PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS FLUIDOS DE PRODUCCIÓN EN UN YACIMIENTO

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(1)

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS

FLUIDOS DE PRODUCCIÓN

Instructor :

LUIS HERNÁN

(2)

CONTENIDO

1. Generalidades.

• ¿Qué son los Hidrocarburos?

• Hidrocarburos en estado Gaseoso • Hidrocarburos en estado Líquido • Hidrocarburos en estado Sólido • Condiciones en el Yacimiento

(3)

CONTENIDO

2. Propiedades Físicas del Petróleo.

• Presión de Burbuja (Pb)

• Relación Gas en Solución – Petróleo (GOR)

• Relación Gas en Solución – Petróleo, @ P < Pb (Rs) • Factor Volumétrico del Petróleo (Bo)

• Compresibilidad del Petróleo (Co) • Viscosidad del Petróleo (o)

• Densidad del Petróleo (o)

• Gravedad Específica del Aceite (SGo) • Gravedad API (ºAPI)

(4)

3. Propiedades Físicas del Gas.

• Ecuación de Estado para Gases

• Factor de Desviación de los Gases (Z) • Factor Volumétrico del Gas (Bg)

• Densidad del Gas (g)

• Compresibilidad del Gas (Cg) • Viscosidad del Gas (g)

• Riqueza del Gas (GPM)

• Gravedad específica del gas (SGg)

(5)

4. Propiedades Físicas del Agua.

• Introducción

• Composición Química del Agua de Formación. • Relación Gas en Solución – Agua(Rsw)

• Factor Volumétrico del Agua (Bw) • Compresibilidad del Agua (Cw) • Viscosidad del Agua (w)

• Densidad del Agua (w)

• Tensión interfacial para sistemas agua-hidrocarburo (σwh) • Resistividad del agua de formación

(6)

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 Fórmula 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+

(7)

Como se mencionó anteriormente, los hidrocarburos pueden ser: Livianos

Son 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.

Intermedios

Se 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.

Pesados

Se 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.

(8)

METANO

Es 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.

HC en Estado Gaseoso

(9)

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

PETRÓLEO

Es 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

(10)

BITUMEN

Es 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.

Asfalto

HC en Estado Sólido

(11)

Condiciones en el Yacimiento

Presión

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:

Pb Bo GOR o Rs

SG ºAPI Viscosidad

(12)

• Presión de Burbuja (P

b

)

La presión en el punto burbuja, se designó por el símbolo Pb, y se define como la presión a la cual se forma la primera burbuja al pasar un sistema del estado líquido al estado de dos fases (gas y líquido), donde la fase líquida está en equilibrio con una cantidad infinitesimal de gas libre. Esta propiedad depende de otros

factores como la Relación Gas en Solución – Petróleo (GOR), gravedad específica del gas, temperatura del yacimiento, gravedad API de tanque; dicha propiedad se mide en Psia.

Propiedades Físicas del Petróleo

Pr

esi

ón

Temperatura

Presión de

Brubuja de rocío Presión

(13)

• Factor Volumétrico de Petróleo (B

o

)

Propiedades Físicas del Petróleo

STB Bl res estándar s condicione a petróleo . Vol yacimiento en disuelto gas petróleo . Vol Bo   

El 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).

(14)

• Factor Volumétrico de Petróleo (Bo) (cont.)

Propiedades Físicas del Petróleo

Bo

Presión Pb

Expansión del líquido Liberación del gas

en solución

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.

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

(15)

• Relación Gas en Solución – Petróleo (GOR), @

P ≥ P

b

La relación Gas en Solución – Petróleo o solubilidad del gas en el petróleo, se designa por el símbolo GOR y se define como el número de pies cúbicos estándar PCS de gas que pueden disolverse en un barril estándar BS de petróleo cuando ambos son llevados a las condiciones de presión y temperatura prevalecientes en el yacimiento - (PCSgas/Bspetróleo). Esta relación viene dada por;

Propiedades Físicas del Petróleo

estándar

s

condicione

a

petróleo

de

Volumen

estándar

s

condicione

a

yacimiento

del

T

y

P

a

disuelto

gas

de

Volumen

GOR

(16)

• Relación Gas en Solución – Petróleo (GOR

),

@

P ≥ P

b

(cont.)

Se dice que un crudo está saturado con gas natural cuando tiene en solución la máxima cantidad de gas que admite a esas condiciones de presión y temperatura, y en este caso al reducir un poco la presión ocurre liberación de gas.

La solubilidad del gas en un yacimiento de petróleo está limitado por las condiciones de presión y temperatura que allí existan y por supuesto la cantidad de gas disponible. Por esta razón se encuentran yacimientos con capa de gas inicial y yacimientos subsaturados.

(17)

Propiedades Físicas del Petróleo

RELACIÓN GAS EN SOLUCIÓN-PETRÓLEO vs PRESIÓN

0 200 400 600 800 1000 1200 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 PRESIÓN, Psia R s , P C S /B S Presión de burbuja Rs GOR

(18)

• Relación Gas en Solución-Petróleo (R

s

), @ P < P

b

Por debajo de la presión de burbuja el petróleo está saturado y una disminución de presión origina una liberación de gas, debido a que Rs disminuye.

Obsérvese que Rs aumenta con presión hasta llegar a la presión de burbuja, Pb, donde existe más gas disponible para entrar en solución con el petróleo y a apartir de esta presión el Rs permanece constante y es llamado GOR.

La solubilidad del gas en el petróleo depende de: P Rs T Rs

ºAPI Rs SGg Rs

(19)

• Compresibilidad del Petróleo (Co)

La compresibilidad o coeficiente isotérmico de compresibilidad de un fluido, Co (Psi-1), se define como el cambio fraccional

en volumen cuando la presión es cambiada a temperatura constante.

El volumen para un petróleo subsaturado (petróleo que está por encima de la presión de burbuja) disminuye a medida que la presión aumenta., esto quiere decir que la presión y el volumen son inversamente proporcionales, de ahí las unidades de la compresibilidad (Psi-1).

Propiedades Físicas del Petróleo

T oil oil oil

P

V

V

Co





1

(20)

• Densidad del petróleo (

o

)

Propiedades Físicas del Petróleo

Acero Masa = 5 lbm Volumen = 1galón Hielo Masa = 2 lbm Volumen = 4 galones

La densidad de una sustancia se define como su masa por unidad de volumen.

ρ=m/V

La unidad de medida en el S.I. de Unidades es kg/m3, también se utiliza

frecuentemente la unidad g/cm3, pero en la industria petrolera se suele

(21)

• Densidad del petróleo (

o

) (cont.)

Propiedades Físicas del Petróleo

En la caracterización de yacimientos de petróleo, hay que calcular la densidad del petróleo (o), a condiciones de yacimiento considerando la merma en volumen que sufre el petróleo al pasar de condiciones de yacimiento a condiciones de superficie.

El método más utilizado en la industria petrolera para estimar la densidad del petróleo a condiciones estándar está basada en los principios de la solución ideal.

Una solución ideal es una mezcla líquida hipotética, donde el volumen es la suma de los volúmenes de los componentes líquidos que participan en la mezcla y no hay merma o expansión cuando estos son mezclados.

El conocimiento de la densidad del crudo es importante en operaciones de transporte por tubería.

(22)

• Viscosidad del petróleo (

o

)

Propiedades Físicas del Petróleo

v isco si d ad Presión Pb  disminuye con Presión  aumenta con la disminución Presión

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

(23)

• Viscosidad del petróleo (

o

) (cont.)

Propiedades Físicas del Petróleo

Líquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras.

En general, la viscosidad de un fluido es una medida de la fricción interna o resistencia que ofrecen sus moléculas a fluir. En el petróleo se deben distinguir dos tipos de viscosidad:

Viscosidad de un petróleo sin gas en solución

Se trata de un petróleo libre de gas o también conocido como “petróleo muerto”.

Viscosidad de un petróleo con Rs

Se trata de la viscosidad de un petróleo a determinada presión y temperatura llevando consigo la cantidad de gas (Rs) que puede disolverse a esas condiciones.

(24)

• Viscosidad del petróleo (

o

) (cont.)

Propiedades Físicas del Petróleo

Se pueden definir dos tipos de viscosidad en la industria petrolera: dinámica o absoluta y cinemática; las cuales dependen de varios factores, entre los que se encuentran la temperatura y la presión. Debido a ello, estas propiedades se deben tener muy en cuenta a la hora de realizar cualquier estudio reológico.

• Viscosidad Dinámica o absoluta • Viscosidad Cinemática

(25)

• Viscosidad del petróleo (

o

) (cont.)

Viscosidad Absoluta (Cp): Representa la viscosidad dinámica del líquido y es medida por el tiempo en que tarda en fluir a través de un tubo capilar a una determinada temperatura. Sus unidades son el poise o centipoise (gr/(seg*cm)), siendo muy utilizada en la industria petrolera.

Viscosidad Cinemática (stk): Representa la característica propia del líquido desechando las fuerzas que genera su movimiento, obteniéndose a través del cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del fluido estudiado. Su unidad es el stoke o centistoke (seg/cm2). Donde la

densidad del fluido debe estar en unidades de gr/cm3.

Propiedades Físicas del Petróleo

fluido absoluta

cinematica

(26)

• Gravedad Específica del aceite (SG

oil

)

Se suele designar como SG y se define como la relación de la densidad del fluido entre la densidad del fluido base, para líquidos como el petróleo, el fluido base es el agua.

Normalmente esa temperatura es 4 ºC (39.2 ºF), ya que a esta temperatura la densidad del agua es 1 g/cm3 (62.43 lb/ft3),

pero para los fluidos producidos en un pozo se debe hacer la corrección de esta propiedad por temperatura, llevándola a la temperatura estándar petrolera (60 ºF).

Propiedades Físicas del Petróleo

43

.

62

fluido base fluido fluido

SG

(27)

• Gravedad API del aceite (ºAPI

oil

)

Una clasificación de la calidad de los crudos se fundamenta en su densidad relativa, la cual se mide según sean más livianos o más pesados que el agua. La mayoría de los crudos tienen densidades menores de 1 g/cm3, es decir que son menos

densos que el agua, por tal razón los encontramos en los yacimientos por encima del acuífero asociado al yacimiento.

Mientras más liviano es un crudo, mejor es su calidad y mayor es su precio. En la industria petrolera es muy común expresar la densidad relativa de un crudo o su gravedad específica en grados API o °API, unidad creada por el "American Petroleum Institute". En esta escala, cuanto más ligero es un petróleo, mayor es su gravedad API y cuanto más pesado es el crudo, menor será su gravedad API.

(28)

COMPORTAMIENTO DE LA VISCOSIDAD Y ºAPI CON RESPECTO AL PRECIO DEL PETRÓLEO 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ºAP I 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 V is c o s id a d ( C p )

(29)

• Gravedad API del aceite (ºAPI

oil

) (cont.)

La ecuación para calcular la gravedad API de un crudo a condiciones de operación, teniendo en cuenta la gravedad específica del mismo es:

Es de aclarar, que si bien la gravedad API no indica una medida del precio del crudo, si puede dar un estimativo de la calidad de este y de forma indirecta relacionarlo con el crudo de referencia.

Propiedades Físicas del Petróleo

5

.

131

5

.

141

º

SG

API

(30)

• Gravedad API del aceite (ºAPI

oil

) (cont.)

Propiedades Físicas del Petróleo

TIPO DE CRUDO

ºAPI

Condensado

a partir de 42

Liviano

más de 30

Mediano

de 22,0 hasta 29,9

Pesado

de 10,0 hasta 21,9

Extrapesado

hasta 9,9

Bitumen

promedio 8,2

(31)
(32)

3. Propiedades Físicas del Gas.

• Ecuación de Estado para Gases

• Factor de Desviación de los Gases (Z) • Factor Volumétrico del Gas (Bg)

• Densidad del Gas (g)

• Compresibilidad del Gas (Cg) • Viscosidad del Gas (g)

• Riqueza del Gas (GPM)

• Gravedad específica del gas (SGg)

(33)

• Ecuación de Estado para Gases

Inicialmente, aplicando la teoría cinética de los gases y las leyes de Boyle y Charles (o Gay Lussac), se obtuvo una primera ecuación de estado para los gases, la cual trae incluida algunas suposiciones. La ecuación así obtenida se conoce como ecuación de estado para un

gas ideal y tiene la siguiente forma:

Donde:

P = Presión absoluta a la que se encuentra el gas, Psia. V = Volumen que ocupa el gas, ft3.

n = Cantidad de gas en moles, lb-mol. R = Constante universal de los gases.

T = Temperatura absoluta a la cual se encuentra el gas.

Propiedades Físicas del Gas

nRT

PV

(34)
(35)

• Ecuación de Estado para Gases (cont.)

Propiedades Físicas del Gas

La ecuación anterior se aplica a cualquier gas cuando se encuentra a presiones bajas (< 50 Psia) y temperatura moderadamente bajas, donde se puede considerar como gas ideal.

Cuando el gas se encuentra a temperaturas y presiones altas no se puede utilizar la ecuación de los gases ideales, porque a estas condiciones un gas no se puede

considerar como ideal. Banco de Pruebas para determinación de propiedades de los gases

(36)

Propiedades Físicas del Gas

P V T n R

atm cm3 ºK(273.16+ºC) gr-mol 82.057

atm Litros ºK(273.16+ºC) gr-mol 0.082057 atm ft3 ºR(460+ºF) lb-mol 0.73024

Psia pulg3 ºR(460+ºF) lb-mol 18510.0

Psia ft3 ºR(460+ºF) lb-mol 10.732

Tabla 2. Valores de la constante general de los gases para diferentes unidades de P, V, T.

R, se conoce como la constante universal de los gases y su valor,

para el uso en la industria petrolera se utiliza:

R

mol

lb

ft

Psia

R

*

732

.

10

3

(37)

• Factor de Desviación de los gases, Z

La forma general de la ecuación de estado para los gases reales, como el gas natural o gas asociado a yacimientos de petróleo, es la siguiente:

La ecuación general de los gases reales, es aplicable no solo a gases reales sino también a gases ideales con la diferencia que aparece la variable “Z”, conocida como Factor de Desviación del

Gas y cuando se aplica a presiones y temperaturas

moderadamente bajas (gas ideal), Z se considera igual a la unidad (Z=1).

Propiedades Físicas del Gas

ZnRT

PV

(38)

• Factor de Desviación de los gases, Z

El factor Z , es un factor introducido para hacer una corrección a la ecuación general de los gases ideales. Este factor se puede obtener experimentalmente dividiendo el volumen real de n moles de un gas a presión, P, y temperatura T, por el volumen ideal ocupado por la misma masa de gas a iguales condiciones de P y T. esto es:

Este factor puede ser mayor o menor a la unidad, dependiendo de la presión y temperatura del sistema. Así, para una temperatura constante y presiones cercanas a la atmosférica, el valor de Z es aproximadamente unitario.

Propiedades Físicas del Gas

T y P @ gas de moles n de ideal Volumen T y P @ gas de moles n de real Volumen  Z

(39)

• Factor Volumétrico del Gas, B

g

El factor volumétrico del gas, designado por el símbolo Bg, se define como el volumen en barriles (ó pies cúbicos) que un pie cúbico normal de gas ocupará como gas libre en el yacimiento a las condiciones de presión y temperatura prevalecientes, (Bygas/PCSgas).

También puede definirse como el cambio de volumen que experimenta la fase gaseosa al pasar de las condiciones de yacimiento a las condiciones de superficie como consecuencia de la expansión del gas. Para un gas real, esta relación viene dada por,

Propiedades Físicas del Gas

PCS PCY Bg estándar s condicione @ gas de moles n de Volumen T y P @ gas de moles n de Volumen 

(40)

• Densidad del Gas,

g

(lb/ft

3

) (cont.)

La densidad del gas se puede definir como la cantidad de gas (masa) que se tendría por cada unidad de volumen del mismo, pero retomando el concepto de factor volumétrico del gas (Bg), se debe tener en cuenta la expansión o liberación de gas, por efecto de la disminución de presión al pasar el fluido de yacimiento hasta superficie.

De este modo, la densidad del gas,

g, puede determinarse aplicando la ley general de los gases reales, teniendo finalmente que la densidad en función del peso molecular es:

Propiedades Físicas del Gas

T

R

Z

MW

P

g

*

*

*

(41)

• Densidad del Gas,

g

(lb/ft

3

) (cont.)

Donde:

= Densidad del Gas, lbm/ft3

P = Presión Absoluta, Psia

T = Temperatura Absoluta, ºR

MW = Peso Molecular del Gas, lb-m/lbmol Z = Factor de Compresibilidad del Gas R = Constante Universal de los Gases, 10.732 (Psia-ft3)/(lbmol-ºR)

Propiedades Físicas del Gas

T

R

Z

MW

P

g

*

*

*

g

(42)

• Densidad del Gas,

g

(lb/ft

3

) (cont.)

Otra forma de expresar g, es considerando la ley de la conservación de la masa para una cantidad dada de gas, lo cual indica que el cambio en densidad de condiciones de yacimiento a condiciones de superficie o estándar , está dado por el cambio de volumen, puesto que la masa permanece constante, es decir que el volumen está dado por el factor volumétrico del gas, Bg y en forma indirecta también la densidad del gas, para lo cual se tiene:

Propiedades Físicas del Gas

g CS g g

B

*

6146

.

5

,

(43)

• Densidad del Gas,

g

(lb/ft

3

) (cont.)

Donde, el Bg es el factor volumétrico del gas (BY/PCS) a la presión y temperatura a la cual g(lb/ft3) es deseada. La densidad del

gas a condiciones estándar, g,CS, está dada por;

Donde la densidad a condiciones de superficie, g,CS está dado en lbm/ft3 a condiciones de superficie, ya que a estas condiciones

es que es vital determinar dicha propiedad para de este modo conocer la calidad de dicho gas producido.

Propiedades Físicas del Gas

g CS

g

(44)

• Compresibilidad del Gas, C

g

La compresibilidad isotérmica del gas, al igual que la del líquido, se define como el cambio fraccional en volumen cuando la presión es cambiada a temperatura constante.

Además, el término compresibilidad de un gas o Cg, no debe confundirse con el término factor de compresibilidad del gas o factor Z, como comúnmente se le denomina al factor de desviación de los gases.

La compresibilidad del gas es determinada en unidades de Psi-1, ya que esta propiedad es

inversamente proporcional al, cambio de presión siempre y cuando la temperatura del sistema se mantenga constante o estable.

Propiedades Físicas del Gas

La compresibilidad de los gases es mucho mayor que la compresibilidad de los líquidos.

P

P

Líquido

(45)

• Viscosidad del Gas, µ

g

Aunque no es un concepto que se maneje con tanta frecuencia como la viscosidad de un líquido, en algunos casos es necesario conocer la viscosidad del gas, por ejemplo para aplicar la Ley de Darcy al flujo de gas en un medio poroso, calcular la relación gas-petróleo instantánea, etc.

De todos modos, la viscosidad de un gas es bastante menor que la de un petróleo, pues mientras la de este es normalmente de varios centipoises, Cp, en el caso del gas es de sólo centésimas de centipoises.

(46)

• Riqueza del Gas (GPM)

También se conoce como “contenido de hidrocarburos

licuables de un gas” y se define como el número de galones

de líquido que pueden obtenerse de 1000 ft

3

estándar de

gas procesado (MPCS). Se expresa generalmente por el

símbolo GPM.

En el cálculo de GPM se debe conocer el número de pies

cúbicos estándar de un componente dado en estado

gaseoso, requeridos para producir un galón de líquido. Este

factor se determina fácilmente a partir de la densidad

líquida y el peso molecular de cada componente puro.

(47)

• Gravedad Específica del Gas (

g

)

La Gravedad Específica, como ya se trató anteriormente es la

relación entre la densidad másica de la mezcla (sistema de

gas) y la densidad másica del aire que es la sustancia de

referencia para este tipo de fluidos a condiciones estándar

de presión y temperatura (14.7 psi y 60 ºF) y asumiendo

comportamiento ideal del gas y del aire se tiene:

Propiedades Físicas del Gas

9625

.

28

fluido base fluido fluido

M

M

M

SG

(48)
(49)

4. Propiedades Físicas del Agua.

• Introducción

• Composición Química del Agua de Formación. • Relación Gas en Solución – Agua(Rsw)

• Factor Volumétrico del Agua (Bw) • Compresibilidad del Agua (Cw) • Viscosidad del Agua (w)

• Densidad del Agua (w)

• Tensión interfacial para sistemas agua-hidrocarburo (σwh) • Resistividad del agua de formación

(50)

• Introducción

Desde el punto de vista del

agotamiento del yacimiento, la

cantidad de agua conectada con

un yacimiento es tan importante

como las propiedades de la misma.

Desde el punto de vista de

producción, la movilidad del agua

es

importante

y

requiere

determinar su punto de saturación,

viscosidad,

relación

gas

en

solución-agua, factor volumétrico,

densidad y tensión interfacial.

Propiedades Físicas del Agua

El conocimiento de las propiedades físicas del agua de formación es de vital importancia para estimar las condiciones de almacenamiento y transporte del crudo

(51)

• Composición química de las aguas de formación

Todas las aguas de yacimiento, debido a que han estado en contacto con los minerales de las rocas, contienen sales disueltas, además de tener dichas propiedades debido al ambiente de depositación de la mayoría de los yacimientos de petróleo.

Los cationes disueltos en agua de campos petroleros son: Sodio (Na+) Calcio (Ca++) Magnesio (Mg++)

Hierro (Fe++) Potasio (K+) Bario (B++) Litio (Li+)

Los aniones disueltos son:

Cloro (Cl-) Bicarbonato (HCO

3-) Sulfato (SO4=)

Carbonato (CO3=) Nitrato (NO

3-) Bromo (Br-)

Borato (BO3=) Azufre (S=)

(52)

• Composición química de las aguas de formación

(cont.)

Los análisis cuantitativos de las aguas de formación, se presentan de diferentes formas. Deben expresar tanto la concentración total, como la concentración de cada uno de los iones presentes en la solución. Los valores se expresan frecuentemente en:

 Miligramos de sólido/litro de salmuera, (mg/l)  Partes por millón, ppm

Partes por millón, se refiere a gramos de sólido por millón de gramos de salmuera.

Propiedades Físicas del Agua

 

l

mg

ppm

ws

Donde:

= Densidad de la salmuera a condiciones estándar.

ws

(53)

• Relación Gas en Solución-Agua (R

sw

)

Propiedades Físicas del Agua

La relación gas en solución-agua ó solubilidad del gas natural en agua, se designa por símbolo, Rsw, y se expresa generalmente en PCS de gas por BS de agua, (PCSgas/Bsagua)

La solubilidad del gas natural en el agua es pequeña, comparada con la solubilidad en un crudo a la misma presión y temperatura

.

(54)

• Factor Volumétrico del Agua (B

w

)

Propiedades Físicas del Agua

En forma similar al petróleo, se define como el volumen que ocupa en el yacimiento la unidad volumétrica de agua a condiciones estándar más su gas en solución, Rsw.

Se expresa generalmente en BY/ BS. El valor de Bw depende lógicamente de la temperatura y presión, así como también de la salinidad del agua que afecta la solubilidad.

Condiciones de yacimiento Condiciones de superficie

(55)

• Factor Volumétrico del Agua (B

w

) (cont.)

Propiedades Físicas del Agua

La variación de B

w

con

presión es diferente a la del

petróleo, o sea que aumenta

con disminución de presión.

Cuando la presión inicial del

yacimiento es reducida hasta

la presión de burbuja, el

factor volumétrico del agua

aumenta

debido

a

la

(56)

• Compresibilidad del Agua (C

w

)

Propiedades Físicas del Agua

La compresibilidad del agua, Cw (psi-1), se

define de manera similar a la compresibilidad del petróleo, es decir como como la variación fraccional en volumen cuando la presión es cambiada a temperatura constante.

Esta propiedad es afectada por presión, temperatura y solubilidad del gas en el agua, la cual a su vez es afectada por la salinidad. Así, un aumento en presión, causa una reducción en la compresibilidad, mientras que un aumento en temperatura produce un aumento en esta propiedad.

(57)

• Viscosidad del Agua (

w

)

Propiedades Físicas del Agua

Pocos trabajos han sido publicados sobre la viscosidad del agua pura y de formación , sin embargo, puede decirse que la viscosidad disminuye con la temperatura. Por ejemplo, a 32 „F tiene un valor de 1.79 Cp y a 321 „F tiene un valor de 0.174 Cp.

Un aumento en la presión a igual temperatura aumenta la viscosidad del agua. Por ejemplo, a 86 „F, la viscosidad cambia de 0.871 Cp a 0.921 Cp, para un aumento de 14.2 psia a 14.7 psia.

Por otra parte, un aumento en la concentración de sólidos (salinidad) aumenta la viscosidad del agua. El efecto de los gases disueltos en el agua a condiciones de yacimiento, podría reducir la viscosidad, sin embrago, aún no se ha publicado información al respecto.

Muchas veces se comete el error de pensar que el agua no tiene viscosidad debido alos valores tan pequeños de esta

(58)

• Densidad del Agua (

w

)

Propiedades Físicas del Agua

A veces es necesario hacer cálculos donde se requiere la densidad del agua de formación. Esta propiedad puede ser determinada dividiendo la densidad del agua a condiciones estándar, wst (lb/PC), por el factor volumétrico del agua, Bw, a condiciones de yacimiento. Esto es:

Este cálculo es estrictamente correcto si la salmuera está saturada con gas natural a las condiciones de yacimiento.

w wst w

B

(59)

• Tensión

interfacial

para

sistemas

agua-hidrocarburo, (σ

wh

)

Propiedades Físicas del Agua

La tensión interfacial puede definirse como la fuerza que actúa sobre la frontera existente entre la fase agua y la fase hidrocarburo, la cual se encarga de no permitir la miscibilidad entre los dos fluidos.

La variación de la tensión interfacial para

sistemas agua-hidrocarburo es

aproximadamente de 72 dinas/cm para sistemas salmuera-gas a condiciones de superficie y de 20 a 30 dinas/cm salmuera-petróleo de tanque a condiciones de superficie.

(60)

• Resistividad del agua de formación

Propiedades Físicas del Agua

Para la interpretación de perfiles eléctricos se requiere un conocimiento fidedigno de las resistividades de las aguas de formación.

Las aguas de formación conducen electricidad debido a las sales ionizadas que contienen en solución, debido a esta electricidad se puede determinar si una roca está saturada con fluidos resistivos o conductivos, y de este modo determinar zonas saturadas con hidrocarburos o agua.

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(62)
(63)

Entre más grandes sean

las dificultades, más

grande será la Gloria.

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