(04) Propiedades de Los Fluidos Del Petróleo
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Propiedades de los fluidos del Petrleo
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Objetivo
Esta presentacin trata sobre los conceptos claves utilizados en la
clasificacin de los diferentes tipos de hidrocarburos. Se evaluarn mediante
preguntas de opcin mltiple los temas explicados en esta presentacin.
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Introduccin
Los hidrocarburos juegan un papel fundamental en la vida diaria de todas las personas. Nos proveen de energa para mover automviles, generar energa elctrica, crear productos qumicos, plsticos, perfumes, aceites, grasas, etc. El petrleo y en s los hidrocarburos no tienen las mismas caractersticas. Hay diferentes tipos de fluidos y sus propiedades fsicas son diferentes. Esto implica diferentes equipos para extraerlo y facilidades de produccin especficas. Esto hace que los tipos de crudo se diferencien por su valor econmico. Esta presentacin trata sobre los diferentes tipos de crudo, sus propiedades y comparaciones entre ellos.
3
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Contenido
Hidrocarburos
Qu son los hidrocarburos?
Hidrocarburos en estado gaseoso, lquido y slido
Propiedades de los Hidrocarburos
Condiciones en el yacimiento
Diagramas de Fases
GORi
Rs
Bo
Gravedad API
Coeficiente de viscosidad
Tipos de hidrocarburos
Petrleo Negro
Petrleo Voltil
Gas Retrgrado
Gas Hmedo
Gas Seco
4
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Hidrocarburos
5
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Qu son los Hidrocarburos?
Los hidrocarburos (HC) son compuestos orgnicos que se encuentran en la
naturaleza y estn constituidos de Hidrgeno y Carbono. Estos pueden ser
livianos o pesados (segn la cantidad de tomos de carbono que contengan)
y se pueden encontrar en estado gaseoso, lquido o slido.
Tipos de Hidrocarburos:
Nombre Frmula 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+
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Qu son los Hidrocarburos?
Como se mencion 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 econmico. Intermedios Se componen principalmente de los hidrocarburos entre Etano (C2) y Hexano (C6). Dentro de este rango estn la gasolina, el gas propano y el gas butano. Pesados Se les llama as a los hidrocarburos compuestos a partir del Heptano (C7) y tienen un gran valor econmico comparado con los HC livianos. Por facilidad en la caracterizacin se defini el HEPTANO PLUS (C7+) para agrupar todos los compuestos desde el C7.
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HC en estado gaseoso
METANO Es el hidrocarburo gaseoso ms 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 expandible. El metano es su principal constituyente con ms del 85% y cantidades pequeas de C2 hasta el C5. Adems, contiene impurezas como Dixido de Carbono, Nitrgeno y Sulfuro de Hidrgeno. Este es el tipo de gas que se extrae de los yacimientos del Golfo de Guayaquil.
Llama de una estufa a gas natural.
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HC en estado lquido
Los hidrocarburos en estado lquido son los que comnmente se conocen
como petrleo (algunos de los derivados lquidos del petrleo, como la
gasolina, tambin se conocen como hidrocarburos).
PETRLEO
Es una mezcla compleja de hidrocarburos encontrados en la naturaleza. El
petrleo puede encontrarse como slido, lquido o gas, pero esta palabra
generalmente es usada para petrleo crudo lquido.
Las propiedades como el color, la gravedad API, olor, viscosidad e impurezas
varan dependiendo del yacimiento.
Muestra del crudo extrado de un pozo en un campo petrolero
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HC en estado slido
BITUMEN
Es una materia orgnica inflamable formada de Kergeno durante el proceso
de formacin del petrleo. El Bitumen incluye hidrocarburos como Asfaltenos
y Cera Mineral. Por lo general es slido y de color negro o marrn.
El principal uso del asfalto es en la pavimentacin de vas
Asfalto
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Prueba de Conocimientos 1
Haga CLICK sobre el botn de la respuesta y verifique con el sonido 1. Los hidrocarburos intermedios estn comprendidos por: Etano hasta Hexano (C2 - C6) Metano (C1) Etano hasta pentano (C2 - C5) Heptano Plus (C7+) 2. El gas natural est compuesto principalmente de: Butano Metano Pentano Heptano Plus 3. Uno de los usos del bitumen es: Extraccin de gas propano Aceite para motores de combustin Pavimentacin (Asfalto). Todas las anteriores.
Haga Click salir de la Prctica
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Propiedades de los hidrocarburos
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Condiciones en el yacimiento
En un yacimiento de petrleo se encuentra gas, petrleo 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 ste ejerce grandes presiones
(miles de libras por pulgada cuadrada o psi) sobre el gas
y petrleo contenidos en el.
El volumen del petrleo y el gas varan con la presin.
Los tipos de petrleos se diferencian principalmente por las siguientes propiedades que se explican a continuacin: Bo GORi Gravedad API Color
Presin
Antes de ver las propiedades, veamos los diagramas de fase de los hidrocarburos.
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El Diagrama de fase tiene dos
zonas, una donde el
hidrocarburo es lquido y otra
donde es gas.
Diagramas de Fase
Los diagramas de fase determinan el comportamiento del fluido respecto a la
presin y temperatura en el yacimiento. Cada tipo de fluido tiene su propio
diagrama de fases.
Pre
si
n
Temperatura
% de lquido
Zona de lquido Zona de Gas Dependiendo de la presin y la
temperatura, un hidrocarburo
puede estar como gas y/o
como lquido en el
yacimiento. Cuando es extrado del
yacimiento y est siendo
llevado a la superficie del
pozo, la presin comienza a
bajar y la temperatura se
mantiene casi constante.
A medida que el fluido se
acerca a la superficie, ms
gas se va separando y cada
vez es menos el crudo que va
quedando.
Ahora suponga que lo que hay
en el yacimiento es slo gas.
Cuando llega a este punto, el
gas disuelto dentro del crudo
comienza a separarse. Esta
presin se conoce como
presin de burbuja. Presin de Roco
Cuando la presin desciende
al ser extrado el gas del
yacimiento, llega a este punto
llamado presin de roco
donde el gas comienza a
condensarse (formar lquido).
Nuevamente el porcentaje o
fraccin de lquido que queda
al separarse del gas, depende
de la presin.
Suponga que el hidrocarburo
es lquido y contiene gas
disuelto a la presin del
yacimiento.
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Diagramas de Fase
Presin de Burbuja:
Es la presin donde aparece la primera
burbuja de gas en el petrleo que esta lquido
en el yacimiento. A esta presin se dice que el
lquido est saturado.
Presin de Roco:
A diferencia de la presin de burbuja, la presin
de roco es la presin donde aparece la
primera gota de lquido a una temperatura
dada. El fluido est como gas en el yacimiento y
en este punto comienza a condensarse.
Pre
si
n
Temperatura
Presin de Brubuja
Presin de roco
Punto crtico
Punto crtico:
Es el punto donde convergen la fase lquida y la fase gaseosa. En este punto no se
puede diferenciar el lquido del gas y sus propiedades son idnticas.
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GORi
La Relacin Gas - Petrleo inicial (Gas Oil Ratio) indica que tanto gas hay
por cada barril de crudo, todo en condiciones estndar (60F, 14,7psi).
El volumen del gas se mide en pies cbicos estndar (SCF).
El crudo se mide en barriles en tanque de almacenamiento (STB).
STB
SCF
estndarscondicioneapetrleoVol.
estndarscondicioneagasdetotalVol.GORi
Esta relacin es clave para determinar el tipo de crudo en un yacimiento.
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Rs
Es la cantidad de gas en solucin que tiene el crudo (disuelto dentro de l). Petrleo Subsaturado Por encima de la presin de burbuja. No puede disolver ms gas. Petrleo Saturado A la presin de burbuja o por debajo de la presin de burbuja.
STB
SCF
estndarscondicioneapetrleo.Vol
estndarscondicioneadisueltogas.VolRs
Grfica de Gas en solucin vs presin. Cuando la presin es inferior a la
presin de burbuja (Pb), el crudo comienza a liberar gas y el Rs disminuye.
Rs
Presin Pb
No hay liberacin
de gas
Liberacin de gas
Petrleo Subsaturado
Petrleo Saturado
Petrleo Saturado
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Bo
El factor volumtrico de formacin del petrleo (Bo) compara los volmenes
de petrleo y gas disuelto en el yacimiento contra el volumen de ese petrleo
en superficie (a condiciones estndar).
res bl:
Es el volumen del petrleo y del gas disuelto dentro del petrleo, en el
yacimiento. Debido a las altas presiones, el volumen del gas es reducido
dramticamente en comparacin a su volumen en la superficie.
STB:
Stock Tank Barrel o barril en el tanque de almacenamiento. Es el volumen que
ocupa slo el crudo (sin gas) a condiciones estndar (60 F y 14.7 psi de
presin absoluta).
Con esto, se tiene para el Bo:
STB
blres
estndarscondicioneapetrleoVol.
yacimientoendisueltogaspetrleoVol.Bo
El Bo siempre es mayor que uno. 18
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Bo
El Bo (factor volumtrico del petrleo) tambin es afectado por la liberacin
de gas, cuando la presin del petrleo cae por debajo de la presin de
burbuja.
Bo
Presin Pb
Expansin del lquido
Liberacin del gas en
solucin
La expansin del petrleo por disminucin en la presin es compensada por la
temperatura, si esta llegase tambin a reducirse.
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Gravedad o Grado API (API)
Es una escala adoptada por el American Petroleum Institute (API) para
determinar la gravedad especfica o densidad de un hidrocarburo. Entre ms
grados API tiene un hidrocarburo ms baja es su densidad.
5.131F60@EspecficaGravedad
5.141APIGravedad
El grado API influye directamente en el costo del hidrocarburo, entre ms
alto sea el grado ms elevado ser su precio.
El agua tiene 10 API, el crudo del Campo Auca es de 28,5 API, mientras
que una gasolina puede tener hasta 60 API por citar algunos ejemplos.
Los petrleos, segn su gravedad API se clasifican en:
Extra Pesados (API 10)
Pesados (10 < API 22,3)
Medianos (22,3 < API 31,1)
Livianos (31,1 < API < 39)
Extra Livianos (API 39) 20
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Coeficiente de Viscosidad (m)
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 vara por la presin y la temperatura. En
el caso de la presin, cuando el crudo baja de la presin de burbuja y
comienza la liberacin de gas, la viscosidad aumenta notablemente, tal
como se muestra en la siguiente grfica.
m
Presin Pb
m disminuye con Presin
m aumenta con la disminucin Presin
La viscosidad se mide en poises o centipoises (cp)
La viscosidad tambin se mide en stokes o centistokes (cst) 21
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Petrleo crudo Densidad, g/mL Gravedad API
Extra-pesado 1.0 10.0
Pesado 0.92 1.01 10.1 22.3
Mediano 0.87 0.91 22.4 31.1
Ligero 0.83 0.86 31.2 39.0
Extra-ligero 0.83 39.0
CLASIFICACIN US DOE DE LOS PETRLEOS (API)
CLASIFICACIN DE LOS PETRLEOS SEGN SU VISCOSIDAD
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Prueba de Conocimientos 2
Haga CLICK sobre el botn de la respuesta y verifique con el sonido 1. La presin de roco es: La presin donde el lquido comienza a liberar gas. La presin donde el gas comienza a condensar lquido. La presin atmosfrica cuando comienza a llover. La presin donde no se puede diferenciar entre lquido o gas. 2. Dado que el GORi y el Bo son relaciones de volmenes, la diferencia entre GORi y Bo es: El GORi relaciona nicamente el gas disuelto dentro del petrleo. El Bo tiene en cuenta todo el gas, el disuelto y el liberado. El GORi es (gas total / petrleo) y el Bo es (petrleo + gas disuelto / petrleo). El GORi es (gas disuelto / petrleo) y el Bo es (gas total / petrleo). 3. El gas en solucin (Rs) aumenta cuando la presin baja de la presin de burbuja. Falso Verdadero
Haga Click salir de la Prctica
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Tipos de fluidos en el yacimiento
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Tipos de fluidos
Existen cinco diferentes tipos de fluidos en el yacimiento, que se diferencian
por propiedades como GORi, Bo y gravedad API.
Black Oil (Petrleo Negro)
Volatil Oil (Petrleo Voltil)
Retrograde Gas (Gas Retrgrado)
Wet Gas (Gas Hmedo)
Dry Gas (Gas Seco)
Adems de las propiedades mencionadas, es determinante la cantidad de
hidrocarburos pesados que contenga el fluido (%C7+ o % de Heptano
Plus), llamada tambin fraccin pesada. En el Black Oil es mayor del 20%,
mientras que en el gas seco es menor al 0.7%.
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Tipos de fluidos
Las diferencias en las propiedades, se listan a continuacin.
PropiedadPetrleo
Negro
Petrleo
Voltil
Gas
RetrgradoGas Hmedo Gas Seco
GOR Menor 2000 2000 - 3000 3500 - 50000 50000 ..
API Menor 40 40 - 55 Mayor 55 Mayor 55
Negro Marrn Verde
Verde Naranja Blanco
Marrn Verde Marrn
Boi Menor 2.0 Mayor 2.0 . ..
C7+ Mayor 20% 20 - 12.5% 12.5 - 4% 4 - 0.7% Menor 0.7%
Color Blanco .
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Petrleo Negro
Es el petrleo existente en los campos de Petroproduccin y es el que tiene
mayor fraccin de hidrocarburos pesados (C7+).
El gas que se desprende del Petrleo negro es gas seco, debido a las
molculas livianas que se liberan. Este gas no se condensa.
El Petrleo Negro tiene un gran valor econmico.
GORi Menos de 1.750 SCF/SBT
API Menor a 40
Boi Menor de 2 resBL/SBT
HC Pesados Mas del 20%
Muy Oscuros
Colores Negro
Marrn
PETRLEO NEGRO
GORi 12 - 20 SCF/SBT
API 29,5
Boi 1,075 resBL/SBT
HC Pesados Mas del 30%
Pres. Burbuj. 42 - 70 psi
Colores Negro
Marrn (ocasionalmente)
PETRLEO NEGRO - Campos de Petroproduccin
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Diagrama de Fases del Petrleo Negro
Ejemplo de un diagrama de
fase de un Petrleo Negro.
Obsrvese que el hidrocarburo
se conserva lquido durante
todo el proceso, a pesar que
libera gas.
Punto Crtico
Pre
si
n [
psi]
1
3
2
Separador
Trayectoria de Presin
% de lquido
2000
1000
300
Temperatura [F]
Nitrgeno 51,72%
CO2 9,34%
H2S 0,00%
Metano 7,14%
Etano 0,51%
Propano 7,30%
Butano (l,n) 13,07%
Pentano (l,n) 8,10%
Hexano 1,84%
Heptano Plus 0,98%
Analisis del Gas, Pozo RD-03
El gas seco, liberado por el petrleo tiene una alta
concentracin de hidrocarburos livianos.
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Procesamiento del Petrleo Negro
Cuando el petrleo lquido llega a superficie requiere de un tratamiento para
retirarle las impurezas tales como:
Agua
Dixido de Carbono (CO2)
Nitrgeno
Sulfuro de Hidrgeno (H2S)
Por este motivo se deben instalar las facilidades de superficie, que se
componen de tanques, bombas, celdas de flotacin, enfriadores, etc. En
muchos campos del oriente ecuatoriano, el gas que se libera del crudo se
quema en la tea debido a que no es una cantidad suficiente para que su
comercializacin sea rentable. 29
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Ejemplo de un anlisis de laboratorio de un Petrleo Negro
Viscosidad (104 F) 13,9 cSt
Viscosidad (212 F) 3,5 cSt
Poder Calorfico Bruto 19.215 BTU/lb
Poder Calorfico Neto 18.129 BTU/lb
Punto de Ebullicin 105,8 F
API 29,4
Gravedad Especfica 0,879
Presin de Vapor (60 F) 0,8 psi
Punto de fluidez 35 F
Punto de inflamacin 45 F
Gravedad Espec. Condensado 0,725
API Diesel en Cao Limn (60 F) 31,8
Grav. Espec. Agua de Produccin 0,998
Propiedades
Carbn 5,70 %masa
Ceniza 0,01 %masa
Nitrgeno 0,24 %masa
Azufre 0,52 mg/kg
Calcio 3,00 mg/kg
Cobre 0,20 mg/kg
Hierro 6,00 mg/kg
Magnesio 0,80 mg/kg
Niquel 37,20 mg/kg
Sodio 8,20 mg/kg
Vanadio 13,30 mg/kg
Sal 2,80 gr/m3
Anlisis qumico
Datos obtenidos en el laboratorio.
GORi 12 - 20 SCF/SBT
API 29,4
Boi 1,075 resBL/SBT
HC Pesados Mas del 30%
Pres. Burbuja 42 - 70 psi
Colores Negro
Marrn
PETRLEO NEGRO
30
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Facilidad de Tratamiento Petrleo Negro Separador de Gas Tanque de techo cnico FWKO, donde se
separa inicialmente el petrleo del agua.
Celda de Flotacin, donde el petrleo restante es retirado del agua.
Bombas 31
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Petrleo Voltil
El petrleo voltil es un tipo de hidrocarburo lquido con ms componentes
intermedios y livianos que un Petrleo Negro. En Ecuador el campo Ancn en la
Pennsula de Santa Elena tiene este tipo de crudo en su yacimiento.
GORi 2.000 - 3.200 SCF/SBT
API Mayor de 40
Boi Mayor de 2 resBL/SBT
HC Pesados Entre 12,5% y 20%
Marrn
Colores Naranja
Verde
PETRLEO VOLTIL
El gas que sale del Petrleo Voltil se llama Gas Retrgrado.
El API en el Tanque de Almacenamiento aumenta durante la vida del
yacimiento.
Una pequea reduccin de presin por debajo de la presin de burbuja causa
una gran liberacin de gas.
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Diagrama de Fases del Petrleo Voltil
Al igual que el Petrleo Negro,
el Petrleo Voltil se encuentra
tambin como lquido dentro del
yacimiento, con la diferencia
que el voltil est mas cerca de
la zona de gas en el diagrama.
Punto Crtico
Pre
si
n
Temperatura
1
3
2
Separador
% de lquido
El almacenamiento del Petrleo Voltil es similar al del Petrleo Negro, se
diferencian en que se debe tener cuidado para que el gas no se libere
fcilmente, dadas las condiciones del Petrleo Voltil.
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Almacenamiento del Petrleo Voltil
Tanque de almacenamiento.
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Prueba de Conocimientos 3
Haga CLICK sobre el botn de la respuesta y verifique con el sonido 1. De los diferentes tipos de fluidos, el que menos gas tiene (GOR) es el: Black Oil. Volatil Oil. Wet Gas. Retrograde Gas. 2. La presin de burbuja del ejemplo de Petrleo Negro est en el orden de: 1000 - 1200 psi 600 - 650 psi 92 - 115 psi 42 - 70 psi 3. El Petrleo Voltil (Volatil Oil) tiene ms componentes livianos e intermedios que el Petrleo Negro (Black Oil). Falso Verdadero
Haga Click salir de la Prctica
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Gas Retrgrado
Es un hidrocarburo gaseoso por encima de la presin critica, y a medida que
la presin disminuye condensa lquido en el yacimiento, pero dicho lquido se
evapora nuevamente. Se lo conoce tambin como gas condensado.
GORi Ms de 3.200 SCF/SBT
API Mas de 57
Boi ---
HC Pesados Entre 4% y 12,5%
Marrn
Colores Naranja
Verde y Blanco
GAS RETRGRADO
El gas en superficie es muy rico en hidrocarburos intermedios. Se lo procesa para obtener desde Etano hasta Hexano (C2 a C6).
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Diagrama de Fases del Gas Retrgrado
El gas retrgrado, al estar ms
all de la presin crtica se
encuentra como gas en el
yacimiento. A medida que la
presin comienza a descender y
alcanza la presin de roco,
aparece lquido condensado
(petrleo).
Para obtener la mayor cantidad de lquido, el gas retrgrado debe pasar a
travs de separadores que trabajen a una presin y temperatura ptimas, con
un tiempo de retencin adecuado.
Pre
si
n
Temperatura
Punto Crtico
% de lquido
1
3
2
Separador
37
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Almacenamiento del Gas Retrgrado
Separadores
38
-
Gas Hmedo
Es un Hidrocarburo que existe como Gas durante toda la vida en el yacimiento, pero condensa lquido en los separadores de superficie. Por eso se lo conoce como gas hmedo (Wet Gas).
GORi Ms de 50.000 SCF/STB
API Mas de 57
Boi ---
HC Pesados De 0,7% a 4,0%
Color del
condensado Blanco
GAS HMEDO
Las propiedades del gas en el yacimiento no son las mismas que en superficie.
El condensado es rico en hidrocarburos intermedios y se les conoce como
productos de planta.
39
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Diagrama de Fases del Gas Hmedo
La nica forma de obtener
condensado de un gas hmedo
es mediante el uso de
separadores a una presin y
temperatura determinadas.
El tratamiento del gas hmedo es muy similar al gas retrgrado pues el
objetivo principal es el obtener la mayor cantidad del lquido.
El gas se almacena en tanques cilndricos o esfricos.
% de lquido
Pre
si
n [
psi]
Temperatura
Punto Crtico
1
2
4500
2500
110 Separador
40
-
Almacenamiento del Gas Hmedo
Tanques esfricos
Tanque cnico
41
-
Gas Seco
El gas seco o dry gas contiene principalmente Metano y algunos hidrocarburos
intermedios. Se llama gas seco porque no tiene suficientes hidrocarburos
pesados para condensar.
GORi ---
API ---
Boi ---
HC Pesados Menos de 0,7%
Color ---
GAS SECO
La composicin del gas en el yacimiento es la misma que en la superficie y
bsicamente se compone de Metano.
A este tipo de gas tambin se le conoce como gas pobre o gas natural.
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Diagrama de Fases del Gas Seco
Su almacenamiento es similar que el del gas hmedo, en tanques cilndricos y
esfricos.
% de lquido
Pre
si
n [
psi]
Temperatura
Punto Crtico
1
2
4500
2800
110
Del gas seco no se puede
extraer condensado, su nica
utilidad es como gas natural.
43
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Almacenamiento del Gas Seco
Tanque esfrico
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Prueba de Conocimientos 4
Haga CLICK sobre el botn de la respuesta y verifique con el sonido 1. El gas retrgrado se caracteriza por: Conservarse lquido en el yacimiento. No tener suficientes hidrocarburos pesados para condensar. Ser conocido tambin como gas pobre. Ser rico en hidrocarburos intermedios. 2. La gravedad API del gas retrgrado es: Menor de 40 Entre 40 y 57 Ms de 57 No tiene gravedad API. Es gas seco. 3. Si se tiene un hidrocarburo con una fraccin pesada entre 0,7% y 4,0% y el color del condensado es blanco, el hidrocarburo es un gas seco. Falso Verdadero
Haga Click salir de la Prctica
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Comparacin
La forma de los diagramas de fase para los cinco diferentes tipos de fluidos se
muestra en la grfica. Hacia la derecha aumenta la cantidad de
hidrocarburos pesados, mientras que hacia la izquierda lo hacen los
hidrocarburos livianos.
Temperatura
Pre
si
n Black Oil
Aceite Voltil
Gas Retrgrado Gas Hmedo
Gas Seco
46
-
FIN
47