Propiedades Del Petroleo, Gas y Agua

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Facultad de Ingeniería en Geología y Petróleos Ingeniería en Petróleos Simulación de Yacimientos Propiedades del Petróleo, Gas y Agua Andrés Sánchez Rosas

Quito –Ecuador 1.Propiedades del Petróleo, Gas y Agua

2.Abstract El petróleo es la fuente de energía más relevante que acontece en la sociedad actual, ya que se lo utiliza con sus derivados en muchos usos cotidianos y si nos ponemos a pensar qué pasaría si se acabara repentinamente, enseguida nos daríamos cuenta de la dimensión de la catástrofe: los aviones, los automóviles y autobuses, gran parte de los ferrocarriles, los barcos, las máquinas de guerra, centrales térmicas, muchas calefacciones dejarían de funcionar; además de que los países dependientes del petróleo para sus economías se hundirían, es importante recalcar que no se está explotando este recurso en su totalidad porque es mucho el que se pierde, entonces para ello sus derivados más importantes se obtienen de la separación y previamente su extracción y explotación, por eso es importante conocer las definiciones de gas natural, petróleo y agua en sus relaciones, orígenes, reservas, yacimientos, productos derivados composiciones y más. El petróleo no es una sustancia pura es una mezcla heterogénea de origen orgánico que contiene hidrocarburos (elementos de carbono e hidrogeno) importantes para el mundo y que en su mayoría se encuentra en partes de extractos de hidrocarburos alrededor del mundo por sus tiempos geológicos que se depositaron para formar este recurso además contamos con el gas natural cuyo cálculo de sus propiedades físicas y sus condensados representa la base para la elaboración de los proyectos técnicos. Estas propiedades se pueden calcular a un nivel riguroso por medios computarizados o por medio de fórmulas, correlaciones, graficas o cartas con un nivel de aproximación aceptable. De todas formas se recomienda el uso de métodos manuales cuando no hay disponibilidad de medios computarizados. El gas natural es un combustible que se obtiene de rocas porosas del interior de la corteza terrestre y se encuentra mezclado con el petróleo crudo cerca de los yacimientos.

3.Recursos Introducción Origen del Petróleo Básicamente se manejan dos hipótesis acerca del origen de Petróleo:  Hipótesis inorgánica: Esta hipótesis se basa en que el petróleo se habría originado a partir de la acción del agua sobre acetiluos metálicos con la producción de metano y acetileno en donde la presión y la temperatura originaron luego otras reacciones y polimerizaciones formando a los otros componentes del petróleo que con el tiempo esta teoría fue perdiendo fuerza ya que algunos hallazgos geológicos en algunos yacimientos demostraron la existencia de restos fósiles animales y vegetales.  Hipótesis Orgánica: vegetal de Kramer y orgánica – animal de Engler: Según estas teorías el petróleo se formó por descomposición lenta de grandes depósitos de algas marinas (hipótesis vegetal) o de restos de animales (hipótesis animal) ayudada por el calor y una gran presión. También habrían tenido gran actividad algunas bacterias anaerobias. Estas teorías están apoyadas firmemente en la obtención de hidrocarburos a partir de celulosa y del aceite de diversos peces. En muchos yacimientos petrolíferos hay animales marinos microscópicos y vegetales. Este hecho hace que se acepte el origen mixto del petróleo, tanto animal como vegetal. Composición y propiedades del Petróleo. La composición química varía con la procedencia. Pero se los clasifica según el tipo de hidrocarburo que predomine.   

Petróleo a base de parafina (fluidos) Petróleo a base asfáltica (viscosos) Petróleo a base mixta.

. Propiedades del Petróleo: Como propiedades físicas podemos mencionar que es un líquido oscuro, y algo fluorescente con tonos verdes y azulados. Su olor no es muy agradable por la presencia de compuestos sulfurados y nitrogenados. Tienen una densidad menor a la del agua con valores que pueden oscilar entre 0,615 y 0,994 grs/cm3. Los únicos que pueden superar el valor 1 del agua son aquellos del tipo asfáltico. Son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos como el éter, benceno, cloroformo. Como propiedades químicas podemos decir que arde son el suministro de calor. Tiene un poder calórico de 11000 Kcal/Kg. Es decir, es el calor que libera cuando un kilo de este combustiona en forma completa.

Gas Natural  

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El gas natural es un combustible que se obtiene de rocas porosas del interior de la corteza terrestre y se encuentra mezclado con el petróleo crudo cerca de los yacimientos. Como se trata de un gas, puede encontrarse sólo en yacimientos separados. La manera más común en que se encuentra este combustible es atrapado entre el petróleo y una capa rocosa impermeable. En condiciones de alta presión se mezcla o disuelve aceite crudo. El gas natural arrastra desde los yacimientos componentes indeseables como son: el ácido sulfhídrico (H2S), bióxido de carbono (CO2) y agua en fase gaseosa, por lo que se dice que el gas que se recibe es un gas húmedo, amargo e hidratado; amargo por los componentes ácidos que contiene, húmedo por la presencia de hidrocarburos líquidos e hidratado por la presencia de agua que arrastra desde los yacimientos. Existen diversas denominaciones que se le al gas natural y por lo general se asocia a los compuestos que forman parte de su composición. Por ejemplo cuando en el gas natural hay H2S a nivel por encima de 4 ppm por cada pie cúbico de gas se dice que es un gas “amargo” y cuando la composición desciende a menos de 4 ppm se dice que es un gas “dulce”.

Propiedades del Gas Natural

• Proviene de la naturaleza y puede consumirse tal como se presenta. • No tiene olor. Antes de ser distribuido, se lo odoriza con un producto llamado mercaptano, que sirve para detectar pérdidas por medio del olor. • Respeta el medio ambiente, ya que se transporta en tuberías subterráneas. • Es limpio en su combustión, produce una llama de color azul y quema sin generar cenizas ni humo. El gas es un hidrocarburo que se formó en las entrañas de la Tierra hace millones de años. Es producto de la descomposición de animales y vegetales que quedaron atrapados entre capas de roca, a muchos metros de profundidad, lejos del aire y la luz. El gas natural está compuesto en un 90-95% por metano y, en menor proporción, por otros gases, como nitrógeno y helio.

4. Resolución Para entender y predecir el comportamiento de yacimientos de petróleo y de gas como una función de presión, el conocimiento de las propiedades físicas de los fluidos del yacimiento debe ser conocido. Estas propiedades, por lo general son determinadas por experimentos de laboratorio realizados sobre las muestras de fluidos obtenidas de pozos. En ausencia de estas propiedades experimentales, el trabajo de caracterización y estudio de yacimientos sería muy difícil. 1.- Peso molecular del gas (PMg): Es la unión de la de los pesos moleculares de cada elemento que conforman el gas natural. Las unidades del peso molecular son: Kgr/Kmol ó Lb/lbmol.

2.- Gravedad específica (GE): Es la relación de la densidad de una sustancia a la densidad de una sustancia de referencia. Para efectuar la relación entre

ambas sustancias, es necesario que ambas se encuentren a la misma presión y temperatura. 3.- Densidad del gas: Es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia en estudio. En el caso del gas natural se puede demostrar que la densidad del mismo será:

4.- Viscosidad del gas (ug): Es la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad del esfuerzo cortante, que se aplica a una porción de fluido para que adquiera movimiento (viscosidad dinámica). La viscosidad de los gases tendrá el siguiente comportamiento: - A bajas presiones (menor a 1500 lpc), un aumento de la temperatura aumentará la viscosidad del gas. - A altas presiones (mayor a 1500 lpc), un aumento de la temperatura disminuye la viscosidad. - A cualquier temperatura, si se aumenta la presión la viscosidad aumenta. - La viscosidad será mayor, a medida que el gas posea componentes más pesados. 5.- Factor de compresibilidad del gas (Z): Es un factor de corrección introducido en la ecuación general de los gases y será obtenido experimentalmente dividiendo el volumen real de n moles de un gas a presión y temperatura, por el volumen ideal ocupado por la misma masa de gas a iguales condiciones de presión y temperatura. La ecuación a usar será de los gases ideales pero con el factor Z como corrección:

P.V = Z. n. R. T

Con las propiedades pseudo críticas hallamos las pseudo reducidas y con éstas el valor de Z de la gráfica. Ahora de se puede por la

vamos a corregir por la presencia de sulfuro hidrógeno y dióxido de carbono. El error E, determinar gráficamente o analíticamente ecuación suministrada.

C on las correcciones ya hechas, volvemos al cálculo de las propiedades pseudo reducidas y hallamos Z de la gráfica.

6.- Factor volumétrico de formación del gas (Bg): Es un factor que relaciona el volumen de gas en el yacimiento a presión y temperatura con el volumen de la misma masa de gas en superficie a condiciones normales presión de 14,7 lpc y 60 °F.

7.- Volumen específico (v):

Es definido como el volumen ocupado por una masa de gas, es decir, el volumen dividido entre la masa. Para gas ideal es el inverso de la densidad.

8.- Compresibilidad isotérmica del gas (Cg): La variación de la compresibilidad de un fluido con la presión y temperatura es de gran importancia para los cálculos de ingeniería de yacimientos. Para una fase liquida, la compresibilidad es pequeña y se asume en ocasiones constante, pero para los gases no sucede lo mismo. La compresibilidad isotérmica del gas es el cambio en el volumen por unidad de cambio de presión. Para gas ideal, Z=1 constante, y la compresibilidad es Cg= 1/P

Determinación de las propiedades del Petróleo El Petróleo y sus Propiedades Fisicoquímico:  Densidad: Los crudos pueden pesar menos que el agua (liviana y mediana) o tanto o más que el agua (pesada y extra pesada). De allí que la densidad pueda tener un valor de 0,75 a 1,1. Estos dos rangos equivalen a 57,2 y -3 ºAPI.  La densidad, la gravedad especifica o los grados API (API es la abreviatura de American Petroleum Institute). Denota la relación correspondiente de peso específico y de fluidez de los crudos con respecto al agua.  Índice de refracción: Medido con un refractómetro, los hidrocarburos acusan valores de 1,39 a 1,49. Se define

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como la relación de la velocidad de la luz al pasar de uno a otro cuerpo. Coeficiente de expansión: Varía entre 0,00036 y 0,00096. Temperatura ºC por volumen. Punto de ebullición: No es constante, Debido a sus constituyentes varía algo menos que la temperatura atmosférica hasta la temperatura igual o por encima de 300 ºC. Punto de congelación: Varía desde 15,5 ºC hasta la temperatura de -45 ºC. Depende de las propiedades y características de cada crudo o derivado. Este factor es de importancia al considerar el transporte de los hidrocarburos y las estaciones, principalmente el invierno y las tierras gélidas. Punto de deflagración: Varía desde -12 ºC hasta 110 ºC. Reacción vigorosa que produce calor acompañado de llamas y/o chispas. Punto de quema: Varía desde 2 ºC hasta 155 ºC. Poder calorífico: Puede ser entre 8.500 a 11.350 calorías/gramo. Entre BTU/libra puede ser de 15.350 a 22.000. (BTU es la unidad térmica británica). Calor específico: Varía entre 0,40 y 0,52. El promedio de la mayoría de los crudos es de 0,45. Es la relación de cantidad decalor requerida para elevar su temperatura un grado respecto a la requerida para elevar un grado la temperatura de igual volumen o masa de agua. Calor latente de vaporización: Para la mayoría de los hidrocarburos parafínicos y metilenos acusa entre 70 a 90 kilocalorías/kilogramo ó 130 a 160 BTU/libra. Viscosidad: La viscosidad es una de las características más importantes de los hidrocarburos en los aspectos operacionales de producción, transporte, refinación y petroquímica. La viscosidad, que indica la resistencia que opone el crudo al flujo interno, se obtiene por varios métodos y se le designa por varios valores de medición. El poise o centipoise (0,01 poise) se define como la fuerza requerida en dinas para mover un plano de un centímetro cuadrado de área, sobre otro de igual área y separado un centímetro de distancia entre sí y con el espacio relleno del líquido investigado, para obtener un desplazamiento de un centímetro en un segundo.

5.Nomenclatura µo: Viscosidad del petróleo. µw: Viscosidad del agua. API: American Petroleum Institute. BAPD: Barriles de agua por día BF: Barriles fiscales.

Bls: Barriles. Bo: Factor volumétrico de petróleo. BPD: Barriles por día. BPPD: Barriles de petróleo por día. BSW: Basic Sediments and water. BT: Arena Basal Tena. Bw: Factor volumétrico del agua. CALI:Caliper. DT: Sonic Porosity. FR: Factor de recobro. GR: Gamma ray. Ho: Espesor de petróleo. HS: Hollín Superior. K: Permeabilidad. LLD: Dual lateral log. LLS: Superficial lateral log. MINV: Microinverso. MMBN: Millones de barriles normales. MMBP: Millones de barriles por día. MNOR: Micronormal. MSFL: Microesferical log. NPHI: Neutron-Porosity. Ø: Porosidad. PEF: Factor fotoeléctrico. Pi: Presión inicial. POES: Petróleo original en sitio. PPM:Partes por millón. PVT: Presión, volumen y temperatura. RHOB: Density porosity. Rw: Resistividad del agua. Sg: Saturación de gas. So: Saturación de petróleo. SP: Potencial Espontáneo. Sw: Saturación de agua. Vsh: Volumen de arcilla.

6. Conclusiones Y Recomendaciones Conclusiones  

Tenemos que la vida sería muy diferente si no existiera el petróleo ni el gas natural, son unas de las fuentes de energías “casi gratuitas”, es imposible imaginar el mundo sin plástico, si fósforos, sin automóviles etcétera, estas fuentes de energía hay que

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cuidarlas y aprovecharlas al máximo nunca desperdiciarlas El petróleo y derivados forma parte de la naturaleza que se ofrece al hombre para ser transformada en su beneficio y la petroquímica es un gran invento del ser humano, por el cual éste pone la naturaleza a su servicio. Un invento que a cada paso marca una huella de bienestar y progreso. Es muy importante el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de los crudos, en el yacimiento o en la superficie, especialmente concerniente a crudos pesados y extra pesados. El petróleo se emplea para producir: Combustibles para Aviones, Automóviles y Sistemas de Calefacción, así como para la elaboración de Cosméticos, Fertilizantes, Plásticos y un sinnúmero de productos más, quizás más aplicaciones que cualquier otra sustancia.

Recomendaciones 

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Es un recurso natural no renovable, y actualmente también es la principal fuente de energía en los países desarrollados que debemos cuidarlo y usarlo de una manera responsable. El petróleo líquido puede presentarse asociado a capas de gas natural, en yacimientos que han estado enterrados durante millones de años, cubiertos por los estratos superiores de la corteza terrestre es por ello que su extracción es complicada y se necesita saber y conocer sus propiedades antes de realizar cualquier operación Hoy día el petróleo es el principal recurso del mundo, todo lo que conocemos como tecnologías dependen del petróleo. El aprovechamiento del petróleo ha contribuido a nuestro actual desarrollo, sin embargo, el uso irracional de este hidrocarburo aumenta la contaminación y deterioran el ambiente y nuestra salud Esta situación nos exige una actitud conservacionista que se manifieste en acciones concretas, considerando que todos sus derivados tienen gran influencia en nuestra vida cotidiana.

7. Bibliografía 

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