Rsm-2.1 Conservacion de La Materia

Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos INGE INGE NIER NIER ÍA PETROLER PETROLER A

Nombre Nombre del del A lumno umno::

MIRA NDA  Apellido Paterno

B USTA MANTE

A NG E LE S

Apellido Materno

Nombre(s)

TEMA: 2.1 CONSERVACIÓN DE MATERIA T R AB AJ O ES CR I T O EXPOS EXPOS ITO ITO R IO

Nombre de de la la A s ig natura natura::

RECUPERACIÓN SECUNDARIA Y MEJORADA

No. Control: Nombre del Docente:

14082236

 S emestre: emes tre:

Periodo: FEBRERO-JUNIO 2018 

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Grupo:

ING. ING. RO ROM M N

MACE MACEDO DO

 A pellido P aterno

A pellido Materno

C

JES JES S ALBE ALBERT RTO O

Nombr e(s )

1

ÍNDICE Temas

Páginas

1.

Antecedentes. Conservación de materia

04

2.

Introducción a la ecuación de balance de materia

06

3.

Definición de ecuación de balance de materia

07

4.

Fórmulas de aplicación

08

5.

Consideraciones para aplicar el balance

09

6.

Ventajas y desventajas del balance

10

7.

Aplicación del balance

10

8.

Ejercicios de balance

11

9.

Conclusión y bibliografía

13

2

INTRODUCCIÓN La Materia es todo aquello que tiene masa y peso, ocupa un lugar en el espacio, impresiona nuestros sentidos y experimenta el fenómeno de inercia (resistencia que ofrece a cambiar de posición). Las moléculas que componen a la materia están sometidas a la acción de dos fuerzas antagónicas (cohesión y repulsión). Esta acción y el predomino de una sobre otra, da lugar a que la materia se presente en tres formas: liquido, gaseoso y sólido; conocidas con el nombre de estados de la materia . La cantidad de materia de un cuerpo viene dada por su masa, la cual se mide normalmente en kilogramos o en unidades múltiplo o submúltiplo de ésta (en química, a menudo se mide en gramos). La masa representa una medida de la inercia o resistencia que opone un cuerpo a acelerarse cuando se halla sometido a una fuerza. Esta fuerza puede derivarse del campo gravitatorio terrestre, y en este caso se denomina peso. (La masa y el peso se confunden a menudo en el lenguaje corriente; no son sinónimos).

Composición de la materia La materia está integrada por átomos, partículas diminutas que, a su vez, se componen de otras aún más pequeñas, llamadas partículas subatómicas, las cuales se agrupan para constituir los diferentes objetos. Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia y puede entrar en combinación. Está constituido por un núcleo, en el cual se hallan los protones y neutrones y una corteza, donde se encuentran los electrones. Cuando el número de protones del núcleo es igual al de electrones de la corteza, el átomo se encuentra en estado eléctricamente neutro. Se denomina número atómico al número de protones que existen en el núcleo del átomo de un elemento. Si un átomo pierde o gana uno o más electrones adquieren 3

carga positiva o negativa, convirtiéndose en un ion. Los iones se denominan cationes si tienen carga positiva y aniones si tienen carga negativa.

ANTECEDENTES. CONSERVACIÓN DE MATERIA Ley de la conservación de la materia En el año 1745, Mijaíl Lomonosov enunció la ley de conservación de la materia de la siguiente manera: En una reacción química ordinaria donde la masa permanece invariable, es decir, la masa presente en los reactivos es igual a la masa presente en los productos. En el mismo año, y de manera independiente, el químico Antoine Lavoisier propone que” la materia no se crea ni se destruye, sólo s e transforma”. Es por esto que muchas veces la ley de conservación de la materia es conocida como ley de Lavoisier-Lomonosov. Estos científicos se referían a la materia másica. Más adelante se observó que en algunas reacciones nucleares existe una pequeña variación de masa. Sin embargo, esta variación se explica con la teoría de la relatividad de Einstein, que propone una equivalencia entre masa y energía. De esta manera, la variación de masa en algunas reacciones nucleares estaría complementada por una variación de energía, en el sentido contrario, de manera que si se observa una disminución de la masa, es que ésta se transformó en energía, y si la masa aumenta, es que la energía se transformó en masa. Teniendo en cuenta la ley de conservación de la materia, cuando escribimos una ecuación química, debemos ajustarla de manera que cumpla con esta ley. El número de átomos en los reactivos debe ser igual al número de átomos en los productos. El ajuste de la ecuación se logra colocando índices estequiométricos delante de cada molécula. El índice estequiométrico es un número multiplica a los átomos de la sustancia delante de la cual está colocado. Este principio ha sido fundamental en el trabajo de la Ingeniería, ya que anteriormente se creía que la materia era destructible y se aducía como ejemplo: la combustión de un trozo de carbón que, después de arder, quedaba reducido a 4

cenizas, con un peso muy inferior, sin embargo, el uso de la balanza permitió al científico comprobar que si se recuperaban los gases originados en la combustión, el sistema pesaba igual antes que después de la experiencia, por lo que dedujo que la materia era indestructible. En el estudio de los yacimientos de hidrocarburos la ley de la conservación de la materia, se utiliza para deducciones cuantitativas y predicciones empleadas posteriormente en el análisis de los mismos. Estas deducciones son conocidas con el nombre de Balance de Materiales. Según Dake (1978), la ecuación de balance de materiales (EBM) se deriva como el balance volumétrico que iguala la producción acumulada de fluidos, expresada como un vaciamiento, y la expansión de los fluidos como resultado de una caída de presión del yacimiento.  A pesar de que la Ecuación utilizada en el método de balance de materiales, así como sus cálculos, no son complejos; los datos que son requeridos para la implementación de la misma y el correcto análisis de los resultados obtenidos son el principal problema del Ingeniero de Yacimientos y constituyen quizás, la mayor razón de ser de dicha profesión.

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INTRODUCCIÓN A LA ECUACIÓN DE BALANCE DE MATERIA Los Métodos de Balance de Materia proveen una alternativa simple, pero efectiva, a los métodos volumétricos para estimar no sólo el volumen original de gas en yacimiento sino también las reservas en cualquier etapa de la vida productiva del yacimiento. Una ecuación de balance de materia es simplemente un postulado del principio de conservación de masa.  Así: Masa Original de Hc´s – Masa Producida de Hc´s= Masa Remanente de Hc´s. Los criterios utilizados por los Ingenieros de Yacimientos en la EBM poseen condiciones indispensables pero no las suficientes para tener una predicción 100% confiable, por lo cual los resultados obtenidos siempre estarán abiertos a cuestionamientos. La forma general de la EBM fue desarrollada inicialmente por Schilthuis en 1941 y establece, basándose en la ley de la conservación de la masa, que la diferencia entre la cantidad de fluidos iniciales en el yacimiento y la cantidad de fluidos remanentes en el yacimiento es igual a la cantidad de fluidos producidos.

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DEFINICIÓN DE ECUACIÓN DE BALANCE DE MATERIA El concepto de balance de materia se asocia en ingeniería de yacimientos con el equilibrio volumétrico que existe en el yacimiento entre los fluidos que originalmente contiene y los que quedan en el, después de haberse producido una determinada cantidad de aceite debido a una declinación de la presión. Permite conocer parámetros del yacimiento usando los datos de la historia de presión y producción, mediante el balance entre el volumen original de hidrocarburos y las entradas de agua del acuífero e inyección al yacimiento y las salidas (producciones de agua, aceite y gas).

    =  [−+ −  1 1 −+∆] () (   ) +

 +

Donde: N: Volumen inicial de Petróleo a condiciones estándar. Np: Petróleo producido acumulado a condiciones estándar. Cw: Compresibilidad del agua. We: Influjo de agua acumulado.  ΔP: Variación de presión.

Rp: Relación gas- petróleo acumulado. m: Relación entre volumen inicial de gas de la capa de gas y el volumen inicial de petróleo + gas disuelto en la zona de petróleo. Bo: Factor volumétrico de formación del petróleo.

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 Al ver la ecuación, podemos deducir que a través de un reordenamiento de la misma, al graficar el valor de N calculado en función de la producción acumulada de petróleo (Np), se obtiene una línea recta con pendiente igual a cero.

FÓRMULAS DE APLICACIÓN La EBM expresada como una línea recta fue propuesta por Havlena y Odeh. Según Havlena y Odeh (1963), se debe estudiar previamente, el método principal de empuje del yacimiento y en base a este análisis se grafican diferentes conjuntos de términos en función de otros. Si el mecanismo de empuje y los restantes parámetros son correctos, se obtiene una relación lineal entre las variables graficadas. El aspecto más importante de éste método de solución se atribuye a la secuencia de los puntos graficados, la dirección que toma la linealización de los puntos y la forma del gráfico resultante. Dado a este énfasis, no se debe ajust ar completamente la secuencia a través del “método de mínimos cuadrados” o “recta de mejor ajuste”;

utilizados frecuentemente por los Ingenieros, ya que esto desvirtúa el análisis que puede obtenerse si graficamos la recta punto a punto.

   =              ∆     ∆    

Producción total acumulada de aceite y gas

E xpans ión de la formación cuando se pres enta

E xpans ión neta de la capa de gas

E xpans ión del ag ua cong enita y s w es diferente tanto en la zona de aceite como en la de gas

( )

+

8

Intrusi ón de ag ua

(   )

+

Inyecc ión de agua Volumen inicial de aceite in situ El Factor de Recuperación promedio para los campos de aceite es aproximadamente del 35%. Esto significa que cerca de dos tercios del aceite descubierto se dejan en el yacimiento. Tenemos debajo de nuestros pies, enormes prospectos para incorporar nuevas reservas. El mejoramiento de la recuperación desde yacimientos conocidos en tan sólo 1% implicaría la incorporación de aproximadamente 10 mil millones de barriles de petróleo equivalente al volumen de reservas mundiales. Los Factores de Recuperación de petróleo varían considerablemente entre las diferentes regiones del mundo y en los distintos yacimientos, oscilando de menos del 5% a más del 80%. La geología, las propiedades de la roca, de los fluidos y del sistema roca-fluido inciden en la recuperación final de cada yacimiento y estas propiedades son difíciles de modificar salvo en la zona vecina al pozo. No obstante, el correcto manejo de los campos petroleros puede mejorar el Factor de Recuperación mediante el abordaje de las condiciones existentes en la vecindad del pozo y del yacimiento en conjunto. Formula del cálculo:

          (  ) (   ) =                -

-

CONSIDERACIONES PARA APLICAR EL BALANCE 1. Volumen poroso constante. No existe compactación ni subsidencia. 2. El PVT es representativo del yacimiento 3. Proceso isotérmico 9

4. cw y cf son despreciables 5. Se considera equilibrio termodinámico entre el gas y el petróleo a presión y temperatura de yacimiento con una dimensión cero.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL BALANCE Ventajas: 

Se requieren conocimientos modestos de matemáticas en su deducción y aplicación.



Es fácil seleccionar la EBM correspondiente al caso en estudio.



Proporciona resultados rápidos y confiables, de acuerdo a la veracidad de los datos utilizados.

Desventajas •

No toma en cuenta el factor geométrico del yacimiento, ya que no es posible conocer la distribución de los fluidos en la estructura o en los poros.

•

No se puede determinar si existe migración alguna de los fluidos.

•

No maneja ni proporciona información a nivel de pozo.

APLICACIÓN DEL BALANCE 1. Determinar hidrocarburos iniciales en el yacimiento. 2. Evaluar We conociendo N o G. 3. Predecir el comportamiento y recobro final de yacimientos especialmente los que producen por gas en solución o depleción.

10

4. Evaluar factores de recobro.

CONCEPTO/CONDICIONES

INICIALES

ACTUALES

UNIDAD

PRESION DEL YACIMIENTO

3,000

2,500

lb/

FACTOR VOL. DEL PETROLEO

1.35

1.33

BY/BN

SOLUBILIDAD DEL GAS

600

500

PCN/BN

FACTOR VOL. DEL GAS

0.0011

0.0015

BY/PCN

COMPRESIBILIDAD DEL AGUA Y DE

0

0

IPC-1

FACTOR VOL. DEL AGUA

1

1

BY/BN

 ACEITE PRODUCIDO ACUMULADO

0

5.00

GAS PRODUCIDO ACUMULADO

0

ENTRADA DE AGUA

0

 AGUA PRODUCIDA ACUMULADA

0

2

LA FORMACION

 106 5.50 109 3.00 106 2.00 105

MMBN MMPCN MMBY MMBY

EJERCICIOS DE BALANCE Se tiene un yacimiento con empuje combinado, con una presión actual estimado

2 se conoce ademas los siguientes datos PVT.

en 2500 lb/

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Si los volúmenes brutos de las zonas de petróleo y gas son respectivamente: 100,000 y 20,000. Calcular la cantidad de aceite in situ.

    =     =   5.50

5.00

PCN/BN

          ( ) ( )              =                             -

-

= −++−−+(−) − -

N



⌊.+,−.⌋ (   −  )   N= .−.+−.+.... −   ,, N= . 5.00

- 3.00

2.00

N= 31, 135,593.24 MN/BN

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CONCLUSIÓN En Ingeniería de Yacimientos, la EBM es un método muy poderoso para estimar los Volúmenes Originales de Aceite y/o Gas (VOA/VOG) en el yacimiento (Original Oil/Gas In Place) o de la entrada de un acuífero. •

La ventaja del método de Balance de Materia (BM) es que, en yacimientos permeables, se pueden ver los efectos del VOA y del VOG en áreas que no han sido perforadas.

•

La desventaja es que no puede ser aplicada hasta después de que la producción ha comenzado.

•

Un requerimiento práctico inherente para el éxito del BM es la necesidad, en gran término, de medir la presión del yacimiento, medir todos los fluidos producidos y obtener información precisa de presión/volumen/temperatura PVT.

•

Es de gran importancia que las relaciones PVT sean medidas antes de que el yacimiento sea puesto a producir.

BIBLIOGRAFÍA 1. Las Reservas de Hidrocarburos de México. PEP. (1 Enero 2004). 2. Schlumberger Field Data Handbook. Schlumberger, www.slb.com. 3. Guidelines for Units Symbols & Schlumberger Units Symbols. Schlumberger Documents. (Mayo 2002). 4. González, C. ed. 1999. Industria Petrolera, Conceptos Básicos, México: Biblioteca de la AIPM. 5. Irby, H. ed.1998. Definición de Reservas y Técnicas de Estimación: PARES Petroleum Engineering Services Sdn. Bhd. 13

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