Propiedades Termicas De Los Fluidos Y Rocas

Propiedades Térmicas de Rocas y Fluidos

En cálculos de combustión en el yacimiento o de inyección de vapor y/o agua caliente, se requiere conocer ciertas propiedades térmicas de las rocas y fluidos envueltos. Aunque en muchos cálculos estas propiedades se consideran constantes, la realidad es que ellas dependen de temperatura en la mayoría de los casos.

Entre las propiedades térmicas de rocas se incluyen calor específico, capacidad calorífica de rocas secas y saturadas con agua, petróleo y/o gas, y conductividad térmica. Las propiedades térmicas más importantes de los fluidos, desde el punto de vista de recuperación térmica son:

• Viscosidad

• Densidad

• Calor específico

• Conductividad Térmica

1.1 Viscosidad del petróleo

La viscosidad del petróleo es uno de los parámetros importantes en procesos de recuperación térmica. En general, la viscosidad del petróleo disminuye con el aumento de temperatura. La reducción es mayor, cuando más viscoso sea el petróleo considerado.

En operaciones de recuperación térmica existen tres métodos de uso común para correlacionar viscosidad y temperatura de petróleos crudos.

a) Ecuación de Andrade2

Basado en la linealidad observada entre viscosidad y el recíproco de la temperatura, Andrade propuso la siguiente ecuación:

(1.1)

ó

(1.2)

Donde µ es la viscosidad en centipoises (cp), T la temperatura en grados Kelvin (ºK) ó Rankine (°R) y A y B son constantes.

Conociendo los valores de µ a dos temperaturas diferentes se pueden determinar las constantes A y B, las cuales serán sustituidas en la ecuación (1.1), lo cual da como resultado una ecuación de viscosidad en función de la temperatura, para el petróleo considerado. La ecuación obtenida permite estimar µ en función de T en el rango de temperaturas entre el punto normal de ebullición y el punto de congelamiento del petróleo.

b) Cartas ASTM de viscosidad-temperatura

Es aplicable para productos líquidos de petróleo crudo. Esta carta se basa en la ecuación doblemente exponencial de Walther3.

(1.3)

Donde:

T (ºK)

K = ºC + 273

ν: viscosidad cinemática (µ/ρ) a la temperatura T, en centistoke

ν¡: viscosidad cinemática a la temperatura Ti, en centistoke

Ti: temperatura en °K

n: constante

Conociendo los valores ν a la temperatura Ti y a alguna otra temperatura T, se puede determinar el valor de n, obteniéndose así una expresión matemática para predecir ν en función de T.

Basada en la ecuación (1.3) la carta ASTM de viscosidad-temperatura (figura 1.1), da una línea recta para la variación de ν vs. T. Así, si se prefiere se puede utilizar la carta en vez de la ecuación (1.3), siempre que se disponga de dos valores en ν vs. T.

Figura 1.1 Carta ASTM de viscosidad-temperatura

c) Técnica de un solo punto

A menudo es necesario estimar la viscosidad de un petróleo a una alta temperatura, teniendo solamente un valor de viscosidad a baja temperatura. Una de las pocas técnicas disponibles bajos estas condiciones, es la de Lewis y Squires4, la cual envuelve el uso de la gráfica presentada en la figura 1.2, denominadas correlación generalizada de viscosidad-temperatura.

Figura 1.2 Carta generalizada de viscosidad-temperatura

La gráfica de la figura 1.2 se basa en datos de diferentes líquidos orgánicos y agua, y su desviación en la predicción de µ vs. T es generalmente menor del 20%.

Como ejemplo, se conoce que µ = 1000 cp a 1000 ºF y se requiere conocer µ a 200 ºF el resultado es 50 cp. Empezamos en el eje de las y con el valor de viscosidad conocido luego nos dirigimos horizontalmente hasta la curva trazada para luego bajar hacia el eje de las x y avanzar con el ΔT para volver al eje de las y por el mismo camino.

1.2 Viscosidad de agua y del vapor

La viscosidad del agua en función de temperatura puede estimarse convenientemente, mediante la ecuación de Hawkins5

(1.4)

Donde µw es la viscosidad del agua en centipoises y T la temperatura en ºF.

Para vapor seco y saturado, la viscosidad puede estimarse en función de temperatura mediante la ecuación de Kestin y Richardson6 que a continuación se presenta:

(1.5)

Donde µs, es la viscosidad en micropoises, T la temperatura en ºC y ρ la densidad del vapor en gr/cc a la temperatura T.

Para vapor húmedo, la viscosidad se puede estimar mediante,

(1.6)

Siendo x la calidad del vapor

1.3 Densidad del petróleo

La densidad del petróleo en función de temperatura varía considerablemente de petróleo a petróleo y debe ser determinada experimentalmente. En ausencia de datos experimentales, S. M. Farouq Alí7, recomienda la siguiente ecuación:

(1.7)

Donde T es la temperatura en ºF y ρ la densidad en lbs/pie3

1.4 Densidad del agua

La densidad del agua en función de temperatura puede determinarse de la siguiente correlación, obtenida por ajuste por mínimos cuadrados de datos tabulados:

(1.8)

con

donde ρ es la densidad en lbs/pie3 y T la temperatura en ºF

Para el vapor la densidad depende de la presión de saturación y de la calidad. Al igual que otras propiedades del vapor y algunas del agua.

1.5 Calor específico

Se define como el calor específico de una sustancia, a la cantidad de calor

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