DENSIDAD DEL GAS

Unidad:Instituto Tecnológico superior de

Coatzacoalcos.Edición No. 1

Fecha de Edición: 2015

Departamento: Ingeniería Petrolera

Materia: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS PETROLEROS

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TRABAJO DE INVESTIGACION EQUIPO 5:

GRAVEDAD ESPECIFICA DEL PETROLEO GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS EN

SOLUCIÓN SOLUBILIDAD DEL GAS

TALLER DE INVESTIGACION INGENIERÍA PETROLERA.

SEMESTRE: 5ºA

ELABORADO POR: GONZÁLEZ FRÍAS ALEJANDRA

LEON FRANCISCO JUAN MIGUEL LINDO MARTINEZ HEBERTO MONTEJO HERNANDEZ RICARDO VILLEGAS DOMINGUEZ ERIK

FECHA: FEBRERO 2015






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UNIDAD 1 CONCEPTOS GENERALES

INTRODUCCIÓN

El petróleo crudo es una mezcla de muchos hidrocarburos que varían de

tipo, peso molecular y punto de ebullición. El crudo se clasifica, según el “Instituto

Americano de Petróleo”, de acuerdo a sus °API en: condensados, liviano,

mediano, pesado, extra pesado. Los °API se determina a partir de la densidad del

crudo, existen diferentes métodos de determinarla.

El método del hidrómetro (Densímetro).

El método del picnómetro.

El método de destilación.

El método de la centrífuga.

En las aplicaciones de campo y, especialmente, en la solución de

problemas de ingeniería de petróleo, es importante disponer de una descripción

aproximada de las propiedades físicas del petróleo, entre las cuales las de mayor

interés son 10.

Pero de las cuales en este caso explicaremos solo 3 de ellas:

Gravedad del petróleo; o

Gravedad especifica del gas en solución, g

Solubilidad del gas, Rs

La mayoría de ellas se pueden determinar en el laboratorio a partir de

muestras de los fluidos del yacimiento.

Así como también Los tres principales fluidos encontrados en un reservorio

son: petróleo, agua y gas. El petróleo y el agua son líquidos y fluidos. El gas

natural está considerado un fluido aunque no es un líquido.






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El gas natural siempre está presente con el petróleo en un yacimiento. De

hecho, el gas a presión provee el impulso primario en la recuperación del petróleo.

Ese gas se presenta ya bien como gas libre, es decir separado del petróleo, o

como gas soluble, o sea disuelto en el petróleo.

Y por último el gas natural es una mezcla de hidrocarburos livianos en

estado gaseoso, formado mayormente por metano y etano y en menor proporción

por hidrocarburos más pesados, generalmente contienen impurezas como vapor

de agua, CO2, N2, H2S y He.

La solubilidad del gas es la máxima cantidad de gas que puede disolverse

en una determinada cantidad de crudo, ésta depende de la temperatura, presión y

composición del gas y del petróleo. A medida que disminuye la presión la cantidad

de gas en solución disminuye, así como también al elevar la temperatura la

solubilidad del gas disminuye.

Esto quiere decir que la solubilidad del gas en el petróleo depende de 3

factores muy importantes, los cuales analizaremos a continuación.

TEMA 1. GRAVEDAD ESPECIFICA DEL PETROLEO

DESARROLLO

El petróleo, también conocido como petróleo crudo, es una mezcla compleja

de hidrocarburos que contienen sulfuro, nitrógeno, oxígeno y helio como un

componente menor, cuyas propiedades físicas y químicas varían

considerablemente y depende de la concentración de sus diferentes componentes.

Para iniciar con el tema aremos referencias a unos conceptos los cuales

serán una herramienta de facilitación de comprensión al tema:






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Gravedad Específica: es la relación existente entre la densidad absoluta

de una sustancia y la densidad de una sustancia de referencia, donde esta

última para el caso de los líquidos es el agua y para los gases es el aire.

Gravedad API: denota la relación correspondiente de peso específico y de

la fluidez de los crudos con respecto al agua.

Densidad: es la relación existente entre la masa de un cuerpo o una

sustancia y su volumen, es decir, la masa contenida en la unidad de

volumen del mismo.

°API: (American Petroleum Institute): escala arbitraria de la lectura de la

gravedad específica (densidad relativa), usada en la industria petrolera y

que tiene como base la densidad del agua (10º API). La gravedad en ºAPI

es la equivalente a densidad y se usa en la industria petrolera mundial. La

gravedad específica del agua es 1 y en °API es 10.

Los crudos se clasifican, según la gravedad API, por la siguiente escala:

1. Extra pesados < 9,9

2. Pesados 10 - 21.9

3. Medianos 22,0 - 29,9

4. Livianos 30 – 39,9

5. Condensados > 40

A continuación explicaremos los siguientes métodos para determinar la

densidad del crudo.

Método del Hidrómetro (Prueba Estándar para la Gravedad API del

Petróleo Crudo y Productos del Petróleo)






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Hidrómetro está basado en el principio de que la gravedad de un líquido

que varía directamente con la profundidad de inmersión que sufre un cuerpo al

flotar en él, es decir, cualquier cuerpo se hundirá más en un líquido de menor

densidad y desalojara más líquido.

Método del picnómetro (Método Estándar para determinación de la

gravedad específica)

Este método se basa en el principio del volumen constante y variación de la

temperatura, la cual disminuye la masa y por ende la densidad que es obtenida a

través de este proceso. Consiste en tomar una sustancia determinada y someterla

a diferentes temperaturas, y mantener un volumen constante empleando distintas

masas.

Método de la Centrifuga (Prueba Estándar para Agua y Sedimentos en

Crudos.)

Se basa en someter una muestra a un movimiento rotativo, que induce a la

separación de los componentes en virtud de las distintas masas, inducido por

la fuerza centrífuga. Cuando se obliga una masa a desviarse de la trayectoria

rectilínea que tiende a seguir, dicha fuerza se llama centrípeta, lo que permite que

el agua y sedimentos presentes en la muestra se depositen en el fondo del tubo

de centrifugación.

Método de Destilación (Prueba Estándar para Agua en Crudo)

Se aplica a los procesos de vaporización en los que el vapor producido se

recupera, por condensación, de tal manera, que los componentes de una mezcla






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líquida pueden ser separados por vaporización parcial de la mezcla y la

recuperación separada del vapor y el residuo. El método consiste en calentar el

material bajo reflujo con un solvente inmiscible en agua el cual co-destila con el

agua presente en la muestra. El solvente condensado y el agua son separados

continuamente en una trampa donde el agua se queda y el solvente retorna al

sistema; con el propósito de seguir diluyendo el flujo para poder separar el agua

de este.

APLICACIÓN POR FORMULAS:

La densidad del petróleo crudo se define como la masa de una unidad de

volumen de crudo a determinarla temperatura y presión y, generalmente, se

expresa en lb/pie3 (kg/m3). En cuanto a la gravedad específica de un petróleo

crudo, ésta se define como la relación entre la densidad del petróleo y la densidad

del agua, ambas medidas a 60°F (15.5°C) y presión atmosférica. Así se tiene:

γ o=ρoρw

Donde:

γ o = Gravedad especifica del petróleo.

ρo = Densidad del petróleo crudo, lb/pie3 (kg/m3).

ρw = Densidad del agua, lb/pie3 (kg/m3).

Es importante destacar que la gravedad específica de un líquido es

adimensional, pero tradicionalmente se reporta en unidades 60°/60° para señalar

que ambas densidades se miden en condiciones normales. La densidad del agua

es aproximadamente de 62.4 lb/pie3, por lo tanto:

γ o=ρo

62.4 lb / pie3 ,60 ° /60°






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Aunque las densidades y gravedades específicas son muy utilizadas en la

industria petrolera, para el caso de petróleo se prefiere utilizar la gravedad API del

crudo en conocimientos de superficies; esto es:

° API=141.5γ o

−131.5

La gravedad API de los petróleos crudos oscila entre 47°API para los

livianos y hasta 10°API para los pesados.

Ejercicio.

Calcule la gravedad específica y la gravedad API de un sistema de petróleo

crudo con una densidad medida en condiciones normales de 53 lb/pie3.

Solución:

Paso 1: Calcule la gravedad específica usando la ecuación.

γ o=53 lb / pie3

62.4 lb / pie3 =0.849

Paso 2: Calcule la gravedad API:

° API=141.50.849

−131.5=35.2 ° API

Calculo de la gravedad específica si se conoce los grados API.

Se puede calcular la gravedad específica del líquido a 60°F.

γ o=141.5

° API+131.5

Ejercicio.

Calcule la gravedad específica de un Fuel-Oil de 18°API.

Solución:

Paso 1: Calcule la gravedad específica usando la ecuación.






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γ o=141.5

18 ° API+131.5=0.9465

APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA PETROLERA:

Durante el almacenamiento de grandes volúmenes de hidrocarburos

líquidos, cómo puede ocurrir en las grandes instalaciones de destilación y

refinación de crudo, el petróleo se estratificara dentro del tanque, debido a su

constitución formada por mezclas de diferentes hidrocarburos. Así las fracciones

más pesadas tienden a ir al fondo del tanque, mientras que las más ligeras van a

la parte superior. Por eso se utilizan sistemas mecánicos de bombeo que

recirculan el combustible constantemente. Una medición con la menor

probabilidad de error se logra realizando muestreo del combustible a diferentes

alturas del tanque y anotando las temperaturas correspondientes.

En el laboratorio se realizan las determinaciones de su densidad y se

efectúan las correcciones llevándolo a la temperatura de referencia estándar de

60°. El promedio estadístico de las lecturas anteriores servirá de base para

estimar los grados API más probable del combustible y su gravedad especifica.

Conocer este valor de la densidad es importante para el petróleo desde dos

puntos de vista básicamente:

1. Técnico: Para conocer el nivel de llenado de un tanque o de un deposito

según varié las condiciones ambientales del petróleo

2. Económico.

TEMA 2. GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS EN SOLUCIÓN

DESARROLLO

El gas en solución es homogéneamente contenido en petróleo a una

presión y temperatura dada. Una reducción en la presión y/o un incremento en la






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temperatura pueden causar que el gas sea emitido del petróleo. Entonces se

asume las características de gas libre.

La cantidad de gas en solución aumenta con la presión, y a una presión

constante, la cantidad de gas en solución disminuye a medida que la temperatura

aumenta. Por consiguiente, para determinadas presiones y temperaturas, la

cantidad de gas en solución aumenta a medida que las composiciones del gas y

del petróleo se asemejan, es decir, es mayor en gases de alta y en petróleos de

baja gravedad específica, o sea, en petróleos de alta gravedad API.

Relación gas en solución-petróleo (Rs). Está dada por los pies cúbicos

normales de gas (PCN) en solución en un barril normal (BN) de crudo a

determinadas condiciones de P y T. Analizando su gráfica, si tenemos una presión

elevada cualquiera el fluido tendrá una cantidad de gas pero si se disminuye la

presión en el yacimiento hasta llegar a la presión del burbujeo el gas disuelto en el

petróleo empieza a salirse.

Rs=Vgas disuelto @CN/ Vpetróleo @CN






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La gravedad especifica del gas en solución, se define por el promedio

pesado de las gravedades específicas del gas separado en cada separador. Este

promedio pesado se basa en la razón gas-petróleo en el separador, o sea:

Donde n es el número de separadores; Rsep, la relación gas-petróleo en el

separador en PCN/BN; Ysep, la gravedad del gas en el separador: Rst, la relación

gas-petróleo en el tanque en PCN/BN; y Yst, la gravedad del gas en condiciones

de tanque.

EJERCICIO:

En una muestra de petróleo crudo se llevó a cabo una prueba de

separadores. Los resultados, en términos de la relación gas-petróleo en el

separador y de la gravedad especifican del gas separado, se dan a continuación:






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Calcule la gravedad específica del gas separado.

Solución:

Usando la ecuación:

Se obtiene:

TEMA 3. SOLUBILIDAD DEL GAS

DESARROLLO

Según CRAF, define la solubilidad de gas como la cantidad de gas que se

encuentra en solución en petróleo crudo a determinada condiciones de

presión y temperatura. Generalmente se expresa por los pies cúbicos de gas a

condiciones normales (PCN) disueltos en un barril de petróleo, también a

condiciones normales (BN) y se denomina Rs = PCN/BN.






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Fig.1 Relación de la presión y temperatura entre gas y petróleo.

La solubilidad de gas en petróleo crudo depende de:

a) Presión.

b) Temperatura.

c) Composiciones de gas y de petróleo.

Para un mismo gas y petróleo a una temperatura constante la cantidad de

gas en solución aumenta proporcionalmente con la presión; y a una presión

constante, la cantidad de gas en solución disminuye a medida que la temperatura

aumenta.

Cuando tenemos una presión por debajo de la presión de burbujeo el gas

comienza a liberarse y por ende la relación Rs va a disminuir.

La cantidad de gas que existe en el petróleo va hacer siempre la misma a

menos que se inyecte gas.

Se dice que un petróleo crudo está saturado con gas a cualquier presión y

temperatura si al reducir ligeramente la presión se libera gas de la solución.

Inversamente, si no se libera gas de la solución, se dice que el petróleo esta

subsaturado (o no saturado), a esa presión. El estado subsaturado implica que

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existe una deficiencia de gas y que si hubiera existido suficiente gas, el petróleo se

encontraría en un estado saturado a esa presión. Más aun, el estado subsaturado

implica que no existe gas libre en contacto con el petróleo, es decir, no hay capa

de gas. Estos datos se obtienen mediante estudios de laboratorio de PVT

realizado con una muestra de fluido obtenida del fondo de un pozo del yacimiento

Big Sandy, usando el proceso de liberación instantánea. Standing ofrece un

método de correlación donde la razón puede obtenerse si se conoce la presión y

temperatura del yacimiento, la gravedad API del petróleo fiscal y la gravedad

especifica del gas producido. También, en muchos casos, la razón inicial del gas

disuelto-petróleo se aproxima a la razón gas-petróleo de producción al comienzo

de las operaciones de producción.

El concepto de solubilidad permite la clasificación de los yacimientos, esta

es:

Yacimientos Saturaros: son aquellos que por agotamiento de la

presión se puede liberar gas.

Yacimientos Subsaturados: son aquellos que por disminución de la

presión no liberan gas, es decir, no existe capa de gas libre en

contacto con el petróleo.

Rs = volumen de gas que se puede disolver en un barril normal de petróleo

÷ volumen de petróleo a condiciones normales. (Condiciones normales o de

superficie igual a 14,7 libras por pulgada cuadrada absoluta, psia o lpca y 60

grados Fahrenheit).

Correlación de standing:

Rs= γ g . ((P

18.2+1.4 ¿ .100.0125 .º API−0.00091∗(T−460)¿❑1.2048

Donde T= temp, ºRP= presión del sistema psia






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Rs=γg∗¿Donde Pb=10[ 2.8869−( 14.1811−3.3093∗log (P¿ ¿0.5 ]

APLICACIÓN

En la figura publicada anteriormente se muestra la variación de gas en

solución con la presión para el fluido del yacimiento Big Sandy, Ohio, a la

temperatura de yacimiento, 160F. a la presión inicial del yacimiento 3500 lpca, el

gas en solución es 567 PCS/BF.

El grafico ilustra que no se desprende gas de la solución al reducir la

presión inicial hasta 2500 lpca. Por consiguiente, el petróleo esta subsaturado en






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esta región y no existe fase gas libre en el yacimiento. La presión de 2500 lpca se

denomina presión del punto de burbujeo, ya que a esta presión aparece la primera

burbuja de gas. A 1200 lpca, la solubilidad del gas es de 337 PCS/BF, y la

solubilidad promedia entre 2500 lpca y 1200 lpca es:

Solubilidad promedio= 567-337/2500-1200 = 0.177PCS/BF/lpc

CONCLUSIÓN

La clasificación de los crudos según la gravedad API es un indicativo de la

calidad y contenido de compuestos livianos presentes en dicho hidrocarburos,

luego, una vez caracterizado el fluido, vemos a grandes rasgos los aproximados

porcentajes de derivados posibles de obtención de los fluidos objetos de estudio.

La densidad, la gravedad especifica y los grados API, denotan la relación

correspondiente de peso específico y de fluidez de los crudos con respecto al

agua.

A medida que aumenta la temperatura de las muestras, la densidad de estas

disminuye, y de manera proporcional lo hace la gravedad específica, también se

concluye que la gravedad API, se comporta de manera inversamente proporcional

a la densidad y gravedad especifica

La gravedad API, se comporta de manera inversamente proporcional a la

densidad y gravedad especifica. El método del hidrómetro es considerado más

rápido y preciso que el método del picnómetro, para determinar la gravedad API.

La gravedad específica de un líquido se define como la razón (cociente) de la

densidad del líquido a la densidad de un líquido base (generalmente agua) a las

mismas condiciones de presión y temperatura, El valor total de la razón gas-






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petróleo de un sistema de separación dado, es simplemente la suma de las

razones gas-petróleo de los separadores más la del tanque.

FUENTE BIBLIOGRAFICA

Tema 1 “GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL PETROLEO”

“Fundamentos de la Ingeniería de Yacimientos” – Autora: Magdalena

Paris de Ferrer

Análisis y Explotación del Petróleo – Archivo: PDF

http://www.energianow.com/Articulos/

api_gravespecifica_correc.xtempdocx.pdf

Tema 2 “GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL GAS EN SOLUCIÓN”

Paris Magdalena; fundamentos de ingeniería de yacimientos; Edit.

Ediciones Astro Data; Maracaibo, Venezuela; 2009. Pag. 17

Tema 3 “SOLUBILIDAD DEL GAS ”

http://ingenieria-de-petroleo.lacomunidadpetrolera.com/2009/04/solubilidad-del-gas.htm

http://ingenieria-de-yacimientos.lacomunidadpetrolera.com/2009/04/solubilidad-del-gas.html

http://eulynelhernandez.blogspot.mx/2009/10/resumen-clase-n1-analisis-pvt-son.html

http://audracolmenares.blogspot.mx/2009/10/parametros-pvt.html

http://audracolmenares.blogspot.mx/2009/10/parametros-pvt.html







http://www.energianow.com/Articulos/api_gravespecifica_correc.xtempdocx.pdf

http://www.energianow.com/Articulos/api_gravespecifica_correc.xtempdocx.pdf

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