alcanzar una sola fase y la segunda válvula del cabezal de transferencia es acoplada a un cilindro de almacena-miento de alta presión. El contenido del toma-muestra puede ser transferido por gravedad (ver Fig. 7.).

Fig. 6. Determinación del punto de burbujeo a temperatura ambiente.

(16)

1-9

Continuación

El toma-muestra es corrido en el pozo una segunda vez y se repite todo el proceso de transferencia anterior. La segunda será transfe-rencia solamente si el punto de burbuja a temperatura ambiente es similar al de la primera muestra. Usualmente se encuentra una dife-rencia de 20 a 50 lpc. Si los puntos de burbujeo no son similares se debe continuar la toma de muestra de fondo hasta encontrar una aceptada por los límites.

Después que las 2 muestras de fondo con presión de apertura y punto de burbujeo similares han sido tomadas y transferidas, el pro-ceso de muestreo ha sido completado. Como una medida de seguri-dad, algo de mercurio debe ser drenado de cada cilindro de almace-namiento antes de ser transportados al laboratorio. Las muestras deben ir etiquetadas y acompañadas de toda la información disponi-ble del pozo, incluyendo temperatura del yacimiento, presión estática del yacimiento, relación gas-petróleo original y actual, etc.

(17)

1-10 Muestras de

su-perficie

Las muestras de superficie, se refieren a muestras del separador y tienen tantas aplicaciones como las muestras de subsuelo. Las muestras de separador son solamente recomendadas para yaci-mientos de gas-condensado, pero en muchos casos pueden ser usa-das para yacimientos de petróleo negro.

Para tomar una buena muestra sé separador se recomienda:

1. Una reducción a una tasa baja de flujo estable.

2. Medir exactamente las tasas de flujo de gas y líquido, y

3. Tomar una muestra representativa de gas y líquido de la primera etapa del separador.

Para el propósito de nuestra discusión, permítanos asumir que el pa-so 1 ha sido completado, a través de pruebas con diferentes tamaños de chikes en la superficie. Incidentalmente, la baja tasa de flujo esta-bilizada que nosotros hemos referido no será generalmente mayor de 100 barriles de petróleo por día para yacimientos de petróleo negro o un millón de pies cúbicos normales de gas condensado, a menos que se conozca que el yacimiento tiene alta liberación. También, permíta-nos asumir que el equipo apropiado está en el sitio para realizar la separación, de todo el flujo del pozo, en gas y líquido y que las medi-das de ambas fases son técnicamente aceptables. La medida de gas usualmente se hace acoplando un medidor adecuado, con el rango de medir presión y el tamaño del orificio seleccionado de modo que las medidas caigan entre 30 % y el 80 % del rango máximo. Todos los factores pertenecientes a la medida de la tasa de gas serán suplidos al personal de laboratorio. La medida de la tasa de líquido puede ser hecha en un punto (separador primario, separador secundario de almacenamiento, o tanque), pero el punto de medida también serán reportados al personal de laboratorio. La información de las tasas de gas líquido será usada más adelantes para mejorar la medida de la tasa de gas, y aplicar un factor de volumen, si es necesario.

Suponiendo que ya hemos satisfecho las dos primeras de las tres condiciones necesarias, nosotros estamos listos para tomar una muestra representativa de gas y líquido de la primera etapa. Los se-paradores de campo vienen en una gran variedad de configuraciones, dos de las cuales son presentadas en la Fig. 8. En el separador el flujo del pozo es separado en dos fases (gas y líquido) las cuales irán por vías separadas. La composición del flujo del pozo, de la presión y temperatura del separador, tomando muestras de gas y líquido de la primera etapa, y midiendo las tasas de producción, nosotros pode-mos combinar físicamente el flujo del pozo en el laboratorio, utilizan-do un proceso referiutilizan-do como una recombinación física. Existen varios métodos de tomar muestras de gas y líquido, nosotros discutiremos solamente los más recomendables.

(18)

1-11

Continuación

Muestras de su-perficie

El método de vacío para muestras de gas, es el más usado de todos y ha demostrado ser que da mejores resultados. El método de vacío es preferido por ofrecer seguridad, comodidad y calidad. Una bomba de vacío es usada para remover el aire del cilindro toma-muestra, previo el envío del laboratorio. La Fig. 9. ilustra el equipo necesario para realizar el muestreo. Después de acoplar el cilindro toma-muestra al punto de toma de gas de la primera etapa del separador (válvula fuente), el aire en la línea flexible es purgado hacia fuera 8usando la válvula de purga), y el cilindro es llenado con gas hasta alcanzar la presión de la fuente. El cilindro es entonces cerrado, desconectado de la fuente, etiquetado y taponado en ambos extremos. El proceso des-crito se repite para las muestras subsiguientes.

Fig. 8. Separador vertical y horizontal.

(19)

1-12

Continuación

El método de vacío es también recomendado para tomar muestras de líquido del separador. El cilindro toma-muestra debe ser acoplado al punto de colección de la primera etapa del separador. Un punto lógi-co para tomar muestras es el fondo del medidor de nivel de vidrio pa-ra sepapa-radores de alta presión. La línea flexible del toma-muestpa-ra es llenada y purgado a la presión del separador, usando la válvula pur-ga. La válvula de entrada del cilindro es entonces suavemente abier-ta, evitando una caída de presión en la línea flexible. Cuando el cilin-dro está lleno la válvula interior es cerrada rápidamente. Luego, dre-ne cuidadosamente unas pocas gotas de líquido de la válvula exte-rior, para chequear el agua libre en la muestra. Si no se encuentra nada, cierre ambas válvulas, desconecte el cilindro de la fuente, ta-pone los extremos y coloque la etiqueta de identificación. Si el volu-men de agua drenado excede al 10 % de la capacidad del cilindro, se-rá necesario introducir más líquido del separador en el cilindro antes de desconectar el sistema. Repita el procedimiento para una segunda muestra y para muestras subsiguientes que sean requeridas por el laboratorio.

Fig. 9. Equipo para toma de muestras.

(20)

1-13

Continuación

La Fig. 10 ofrece algunas explicaciones para los procedimientos des-critos anteriormente. La Figura muestra las relaciones de presión y temperatura en diagramas para muestras de gas y líquido de separa-dor. Note que la muestra de gas del separador existirá en 2 fases a presión y temperatura debajo de la temperatura del separador. Por esta razón nosotros recomendamos que el método de muestreo de gas con purga sea evitado, especialmente cuando la temperatura ambiente está a la presión de punto de burbuja a la temperatura del separador. Esta es la razón de evitar la caída de presión en la línea flexible durante el proceso de tomar muestras de líquido.

(21)

(22)

Capítulo

2

Equipos de Laboratorio. Descripción y

Calibración

Bomba de mer-curio

La bomba de mercurio es una de las partes más importantes del conjunto de equipos para análisis PVT de fluidos de yacimientos. Tiene una doble función: cambiar la presión en un recipiente por in- yección o retiro de mercurio y medir el mercurio inyectado o retirado.

Se usa, en conjunto con la celda PVT, el separador de Laboratorio y el Equipo de Recombinación, etc.

La bomba de mercurio es simplemente una bomba de desplazamiento de mercurio calibrada volumétricamente. Resiste altas presiones de trabajo; por ejemplo, la del laboratorio tiene una presión de trabajo de 6000 lpc.

La Fig. 11, parte superior derecha, muestra un diagrama de la bom-ba. Dentro del cilindro va un émbolo unido a un tornillo sin fin, el que se mueve manualmente por medio de las palancas indicadas en el esquema. El movimiento de este tornillo sin fin (y por consiguiente el émbolo) se registra en una escala graduada y se lee con ayuda de un vernier que permite leer un milésimo de vuelta. Al extremo del ci-lindro va conectado un manómetro Heise de 16”. Además, al cici-lindro van unidas 2 válvulas: una superior, V H, que comunica con un

depó-sito de mercurio y otra lateral, V L , que comunica con un tubo de

ace-ro al otace-ro equipo con que se está trabajando. El depósito de mercurio posee una pequeña válvula de drenaje de mercurio. Además posee una tapa a la que va unido un termómetro.

(23)

Análisis PVT Equipos de Laboratorio. Descripción y Calibración

2-2 Continuación

Bomba de mer-curio

Fig. 11. Diagrama de la bomba de mercurio, celda PVT y baño de aceite a temperatura constante.

MANOMETRO HEISE

(24)

Equipos de Laboratorio. Descripción y Calibración Análisis PVT

2-3 Preparación de la

bomba de mer-curio para la ca-libración

Se supone que la bomba no tiene mercurio o haya que cambiarle el que tenga. Se limita cuidadosa-mente el cilindro y demás partes de la bomba con gasolina u otros fluidos disolvente. Se cierra la vál-vula de la bomba, V L y V H. La válvula lateral se

co-necta al vacío (bomba de vacío u línea de vacío). Se retrocede el pistón toda la carrera del émbolo. Se abre la válvula lateral, y se hace un buen vacío. Se llena el depósito de mercurio limpio. Se cierra la válvula lateral y se desconecta el vacío. Se abre lentamente la válvula superior, admitiendo mercu-rio en el cilindro, teniendo cuidado de mantener el recipiente lo más lleno posible para evitar la entra-da libre de aire. Se llena la bomba completamente, se cierra la válvula superior y se coloca la tapa al recipiente de mercurio.

Se giran las palancas de la bomba en sentido de las agujas del reloj, aumentando la presión hasta la presión límite de trabajo. La presión debe au-mentarse casi instantáneamente. Además, la pre-sión debe mantenerse constante. Si la prepre-sión disminuye, debe haber escapes. Se revisan las em-pacaduras, válvulas, etc. hasta eliminarlo. Se dis-minuye la presión a la atmosférica y se ajusta el vernier para estar seguro que no se deslice.

Calibración de la bomba de mer-curio

Se supone que el manómetro está calibrado, de lo contrario es necesario calibrarlo con un medidor de pesos muertos.

También se supone que durante la calibración, la temperatura ambiente permanece constante.

El desplazamiento de la bomba es aproximada-mente 1 cc., por válvula.

(25)

Análisis PVT Equipos de Laboratorio. Descripción y Calibración 2-4 Continuación Calibración de la bomba de mer-curio

Se conecta un tubo pequeño de acero inoxidable a la válvula lateral, teniendo cuidado que el extremo libre no esté ensanchado. Se dobla el tubo hacia arriba y se conecta al vacío, colocando una trampa de mercurio entre el tubo de acero y el sistema de vacío. Se aumenta la presión en la bomba (100– 200 lpc) y se abre lentamente la válvula lateral, per-mitiendo que se llene de mercurio el tubo de acero, manteniendo siempre una presión positiva en la bomba. Se cierra la válvula latera, se desconecta el vacío y se dobla el tubo de acero un poco hacia abajo. Se permite que pase otro poco mercurio a través del tubo y se cierra de nuevo la válvula late-ral.

La bomba se calibrará a 5000 lpc, es decir, las lecturas en la bomba siempre se harán a esta pre-sión. El procedimiento es el siguiente: se aumenta la presión a 5000 lpc y se registra la lectura en la bomba con ayuda del vernier. Se coloca un reci-piente pequeño de vidrio, matraz (beacker), pre-viamente pesado debajo del tubo de acero. Se abre lentamente la válvula lateral y se desplaza la bom-ba de nuevo a 5000 lpc y se toma la lectura co-rrespondiente. Se pesa el mercurio desplazado y se registra la temperatura. (Nota: para propósito de la práctica, tomar lecturas aproximadamente cada 10 vueltas).

Se repite el proceso descripto hasta desplazar todo el mercurio de la bomba.

Se calcula el volumen de mercurio a presión at-mosférica, dividiendo por la densidad del mercurio (Tabla 1) a la temperatura registrada.

Se calcula el volumen de mercurio a la presión de calibración.

Se gráfica el volumen de mercurio desplazado a presión de calibración, como función del número de vueltas de la bomba. Se calcula la mejor cons-tante de la bomba, tomando la pendiente de la mejor línea recta que se pueda trazar a través de los puntos. También se puede calcular para cada volumen de mercurio desplazado y tomar el pro-medio.

(26)

Equipos

Equipos de de Laboratorio. Laboratorio. Descripción Descripción y y Calibración Calibración Análisis Análisis PVTPVT

2-5 2-5 Continuación Continuación Calibración de la Calibración de la bomba de bomba de mer-curio curio

Para trabajos de extrema exactitud, se aconseja Para trabajos de extrema exactitud, se aconseja calibrar la bomba de mercurio a dos o más calibrar la bomba de mercurio a dos o más tempe-raturas con el fin de hacer la corrección apropiada raturas con el fin de hacer la corrección apropiada del cambio en volumen de la bomba con cambio de del cambio en volumen de la bomba con cambio de temperatura temperatura Medida de Medida de volú-menes menes

La técnica más exacta para medir volúmenes con La técnica más exacta para medir volúmenes con la bomba de mercurio es usándola como una la bomba de mercurio es usándola como una uni-dad cerrada, haciendo todas las lecturas a la dad cerrada, haciendo todas las lecturas a la mis-ma presión. Esta técnica elimina la necesidad de ma presión. Esta técnica elimina la necesidad de calibrar la bomba y el manómetro para cambios en calibrar la bomba y el manómetro para cambios en volumen con presión, eliminando cualquier error volumen con presión, eliminando cualquier error por atraso en la carrera del pistón y simplifica los por atraso en la carrera del pistón y simplifica los cálculos al eliminar las correcciones anteriores. cálculos al eliminar las correcciones anteriores.

La lectura de la bomba se hace siempre con las La lectura de la bomba se hace siempre con las válvulas cerradas y a la presión de calibración, válvulas cerradas y a la presión de calibración, 5000 lpc generalmente, aunque puede ser 5000 lpc generalmente, aunque puede ser cual-quier presión por encima de 2000 lpc. Por ejemplo: quier presión por encima de 2000 lpc. Por ejemplo: para inyectar una cantidad de mercurio en una para inyectar una cantidad de mercurio en una celda PVT, se llena la bomba con mercurio, se celda PVT, se llena la bomba con mercurio, se cie-rra las válvulas de la bomba, se aumenta la rra las válvulas de la bomba, se aumenta la pre-sión a 5000 lpc y se registra la lectura sión a 5000 lpc y se registra la lectura correspon-diente. Se lleva la presión en la bomba a un valor diente. Se lleva la presión en la bomba a un valor un poco más alto que la presión en la celda PVT, un poco más alto que la presión en la celda PVT, se abre la válvula lateral y se inyecta la cantidad se abre la válvula lateral y se inyecta la cantidad deseada de mercurio en la celda PVT. Se lee la deseada de mercurio en la celda PVT. Se lee la pre-sión en la celda, se cierra la válvula lateral sión en la celda, se cierra la válvula lateral lenta-mente, retrocediendo simultáneamente el pistón mente, retrocediendo simultáneamente el pistón para mantener constante la presión de la celda. para mantener constante la presión de la celda. Cuando se cierra la válvula, se ajusta la presión Cuando se cierra la válvula, se ajusta la presión exactamente a 5000 lpc y se toma la lectura de la exactamente a 5000 lpc y se toma la lectura de la bomba.

bomba.

Para llenar o vaciar la bomba en el curso de un Para llenar o vaciar la bomba en el curso de un experimento se sigue el mismo procedimiento. experimento se sigue el mismo procedimiento. Lle-nando: con válvulas cerradas, se lleva la presión a nando: con válvulas cerradas, se lleva la presión a 5000 lpc y se anota la lectura. Se disminuye la 5000 lpc y se anota la lectura. Se disminuye la presión. Se llena el depósito de mercurio, se abre presión. Se llena el depósito de mercurio, se abre la válvula superior y se retrocede el pistón la válvula superior y se retrocede el pistón com-pletamente, manteniendo siempre mercurio en el pletamente, manteniendo siempre mercurio en el depósito. Se cierra la válvula superior, se lleva la depósito. Se cierra la válvula superior, se lleva la presión a 5000 lpc y se registra de nuevo la presión a 5000 lpc y se registra de nuevo la lectu-ra. ra. Vaciado: Vaciado: Proce-dimiento inverso dimiento inverso

Debe tenerse cuidado de dejar suficiente mercurio Debe tenerse cuidado de dejar suficiente mercurio en la bomba de tal manera que la presión pueda en la bomba de tal manera que la presión pueda ajustarse a 5000 lpc.

ajustarse a 5000 lpc.

Sigue... Sigue...

(27)

Análisis PVT

Análisis PVT Equipos de LaboratEquipos de Laboratorio. Descripción orio. Descripción y Calibracióny Calibración

2-6 2-6 Continuación Continuación Vaciado: Vaciado: Proce-dimiento inverso dimiento inverso

Cuando se habla de tener volúmenes en la bomba, Cuando se habla de tener volúmenes en la bomba, se entiende que debe ser a 5000 lpc y con válvula se entiende que debe ser a 5000 lpc y con válvula cerrada.

cerrada.

La bomba mide volúmenes a la presión y La bomba mide volúmenes a la presión y tempe-ratura de la bomba. El mercurio es compresible ratura de la bomba. El mercurio es compresible (aproximadamente 0.02 por ciento por cada 1000 (aproximadamente 0.02 por ciento por cada 1000 lpc a 70 °F), se expande y contrae con cambios lpc a 70 °F), se expande y contrae con cambios térmicos (aproximadamente 0.01 por ciento por térmicos (aproximadamente 0.01 por ciento por cada °F). El volumen de mercurio salido de la cada °F). El volumen de mercurio salido de la

bomba a la temperatura y presión diferente a la de bomba a la temperatura y presión diferente a la de calibración, es por lo tanto, distinto del volumen calibración, es por lo tanto, distinto del volumen medido en la bomba y debe ser corregido.

medido en la bomba y debe ser corregido.

Corrección de Corrección de volumen de volumen de mer-curio por curio por com-presibilidad y por presibilidad y por expansión expansión térmi-ca ca Sea un volumen

Sea un volumen V V 11 a una presión P a una presión P 11 y a una tem- y a una

tem-peratura

peratura T T 11 y se desea llevar tal volumen y se desea llevar tal volumen V V 11 a unas a unas

condiciones de presión

condiciones de presión P P 22 y de temperatura y de temperatura T T 22, re-,

re-sultando un volumen sultando un volumen V V 22..

La compresibilidad del mercurio se conoce como La compresibilidad del mercurio se conoce como función de temperatura, tal como se indica en la función de temperatura, tal como se indica en la Tabla 2. Igualmente se conoce exactamente la Tabla 2. Igualmente se conoce exactamente la ex-pansión térmica del mercurio a presión pansión térmica del mercurio a presión atmosféri-ca. La Tabla 3 indica el volumen a cualquier ca. La Tabla 3 indica el volumen a cualquier tem-peratura, con relación al volumen a 60 °F. Los peratura, con relación al volumen a 60 °F. Los da-tos en estas dos Tablas es suficiente para corregir tos en estas dos Tablas es suficiente para corregir volúmenes de mercurio, tales como los leídos en la volúmenes de mercurio, tales como los leídos en la bomba, a cualquier otra presión y temperatura. bomba, a cualquier otra presión y temperatura.

La fórmula de corrección de

La fórmula de corrección de V V 11 (a P (a P 11 y y T T 11) a) a V V 22 (a (a P P 22

y

y T T 22) puede expresarse en la siguiente forma:) puede expresarse en la siguiente forma:

1.

1. Expansión deExpansión de V V 11 de de P P 11 a a P P a a (presión atmosféri- (presión

atmosféri-ca), considerando

ca), considerando T T 11 = constante, obteniéndose = constante, obteniéndose

un volumen

un volumen V V a a 11 (a (a P P a a y y T T 11),),

donde: donde:

( (

₁₁ ₁₁

))

1 1 1 1 V V 11 B B P P V

V _a_a == ++ ...(Ec. 2.1)...(Ec. 2.1) B

B 11 = coeficiente de compresibilidad para el in- = coeficiente de compresibilidad para el

in-tervalo de presión (

tervalo de presión (P P 11 – – P P a a ) a temperatura T ) a temperatura T 11..

2.

2. Expansión térmica deExpansión térmica de V V a a 11 desde desde T T 11 a a T T 22 consi-

consi-derando

derando P P a a = constante, obteniéndose = constante, obteniéndose V V a a 22 (a (a P P aa

y y T T 22))

Sigue... Sigue...

(28)

Equipos

Equipos de de Laboratorio. Laboratorio. Descripción Descripción y y Calibración Calibración Análisis Análisis PVTPVT

2-7 2-7 Continuación Continuación Corrección de Corrección de volumen de volumen de mer-curio por curio por com-presibilidad y por presibilidad y por expansión expansión térmi-ca ca

Por definición, Tabla 3. Por definición, Tabla 3.

= = = = ₁₁ 60 60 1 1 _v_v V V V V a a a

a _{(volumen relativo de mercurio a pre-}_{(volumen relativo de mercurio a}

pre-sión atmosférica, de

sión atmosférica, de T T 11 a 60 °F)...(Ec. 2.2) a 60 °F)...(Ec. 2.2)

= = = = ₂₂ 60 60 2 2 _v_v V V V V a a a

a _{(volumen relativo de mercurio a}_{(volumen relativo de mercurio a}

presión atmosférica, de

presión atmosférica, de T T 22 a 60 °F)...(Ec. 2.3) a 60 °F)...(Ec. 2.3)

dividiendo la Ec. 2.2 por la Ec. 2.3, y dividiendo la Ec. 2.2 por la Ec. 2.3, y despejan-do do V V a a 22,, 1 1 2 2 1 1 2 2 v v v v V V V

V _a_a == ...(Ec. 2.4)...(Ec. 2.4)

remplazando Ec. 2.1 en Ec. 2.4. remplazando Ec. 2.1 en Ec. 2.4.

( (

))

1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 11 v v v v P P B B V V V

V _a_a == ++ ...(Ec. 2.5)...(Ec. 2.5)

Por lo tanto, el cambio en volumen a presión Por lo tanto, el cambio en volumen a presión atmosférica entre

atmosférica entre T T 22 y y T T 11 es: es:

1 1 2 2 2

2 V V a a V V a a

V

V == −− ∆

∆ ...(Ec. 2.6)...(Ec. 2.6)

reemplazando las Ecs. 2.5 y 2.1, reemplazando las Ecs. 2.5 y 2.1,

( (

))

_          − − + + = = ₁₁ ₁₁ 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 v v v v P P B B V V V V ∆ ∆ ...(Ec. 2.7)...(Ec. 2.7) 3.

3. ComprimirComprimir V V a a 22 de de P P a a a a P P 22, considerando, considerando T T 22 = =

constante, obteniéndose

constante, obteniéndose V V 22 a ( a (P P 22 y y T T 22),),

( (

₂₂ ₂₂

))

2 2 2 2 V V 11 B B P P V

V == _a_a −− ...(Ec. 2.8)...(Ec. 2.8)

Sigue... Sigue...

(29)

Análisis PVT

Análisis PVT Equipos de LaboratEquipos de Laboratorio. Descripción orio. Descripción y Calibracióny Calibración

2-8 2-8 Continuación Continuación Corrección de Corrección de volumen de volumen de mer-curio por curio por com-presibilidad y por presibilidad y por expansión expansión térmi-ca ca donde: donde: B

B 22 = Coeficiente de compresibilidad para el in- = Coeficiente de compresibilidad para el

in-tervalo de presión (

tervalo de presión (P P 22 – – P P aa), a temperatura T ), a temperatura T 22..

reemplazando la Ec. 2.5: reemplazando la Ec. 2.5:

(

)

(

₂₂ ₂₂

))

1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 11 11 B B P P v v v v P P B B V V V V _ −−          + + = = _{...(Ec. 2.9)}_{...(Ec. 2.9)}

El cambio total de volumen de

El cambio total de volumen de V V 22 a a V V 11 es: es:

1 1 2 2 V V V V V V == −− ∆ ∆ ...(Ec. 2.10)...(Ec. 2.10) reemplazando la Ec. 2.9: reemplazando la Ec. 2.9:

( (

)) (

(

))

      − −           − − + + = = ₁₁ ₁₁ ₁₁ 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 v v v v P P B B P P B B V V V V ∆ ∆ ...(Ec. 2.11)...(Ec. 2.11)

La Ec. 2.9 es una expresión general para La Ec. 2.9 es una expresión general para cal-cular un volumen

cular un volumen V V 22 a partir de un volumen a partir de un volumen V V 11,,

tanto por cambio en presión como en tanto por cambio en presión como en tempe-ratura. Sin embargo a veces se presenta ratura. Sin embargo a veces se presenta sim-plificada:

plificada:

Simplificación 1.

Simplificación 1. Si la temperatura permaneceSi la temperatura permanece constante (expansión isotérmica; es decir,

constante (expansión isotérmica; es decir, T T 11 = =

T

T 22 = = T T ; luego; luego V V 22 / / V V 11 = 1; = 1; B B 11 = = B B 22 = = B B y la Ec. y la Ec.

2.9 puede escribirse: 2.9 puede escribirse:

(

)

(

))

( (

11 22

))

2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 P P P P B B P P B B P P B B V V V V P P B B P P B B V V V V − − + + − − = = − − + + = = ...(Ec. 2.12) ...(Ec. 2.12)

ya que el término

ya que el término BB 22_{es demasiado pequeño}_{es demasiado pequeño}

puede considerarse igual a cero, de donde:: puede considerarse igual a cero, de donde::

( (

))

[ [

11 22

]]

1 1 2 2 V V 11 B B P P P P V V == ++ −− ...(Ec. 2.13)...(Ec. 2.13) Sigue... Sigue...

(30)

2-9 Continuación

Corrección de volumen de mer-curio por com-presibilidad y por expansión térmi-ca

Simplificación 2. Si la presión permanece constante (expansión térmica a isobárica) es decir, P 1 = P 2 = P , la Ec. 2.9 puede escribirse:

(

)

(

)

(

)

_      − + − = −       + = 1 2 2 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 1 1 1 v v P B B P B P B V V P B v v P B V V ...Ec. 2.14)

ya que B 1 B 2 es muy pequeño puede

conside-rarse igual a cero, de donde:

(

)

[

]

_      − − = 1 2 1 2 1 2 1 v v B B P V V ...(Ec. 2.15)

Aplicando la simplificación 1 (temperatura constante, generalmente la temperatura am-biente), a una bomba de mercurio, Ec. 2.13, donde V 1 es el volumen pesado y calculado a P a

T , correspondiente a determinado número de vueltas y V 2 es el volumen (a la misma

tempe-ratura) pero a la presión de calibración P 2:

(

₂

)

₁

(

) (

₂

)

2 T y P de calibr ación V T y P 1 B P

V = _a − ...

...(2.16)

donde:

P en esta ecuación es presión relativa (mano-métrica).

Para el uso de que cambie tanto la presión co-mo la temperatura, Ec. 2.9, la aplicación de esta ecuación a una bomba de mercurio, puede tener las siguientes simplificaciones:

Sea P 1 T 1 la presión y temperatura de

calibra-ción de la bomba. La constante de calibracalibra-ción de la bomba será:

(

)

vuelta 1 1T @ P cc. C = ...(Ec. 2.17) Sigue...

(31)

2-10 Continuación

Corrección de volumen de mer-curio por com-presibilidad y por expansión térmi-ca

Aplicando la Ec. 2.9, y tomando V 1 = n C , donde

n = número de vueltas correspondientes a V 1,

luego:

(

)

₂

(

₂ ₂

)

1 1 1 2 1 1 1 v B P v P B C n V _ −      + = _{...(Ec. 2.18)} Si se define:

(

)

F C F' V P B F = + = 1 1 1 1 ...(Ec. 2.19) luego;

(

₂ ₂

)

₂

(

₂ ₂

)

2 2 n C F V 1 B P n F' V 1 B P V = − = − ... ...(Ec. 2.20)

donde: V 2 = cc. @ P 2 y T 2 ya que tanto C como B 1

y V 1 varían con temperatura, es conveniente

preparar tablas de valores de F’ para las dife-rentes temperaturas que se encuentran en el laboratorio donde se va a trabajar con bomba y a la presión de calibración de la misma.

Celda PVT Es simplemente un recipiente de forma cilíndrica con válvulas en ambos extremos, que puede resistir altas presiones (para el caso de la del laboratorio, tiene una presión de trabajo de 6000 lpc). Su ca-pacidad varía aproximadamente entre 600 y 800 cc. La Fig. 11, parte inferior izquierda, muestra el esquema de una celda PVT. Para pro-pósitos de identificación, las válvulas de la celda se denominarán V 1 y

V 2. La válvula V 2 superior va unida a otro equipo, dependiendo de la

operación que se desee analizar.

La celda PVT va montada en un eje, tal como lo indica la Fig. 11, pa-ra balanceo. Es portátil y dupa-rante las mediciones, a tempepa-ratupa-ra dife-rente a la atmosférica, se coloca en un baño de aceite a temperatura constante.

(32)

2-11 Preparación de la

celda PVT

Si la celda está con mercurio u otro fluido, se dre-na en un recipiente (beaker). Se limpia con gasoli-na u otro fluido solvente. No se debe desprender (quitar) las válvulas para limpieza. El solvente se inyecta presionándolo con aire o succionando con vacío. Se agita la celda fuertemente. Es suficiente dos o tres lavadas con 100–200 cc. de solvente. Se drena todo el solvente y se seca circulando aire.

Determinación de la capacidad de la celda PVT

Esta determinación generalmente se hace a tempe-ratura ambiente. Además, la tempetempe-ratura de la bomba y de la celda deben ser iguales, con el fin de simplificar los cálculos.

Los siguientes pasos indican el procedimiento para la determinación de la capacidad de la celda PVT:

1. Se une la válvula V 1 de la celda a la válvula V L

de la bomba de mercurio por medio de un tubo de acero de 1/8”.

2. Se conecta la válvula V 2 a un sistema de vacío.

3. Se cierran las válvulas de la bomba (V L y V H) y

se abren las válvulas de la celda (V 1 y V 2). Se

obtiene un buen vacío.

4. Se cierra V 1 y V 2 y se registra la lectura de la

bomba a 5000 lpc.

5. Se abre V L y se llena el tubo entre V L y V 1 a

5000 lpc. Se cierra cuidadosamente V L y se

re-gistra la lectura de la bomba a 5000 lpc.

6. Se abre un poco V 1 (aproximadamente dos

vueltas) y luego se abre V L muy

cuidadosa-mente. Se llena la celda de mercurio a 5000 lpc. Debe tenerse presente que para llenar la celda se requiere alrededor de 7 a 8 llenadas de la bomba. Debe seguirse las instrucciones para llenar la bomba indicada anteriormente. Se cie-rra V 1 muy cuidadosamente manteniendo la

presión en 5000 lpc y se registra la lectura de la bomba, y la temperatura ambiente.

(33)

Análisis PVT Equipos de Laboratorio. Descripción y Calibración 2-12 Cambio en volu-men de la celda PVT con presión a temperatura ambiente

Este caso supone que la temperatura de la celda y de la bomba es la misma: la temperatura ambien-te.

Los siguientes pasos indican el procedimiento:

1. Con la celda de mercurio a 5000 lpc del proce-dimiento anterior (paso 6). Se abre cuidadosa-mente V L y V 1. Se ajusta exactamente la presión

a 5000 lpc. Se deja V 1 abierta y se mantiene

así. Se cierra V L y se registra la lectura de la

bomba a 5000 lpc.

2. Se abre V L lentamente y se disminuye la

pre-sión a 4000 lpc. Manteniendo 4000 lpc, se cie-rra lentamente V L y se registra la lectura de la

bomba a 5000 lpc.

3. Se repite el paso 2 para 3000, 2000, y 1000 lpc y luego a 2000, 3000, 4000 y 5000 lpc. Cambio en volu-men de la celda PVT con presión a temperatura di-ferencial a la del ambiente

En este caso se supone que la temperatura de la bomba de mercurio es la del ambiente y la celda PVT está sometida a determinada temperatura, generalmente una temperatura semejante a la del yacimiento. Los siguientes pasos indican el

proce-dimiento:

1. Teniendo la celda y después del paso 3 del pro-cedimiento anterior, se abre cuidadosamente V L

y V 1 y se disminuye la presión a 1000 lpc. Se

cierra cuidadosamente V L y se registra la

lectu-ra de la bomba 1000 lpc. Se abre de nuevo LP.

2. Se introduce con mucho cuidado la celda PVT en el baño de aceite y se indica su calenta-miento a la temperatura que se desee, teniendo cuidado de mover las palancas de la bomba en sentido contrario a las agujas del reloj, a medi-da que aumenta la temperatura con el fin de evitar aumentos considerables de la presión. Después que la temperatura del baño llegue a la temperatura deseada 8se toma 150 °F para la práctica), se ajusta la presión a 1000 lpc y cuando este valor no cambie durante 10–15 minutos, se considera equilibrio térmico en el sistema.

(34)

Equipos de Laboratorio. Descripción y Calibración Análisis PVT 2-13 Continuación Cambio en volu-men de la celda PVT con presión a temperatura di-ferencial a la del ambiente

3. Se cierra cuidadosamente V L teniendo cuidado

que no cambie la presión de 1000 lpc; se au-menta la presión de la bomba a 5000 lpc y se toma su lectura. Se disminuye la presión a 1000 lpc y se abre V L .

4. Se repite el paso 3 a 2000, 3000, 4000, y 5000 lpc y luego a 4000, 3000, 2000 y 1000 lpc. En cada paso, tener precaución de mantener constante la presión al cerrar V L , para luego

tomar la lectura de la bomba a 5000 lpc.

Resultados Con los datos de cambio de volumen de la celda con presión, tanto a temperatura ambiente como a otra temperatura, se construyen curvas isobáricas del cambio (aumento) del volumen de la celda. Graficar el cambio (aumento) del volumen de la celda. Graficar el cambio en volumen en la orde-nada, en cc., como función de temperatura, en °F en la abscisa.

Extrapolar los resultados a 60 °F y 0 lpc como cambio cero a 60 °F y 0 lpcm.

Separador de la-boratorio (Ruska)

Este es un instrumento diseñado para determinar la razón gas-petróleo y la merma de los fluidos del yacimiento por el método de separación instantánea.

Consiste en una cámara cilíndrica vertical que sirve tanto de separa-dor como de tanque, equipada con una válvula de aguja micrométrica de entrada y una válvula de drenaje. El volumen de la cámara es leí-do con un visor con una apreciación de 0.1 cc. puede leerse desde 3 cc. hasta 50 cc.

La cámara está conectada con un manómetro y dos reguladores de presión y una válvula de paso. Los reguladores de presión pueden ser utilizados independientemente para dos intervalos de presión de 0-150 y 0-500 lpc. La cámara se comunica con la atmósfera por medio de una válvula de paso. En el exterior de la cámara de separación y en el interior de una camisa de vidrio refractario existe un espacio anular a través del cual pasará un fluido generalmente agua, que nos dará el control de temperatura ambiente hasta 200 °F.

(35)

2-14 Continuación

Separador de la-boratorio (Ruska)

La muestra bien sea de fondo o recombinada es expandida desde una presión por encima del punto de burbujeo hasta una presión y tem-peratura controlada de la cámara. El gas liberado es medido con un medidor de gas, a condiciones atmosféricas, mientras que el volumen de líquido es leído en la cámara de separación. El líquido puede ser drenado para determinarle la densidad. En la Fig. 12 se presenta un separador de laboratorio.

(36)

2-15 Viscosímetro de

alta presión

El viscosímetro de alta presión tipo Humble es un instrumento del ti-po de bola rodante para medir la viscosidad de muestra de petróleo del yacimiento bajo varias condiciones de temperatura y presión.

El aparato consiste esencialmente de un barril cilíndrico removible, horadado exactamente en el centro con un diámetro interno de 1/4” y 8” de largo en el cual una bola de acero adecuada rueda a través

del petróleo con el barril inclinado un ángulo definido. La bola hace contacto al llegar al extremo del barril, con un electrodo aislado ce-rrando un circuito eléctrico el cual hace actuar un zumbador. La me-dida de la viscosidad consiste en la determinación del tiempo reque-rido para que la bola recorra la longitud del barril.

Los detalles de la construcción se muestra en la Fig. 13, el barril en el cual la bola rueda es hecho de acero inoxidable especialmente perforado, para un diámetro uniforme, exacto y pulido. Para condi-ciones de corrosión extrema un barril de monel (aleación de cobre y níquel) se puede usar. El barril ajusta dentro de un orificio perforado en un cilindro sólido de acero inoxidable. Posee un resorte que se comprime cuando el cilindro gira y ayuda a mantenerlo en la misma posición. El resorte evita que el barril llegue contra la base del orificio redondeado en el cilindro, mientras que unas ranuras longitudinales y estrechas en el barril, permiten al fluido fluir alrededor de él y a

través de la base.

Fig. 13 Viscosímetro tipo “Bola” rodante.

(37)

2-16 Continuación

La parte superior del hueco en el cilindro de acero está alargada para formar una celda ahusada que actúa como un yacimiento para el petróleo y proporciona un espacio para la agitación para garantizar un equilibrio entre el petróleo y gas. El ahusamiento permite a la bola rodar fácilmente del barril cuando el instrumento está inclinado un ángulo de 75°. El extremo superior de la celda está sellada por un pistón pulido.

El cierre está hecho con una empacadura de neopreno, de área más pequeña que la superficie inferior del pistón.

Un émbolo retraible con la superficie inferior se enrosca en la cabeza del cilindro de tal forma que es accesible y puede ser girado fácil-mente mientras el instrumento está sumergido en el baño de alta temperatura.

Mientras el viscosímetro está siendo cargado con petróleo o los flui-dos se están agitando para conseguir el equilibrio, el pistón se man-tiene parcial o totalmente retraído. Durante el curso de una prueba. Sin embargo, el pistón se enrosca al cilindro, sellando el extremo su-perior del barril y simultáneamente el extremo inferior del barril por presión de este contra una empacadura en el fondo.

Puesto que la presión es en todo momento igual dentro y fuera del barril rodante, el instrumento no tiene coeficiente de presión y el do-ble sello del barril impide los escapes durante una medida. El cilin-dro de acero se monta sobre muñones de tal forma que puede ser rotado a través de un ángulo de 330 grados aproximadamente. Las muñoneras están colocadas en placas de aluminio, las cuales están sostenidas a una tercera placa de aluminio equipada con cuatro tor-nillos elevadores. Las placas soportantes están colocadas cuidado-samente en forma perpendicular a la placa base, con los topes para-lelos a la base y de la misma altura, para permitir el uso de un nivel de burbujea ordinario cuando se quiera nivelar el instrumento entes de hacer una determinación de la viscosidad. El manejo de las placas hace al instrumento fácilmente portable. Las placas están equipadas con un pasador fijo, que consiste de una barra cilíndrica, el cual da al barril un ángulo de inclinación de aproximadamente 75° con la ho-rizontal, y dos pasadores movibles que dan ángulos de inclinación de aproximadamente 23° y 11°, permitiendo que el tiempo para rodar varíe en las razones de 4: 2 : 1 aproximadamente para una viscosi-dad viscosi-dad y un tamaño determinado del barril y la bola. Las variacio-nes adicionales del tiempo para rodar se obtuvo por el uso de barriles y bolas removibles de diferentes diámetros. Este tiempo usualme nte

oscila entre 20 y 60 segundos. Un barril de 0.258 pulgadas de diá-metro con bolas de 0.2495, 0.250, 0.2505, y 0.2510 pulgadas de diámetro son suficientes.

(38)

2-17 Continuación

El fondo del cilindro que encierra el barril se cierra por medio de una tuerca adaptada que lleva un electrodo. El electrodo consiste de un cable aislado que pasa a través de la tuerca adaptadora sellado por medio de un pequeño cono de baquelita comprimido dentro de un ci-lindro ahusado. La duración del electrodo es de aproximadamente un año de operación.

El aparato auxiliar consiste de un circuito zumbador que indica el instante del contacto de la bola con los electrones, un tubo Bourdon de acero calibrado para medir la presión, un distribuidor para admi-tir y sacar la muestra y un baño de agua o aceite con serpentines eléctricos, calentadores o termostato.

La determinación de la viscosidad puede hacerse fácilmente con unos 20 cc. de líquido. El sistema entero incluyendo el viscosímetro, el medidor de presión, el distribuidor y la conexión de acero de 1/8” re-quieren una carga aproximadamente de 80 cc. de petróleo saturado del subsuelo, esto es, menos del 20 % del contenido de una muestra usual del subsuelo.

Debido al pequeño espacio libre entre la bola rodante y el barril, se hace imprescindible una limpieza absoluta para una operación exito-sa. Después de cada medida el barril debe quitarse para lavarse con éter y pulirse con un trapo de seda y el cilindro y las líneas de cone- xión deben lavarse con éter y secarse.

El instrumento debe calibrarse antes de usarse y recalibrarse de tiempo en tiempo con una serie de fluidos tales como hexano, kero-sén, aceite liviano lubricante y mezcla de ellos. Las viscosidades de los fluidos de calibración se determinan con un instrumento Ubdel-hode calibrado por la U.S Bureau of Standard.

Como es prácticamente imposible proveerse de un instrumento Ub-delhode, pueden usarse tres viscosímetros Ostwald-Harris calibradas con rangos, en centistokes de 0.8–0.2, 1.8–4.0 y 4.0–15. Las densi-dades de los fluidos pueden hallarse con un picnómetro.

Se preparan así cartas de calibración para determinados tamaños del barril y la bola graficando la viscosidad absoluta de cada fluido, con-tra el producto del tiempo tardado por la bola en rodar y la diferencia de densidad entre el fluido y la bola.

(39)

(40)

Capítulo

3 Pruebas de Laboratorio

Liberación ins-tantánea

Esta prueba se realiza en una celda para altas presiones, con una muestra del fluido de yacimiento a la temperatura del yacimiento y a una presión mayor a la presión inicial del yacimiento. El volumen del sistema en la celda bajo estas condiciones es conocido. La presión en la celda se disminuye, incrementando así el espacio disponible para el fluido y el volumen va aumentando al retirar mercurio de la celda. En la Fig. 14 se encuentra un diagrama ilustrado de la prueba. La presión en la celda se disminuye en pequeños incrementos y se mide el cambio en volumen para cada presión resultante. Se continúa este procedimiento hasta observar un cambio brusco en la pendiente del gráfico de presión vs. volumen. Este cambio ocurre cuando el gas comienza a liberarse de la solución, y por lo tanto indica la presión de burbujeo del sistema (ver Fig. 14). Después que el gas comienza a liberarse el procedimiento es alterado, estableciendo el equilibrio del sistema luego de cada cambio en volumen. Para obtener el equilibrio se agita la muestras con movimiento de la celda. Luego de obtener el equilibrio se registra la presión resultante. Este procedimiento se continúa hasta que el volumen total de la celda es ocupado por gas y petróleo. Los datos resultantes son expresados como volúmenes rela-tivos totales y se utilizan para calcular el factor volumétrico del pe-tróleo de acuerdo al procedimiento que se presentará más adelante.

(41)

Análisis PVT Pruebas de Laboratorio

3-2

Continuación

Liberación ins-tantánea

La prueba de separación instantánea o de presión-volumen (PV ), co-mo también se le denomina, es realizada con una mezcla de hidro-carburos de composición definida. Como no se remueven fluidos de la celda durante la prueba, la composición total de la mezcla en la misma permanece constante durante toda la prueba.

V _T5 V _T4 V T 3 = V b V _T2 V P ₁ >> P _b P ₂ > P _b P ₃ = P _b P ₄ < P _b P ₅ < P ₄ < P _b (5)

Temperatura de la prueba = Temperatura del yacimiento

Fig. 14. Esquema representativo de una liberación instantánea.

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T1 Petróleo Petróleo _Petróleo

Petróleo Petróleo Gas Gas Hg _Hg Hg Hg Hg (1) (2) (3) (4)

(42)

Pruebas de Laboratorio Análisis PVT

3-3 Liberación

dife-rencial

Esta prueba comienza de la misma manera que la prueba de libera-ción instantánea. La muestra de fluido se coloca en una celda de alta presión, a una presión por encima del punto de burbujeo y a la tem-peratura del yacimiento. La presión se va disminuyendo en pequeños incrementos y se mide el cambio de volumen del sistema. La presión es disminuida hasta que exista gas libre en la celda. Luego, para pre-siones o incrementos en volumen predeterminados, se retira mercu-rio de la celda, se libera gas de la solución y la celda es agitada hasta lograr equilibrio entre el gas liberado y el petróleo remanente en la celda, La Fig. 15 muestra una representación esquemática de la prueba. V 3 < V 4 < V b V 2 < V b Gas P ₁ = P _b P ₂ < P _b P ₂ < P _b P ₂ < P _b P ₃ < P ₂ < P _b (1) (2) (3) (4) (5) V b Gas Después de Agitar Desplazando el Gas a Presión Constante Todo el Gas Desplazado Después de Agitar Salida del Gas

Fig. 15. Esquema representativo de una liberación diferencial.

Sigue...

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Petróleo Petróleo Petróleo Petróleo Petróleo Hg Hg Hg Hg Hg V 1 = V b V 3 = V 2 < V b V 4 = V 3 = V 2 < Gas