TRABAJO DE DIAGRAMAS TERNARIOS

1. CONCEPTOS BÁSICOS

Los procesos de desplazamiento miscible para recuperación de petróleo involucran la inyección de un fluido dentro del yacimiento para desplazar el petróleo que es miscible con el fluido.

Solubilidad: Es la habilidad de una sustancia (fluido) para mezclarse con un fluido o fluidos y formar una sola fase homogénea.

Miscibilidad: Es la habilidad de dos o más sustancias fluidas (gases o líquidos) para formar una sola fase homogénea cuando son mezcladas en todas las proporciones. Para yacimientos de petróleo, miscibilidad se define como ese estado físico entre dos o más fluidos que les permite mezclarse en todas las proporciones sin la existencia de una interfase. Si dos fluidos forman fases después de que alguna proporción de un fluido es adicionado, el fluido es considerado inmiscible.

Procesos Miscibles: Son definidos como procesos donde la efectividad del desplazamiento resulta primariamente de la miscibilidad entre el aceite en sitio y el fluido inyectado. Son considerados procesos miscibles la inyección de solventes hidrocarburos, CO2, gases de combustión y nitrógeno.

En la Figura 1a se puede ver un típico proceso inmiscible, en este caso el metano se comporta como un gas a condiciones atmosféricas y de yacimiento (Presión y Temperatura), presentando un proceso inmiscible al entrar en contacto con el petróleo,  caso contrario ocurre en la Figura 1b donde hay un proceso de miscibilidad entre el propano líquido a condiciones de yacimiento y el petróleo líquido.

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Figura 1. a) Inmiscibilidad metano –petróleo                     b)  Miscibilidad propano-petróleo

FUENTE: HOLM, L. W. Miscible Displacement. Chapter 45. Union oil Co. of California.

1. DESCRIPCIÓN DE UN DIAGRAMA DE FASES3

Diagramas Ternarios

Los diagramas ternarios son representaciones geométricas (triángulos equiláteros) en los que cada vértice de esta figura representa un componente puro. Estos diagramas permiten analizar el comportamiento de una propiedad en especial como por ejemplo la miscibilidad, manteniendo constante la presión y temperatura.

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Figura 2. Diagrama ternario

Modificado de: QUÍMICA INDUSTRIAL DIAGRAMAS DE FASES  http://www.unlu.edu.ar/~qui10192/qi0020405.htm

Imaginen una mezcla, que consta de tres componentes 1, 2 y 3. La composición de la mezcla será un punto dibujado sobre la fracción molar del componente 3 en comparación con el componente 2. De hecho, todo este espacio de dos dimensiones se compone de puntos que representan las concentraciones de los componentes de todas las mezclas posibles.

Tenemos que trazar las concentraciones de tan sólo dos de los componentes, ya que la concentración del tercero siempre se obtiene restando la suma de las fracciones molares de los componentes 2 y 3 de 1.

Todas las composiciones ternarias posibles posibles caen en el interior del triángulo equilátero, los límites del triángulo representan mezclas binarias (el componente en el vértice opuesto al lado en particular no está presente), y los vértices representan los componentes puros. Así, en la figura 2, punto M1 es una mezcla que tiene un 20%, 50% y 30% de los componentes 1, 2 y 3, respectivamente; el punto M2 es una mezcla binaria de 70% del componente 1 y el 30% de componentes 3, y el punto de M3 es del 100% del componente 2. Cualquier variable de concentración (fracción molar, fracción en volumen, fracción de masa) puede representarse de esta manera.

Diagrama Pseudoternario

Un fluido en un yacimiento es una mezcla multicomponentes de cientos de diferentes compuestos hidrocarburos y no hidrocarburos. Para visualizar de una manera sencilla la composición de un crudo se suele utilizar un diagrama pseudoternario como se muestra en la Fig. 3.

La miscibilidad puede describirse a través de pseudodiagramas ternarios; si se representan familias de hidrocarburos con propiedades termodinámicas similares en cada uno de los vértices de un triángulo equilátero. Estos grupos pueden ser:

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Figura 3. Diagrama Pseudoternario

FUENTE: Curso Inyección de Gas. Hycal Energy Research Laboratories Ltd. 1997

• Componentes Volátiles: Principalmente C1 y posiblemente el N2.
• Componentes Intermedios: Todos los componentes intermedios desde el C2 hasta el C6 y posiblemente el CO2 y H2S
• Componentes Pesados. Como el C7 e hidrocarburos C7+.

El análisis de la miscibilidad es realizado en función de la composición de las sustancias presentes en el diagrama; así, cuando se varía la composición de la mezcla variará su miscibilidad.

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Figura 4. Diagrama Pseudoternario

Modificado de MARIN, J.E., Metodología Para Estimar Presión Mínima De Miscibilidad Mediante Una Ecuación De Estado, 2002

La curva AB representa el domo de saturación del fluido a la presión de saturación y temperatura del yacimiento, el punto C es el punto crítico de la mezcla, en donde la composición del líquido es igual a la composición del vapor; el tramo AC representa la fase del vapor la cual es llamada curva del punto de rocío y el tramo CB es la fase líquida del fluido, la cual es llamada curva del punto de burbuja. Cualquier punto que esté dentro de la curva de saturación se encuentra en la región de dos fases (líquido / vapor) como es el caso del punto M y cualquier punto que esté ubicado por fuera de la curva de saturación se encuentra en la región de una sola fase. La línea xy es llamada línea de equilibrio, la cual representa el equilibrio líquido- vapor entre ambas fases.

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