Propiedades De Los Fluidos En Los Yacimientos Petroleros

5.1 Introducción.

Este capítulo presenta métodos para calcular las propiedades de los fluidos que se requieren para cálculos en ingeniería de yacimientos y de producción. Los análisis de laboratorio son los métodos más precisos para estimar las propiedades físicas y químicas de una muestra de un fluido en particular. En la ausencia de datos de laboratorio, algunas correlaciones empíricas desarrolladas presentan buenas alternativas para estimar las propiedades de los fluidos.

En este capítulo se presentan algunas definiciones y correlaciones para calcular las propiedades de los gases naturales, de los hidrocarburos líquidos y del agua de formación. Se incluyen correlaciones para estimar la compresibilidad del volumen poroso y el coeficiente de flujo no-Darcy para flujo turbulento, el cual es común en el flujo de gas en pozos petroleros.

5.2 Propiedades de gases naturales. Definiciones.

Las propiedades físicas de los componentes puros que se presentan en los gases evaluadas a condiciones estándar de 14.7 lb/pg2abs y 60 °F, se listan en la Tabla 5.1. Estas propiedades, incluyen la formula química, el peso molecular, temperatura y presión crítica, densidades del líquido y gas y viscosidad del gas (para componentes más ligeros que el pentano).

Estas propiedades se utilizan en cálculos que se basan en reglas de mezclado desarrollando las propiedades pseudo para mezcla de gases, incluyendo el peso molecular aparente y la densidad relativa del gas. Las propiedades físicas requeridas para estudios de ingeniería de yacimientos y de producción, se describen a continuación.

5.2.1 Peso molecular aparente de una mezcla de gases. El peso molecular para una mezcla con n-componentes (ncomp) se denomina el peso molecular promedio molar ó aparente de la mezcla y se determina con:

, ...................................................................................................................(5.1)

en donde, Ma es el peso molecular aparente de la mezcla de gases en lbm/lbm-mol, Mj es el peso molecular del componente jth de la mezcla de gas en lbm/lbm-mol y yj es la fracción mol de la fase de gas del componente jth en fracción.

Tabla 5.1 Propiedades físicas de los gases a 14.7 lb/pg2abs y 60 °F

Componente Formula química Peso molecular

(lbm/ lbm-mol) Temperatura crítica

(°R) Presion crítica

(lb/pg2abs) Densidad del líquido

(lbm/ ft3) Densidad del gas

(lbm/ ft3) Viscosidad del gas

(cp)

Hidrógeno H2 2.109 59.36 187.5 4.432 0.005312 0.00871

Helio He 4.003 9.34 32.9 7.802 0.010550 0.01927

Agua H2O 18.015 1,164.85 3,200.14 62.336 - ~ 1.122

Monóxido de carbono CO 28.010 239.26 507.5 49.231 0.073810 0.01725

Nitrógeno N2 28.013 227.16 493.1 50.479 0.073820 0.01735

oxigeno O2 31.99 278.24 731.4 71.228 0.084320 0.02006

Sulfuro de hidrógeno H2S 34.08 672.35 1,306.0 49.982 0.089810 0.01240

Dióxido de carbono CO2 44.010 547.58 1,071.0 51.016 0.116000 0.01439

Aire - 28.963 238.36 546.9 54.555 0.076320 0.01790

Metano CH4 16.043 343.00 666.4 18.710 0.042280 0.01078

Etano C2H6 30.070 549.59 706.5 22.214 0.079240 0.00901

Propano C3H8 44.097 665.73 616.0 31.619 - 0.00788

i-Butano C4H10 58.123 734.13 527.9 35.104 - 0.00732

n-Butano C4H10 58.123 765.29 550.6 36.422 - 0.00724

i-Pentano C5H12 72.150 828.77 490.4 38.960 - -

n-Pentano C5H12 72.150 845.47 488.6 39.360 - -

n-Hexano C6H14 86.177 913.27 436.9 41.400 - -

n-Heptano C7H16 100.204 972.37 396.8 42.920 - -

n-Octano C8H18 114.231 1,023.89 360.7 44.090 - -

n-Nonano C9H20 128.256 1,070.35 331.8 45.020 - -

n-Decano C10H22 142.285 1,111.67 305.2 45.790 - -

Se dan valores de densidad de los líquidos para estos componentes, que puedan existir como líquidos a 60 °F y 14.7 (lb/pg2abs) , se estima la densidad del líquido para componentes que son gases naturales a estas condiciones.

5.2.2 Densidad específica de un gas (densidad relativa). La densidad relativa de un gas, γg, es la relación de la densidad del gas a la densidad del aire seco, ambos medidos a la misma presión y temperatura. La densidad específica del gas en forma de ecuación se expresa como:

, ..............................................................................................................................(5.2)

en donde, g es la densidad de la mezcla de gases en lbm/ft3 y aire es la densidad del aire en lbm/ft3.

A condiciones estándar, ambos el aire y el gas seco se modelan (comportan) en forma muy precisa de acuerdo a la ley de los gases ideales (baja presión y temperatura moderada). Bajo estas condiciones, si se emplea la definición de número de moles, (n=m/M), y de densidad (=m/V), así como la ecuación de estado para gases ideales para el aire y el gas, entonces la densidad relativa de una mezcla de gases se puede expresar como:

, ...................................................................................................(5.3)

en donde, γg es la densidad relativa del gas (aire =1.0), M es el peso molecular aparente del gas en lbm/lbm-mol y Maire es el peso molecular del aire e igual a 28.9625 lbm/lbm-mol

Aunque la ecuación 5.3 considera un gas ideal (que es algo razonable a condiciones estándar), su empleo en la definición para gases reales y mezcla de gases reales es muy común en la industria del gas natural.

5.2.3 Moles y fracción mol. Una libra de mol (lbm-mol) es una cantidad de materia con una masa en libras igual al peso molecular

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