Fundamentos De Ingenieria De Yacimientos

CAPITULO 3

3. DISEÑO DEL EQUIPO

Para el diseño del permeámetro de gas se tuvo que realizar un análisis detallado de equipos antes diseñados y se realizo una visita al Laboratorio de Petróleo de Petroproducción. Para lograr adquirir las distintas partes que lo conforman se recurrió a laboratorios mecánicos y a empresas internacionales.

3.1. Principio de funcionamiento

El núcleo del yacimiento es hermetizado en la celda porta núcleo para que el gas que ingresa a la celda atraviese completa y exclusivamente la muestra, para finalmente salir a la atmósfera. El termómetro indica la temperatura de entrada. La presión de entrada, ajustada con el regulador, se puede leer en el manómetro. La tasa de flujo del gas es determinada por la altura del centro del flotador en uno de los tres flujómetros.

El tubo medidor de caudal deseado se selecciona mediante una válvula de tres vías. La válvula de alivio permite que pequeñas cantidades de gas sean descargadas a la atmósfera.

Se recomienda utilizar cualquier tipo de gas comprimido como un medio de medición, siempre y cuando este gas sea inerte y no toxico como el nitrógeno (N2). Un regulador auxiliar debe usarse para reducir la presión del gas comprimido hasta que se establezca ligeramente por encima de la presión de operación del equipo (20 - 50 psig.). Si se usa un compresor de aire, este aire debe estar seco y filtrado. Además, se debe tener cuidado que las pulsaciones del compresor no entren al permeámetro. La viscosidad puede ser determinada de cartas de μ (cp) vs. T (ºC).

La prueba actual de una muestra requiere de un tiempo relativamente pequeño. El manómetro es ajustado a la presión de referencia con la válvula de control de presión (regulador). La válvula de tres vías conecta el correcto tubo medidor de caudal (flujómetro) al sistema, y se obtiene una lectura para el núcleo de la prueba. Después de que la presión en el manómetro haya sido comprobada y si es necesario reajustada, se registra la lectura del flujómetro y la temperatura.

La permeabilidad es calculada de las dimensiones del core y a los valores ajustados y observados, usando una formula deducida de la ley de Darcy con la ecuación de los gases reales (para mayores detalles revise la sección 1.1.2). Quedando la ley para flujo lineal de gases la misma que para líquidos, siempre y cuando que la tasa de flujo de gas, se exprese a condiciones de presión media y temperatura de flujo, la ecuación es la siguiente:

3.1

donde:

k: permeabilidad

: tasa de flujo promedia

μ: viscosidad

l: longitud del core

A: área de sección transversal del core

P1: presión de entrada

P2: presión de salida

3.2. Celda porta núcleos

La celda porta núcleo esta equipada en su parte interna con un caucho el cual es utilizado para hacer la función de la capa impermeable en los yacimientos de hidrocarburos, esta capa impermeable impide la migración del gas, petróleo y/o agua; y junto con el núcleo, simularíamos un reservorio de hidrocarburos a escala.

Para las pruebas de permeabilidad, las muestras de roca (plugs) generalmente están diseñadas en cortes cúbicos o cilíndricos de fracciones de los núcleos del campo los cuales pueden ser extraídos por varios métodos, a continuación se citan algunos:

Extracción de Núcleos

Para que sea efectiva, la extracción de núcleos debe ser planeada teniendo en cuenta la evaluación de la formación. Con núcleos de calidad, las compañías petroleras pueden comprender mejor las características de la formación, incluyendo litología, porosidad, PERMEABILIDAD y humectabilidad.

FIGURA 3.1. BROCAS PARA EXTRAES NÚCLEOS (BAKER HUGHES)

Sistemas toma muestras

Gel Coring

Proporciona muestras de calidad para análisis de reservorios

Preserva la sequedad de la muestra

Protege la integridad física de la muestra

Elimina la invasión estática de la muestra

El gel protege a la muestra de alteraciones de su contenido de fluido y daños a la formación, minimizando el contacto del material con el fluido de perforación y los filtrados. Encapsula totalmente la muestra en el orificio con un gel y lo resguarda hasta que pueda ser sacado del pozo y transportado al laboratorio para su análisis.

Sistema CoreDrill

La extracción de muestras durante la perforación produce altos rendimientos operativos, rápidos cambios de herramientas, sin necesidad de viajes de tubería para obtener las muestras, con mínima interrupción del proceso de perforación.

FIGURA 3.2. COREDRILL

IDGS, Sistema de Obtención de Datos in Situ

Obtiene muestras de mayor calidad, libres de fracturas mecánicas o por sobrepresión, invasión de fluidos o pérdidas de líquido del yacimiento. Los fluidos del reservorio se colectan bajo presión dentro de la muestra de roca.

Los núcleos cilíndricos permiten determinar la permeabilidad en una dirección. Mientras que los núcleos cúbicos permiten determinar la permeabilidad en tres direcciones.

Luego se remueve todas las trazas de petróleo de la muestra y se lo deja completamente seco. Los solventes comúnmente usados para esta extracción son el tricloro-etileno, tolueno, éter, o pentano. No es recomendable usar cores que necesiten de un excesivo calentamiento.

En el caso de cores delicados o frágiles, los cuáles al darles forma mediante lijada podrían dañarse o aplastarse cuando se introducen en la celda porta núcleo, entonces para evitar esto primero se sumergen en cera y luego son introducidos en camisas metálicas, para posteriormente introducirlos en el porta núcleo.

3.3. Sistema de medición de presión

Este permeámetro está calibrado para funcionar a una presión manométrica de entrada de 1 atm para el tubo small, 0.5 atm para el tubo medium y 0.25 atm para el tubo large.

Desde que la presión de salida es de 1 atm absoluta, el gradiente de presión es igual al indicado por el manómetro. Así, las fórmulas nos dan:

Flujómetro Large (0.25 atm): 3.2

Flujómetro Medium (0.5 atm): 3.3

Flujómetro Small (1 atm): 3.4

En el diseño del permeámetro se usó una válvula reguladora de presión de precisión tipo 100LR, tamaño de los puertos de ¼”, rango de presión de salida de 0.5 - 25 psi (5 - 175 kPa.), y presión máxima de entrada de 50 psig. Este regulador fue adquirido a la compañía ControlAir Inc. de los EE.UU., de Norteamérica, la cual tiene como función principal recibir una presión de entrada entre 20 - 50 psig y entregar una presión de salida constante, dependiendo de la posición del tornillo regulador.

FIGURA 3.3. REGULADOR DE PRESIÓN DE PRESICIÓN

El regulador de presión multi-etapa Tipo-100 es de alta precisión. Este controlador de presión provee el nivel más alto de exactitud de regulación y repetibilidad disponible. El Tipo-100 es ideal para aplicaciones extremas de control y de máxima estabilidad bajo variables condiciones de operación. Una capsula de acero inoxidable es utilizada como un elemento sensitivo para activar el servo de alta del mecanismo de control balanceado en el cual la válvula principal es controlada por una válvula piloto. Esto permite obtener una mayor exactitud y elimina muchos de los problemas asociados con reguladores convencionales que usan un rango de soportes y diafragmas (2).

3.4. Sistema de medición de temperatura

La temperatura se mide mediante un termómetro de mercurio cuya escala es de 14 - 37 ºC y se encuentra ubicado en un orificio en la parte superior de la celda porta núcleos, ajustado con un caucho para impedir fugas de gas y para medir la temperatura de entrada al core, que normalmente es la temperatura promedia del laboratorio en el cual esta ubicado el permeámetro.

Esta temperatura sirve para determinar la viscosidad del gas utilizado para atravesar el núcleo, en la tabla 1 tenemos viscosidades para el nitrógeno y en los anexos esta un diagrama para determinar viscosidades de dos gases, la cual es requerida en la ecuación que desarrolló H. Darcy en el año de 1856 para arenas no consolidadas y que mediante futuras modificaciones nos permitió calcular la permeabilidad de las rocas de una forma generalizada.

TABLA 1

TEMPERATURA - VISCOSIDAD PARA EL NITRÓGENO MOLECULAR

T (ºF) μ (cp)

65 0.01738

66 0.01741

67 0.01744

68 0.01746

69 0.01749

70 0.01752

71 0.01754

72 0.01757

73 0.01760

74 0.01762

75 0.01765

76 0.01768

77 0.01770

78 0.01773

79 0.01776

80 0.01778

3.5. Sistema de medición de flujo

Cada permeámetro se calibra individualmente y son provistos de curvas de calibración que dan el flujo de gas en centímetros cúbicos por segundo en función de la altura marcada por la esfera del flujómetro a una presión promedio establecida, las curvas de calibración son

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