CARRERA DE PETRÓLEO Y GAS DE UDABOL TEMA IV PROPIEDADES FÍSICAS FÍSICAS DEL GAS NATURAL NATURAL Un gas es definido como un fluido homogéneo de baja densidad y viscosidad, en la cual no tiene un volumen definido, pero se expande completamente en un recipiente cerrado. Los gases que se encuentran principalmente en los reservorios de gas, son tanto hidrocarburos (metano, etano, propano, butano y más pesados) como no hidrocarburos (dióxido de carbono, ácido sulfhídrico y nitrógeno), estos últimos también conocidos como impurezas del gas. Para entender mejor los conceptos que se verán más adelante, es necesario definir antes algunas propiedades que se utilizan para cuantificar las propiedades y el comportamiento del gas hidrocarburo dentro del yacimiento.
4.1. Peso molecular aparente (Ma). El peso molecular (Ma) se refiere a la masa de una molécula de una sustancia en relación a la de un átomo de hidrógeno, el peso molecular aparente se define matemáticamente por la siguiente ecuación:
Dónde:
Ma =
Peso molecular de la mezcla.
Yi =
Fracción molar del componente i
Mi =
Peso molecular del componente i
Esta propiedad es la más importante para evaluar el comportamiento de un reservorio a lo largo de su explotación. El comportamiento de una mezcla de gas depende de la composición del gas, debido a que las moléculas individuales de una mezcla de gas son microscópicas.
4.2. Densidad del Gas: La densidad del gas es definida como la masa de gas por unidad de volumen, la ecuación de estado (ideal o Real), puede ser usado para calcular la densidad de gas a varias condiciones de presión y temperatura, la ecuación para determinar la densidad de un gas ideal es mostrada a continuación:
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CARRERA DE PETRÓLEO Y GAS DE UDABOL 4.3. Gravedad especifica del gas (SEg) La gravedad especifica o densidad relativa se definido como la relación entre la densidad del gas y la densidad del aire, ambas medidas a las mismas condiciones de presión y Temperatura. La gravedad específica se representa con la siguiente ecuación:
SEg =
Dónde:
Ma = Yi = Maire=
Peso molecular aparente de la mezcla. Densidad relativa del gas Peso molecular del aire el valor es 28,9625 lbm/lbm-mol lbm/lbm-m ol
La gravedad específica de un gas natural varía entre 0,55 y 0,90, dependiendo de la cantidad de hidrocarburos más pesados que haya en el gas. Asimismo, es importante recordar que la Ley del Gas Ideal es válida únicamente para bajas presiones. A temperatura estándar (15 ºC) generalmente se asume que el gas natural es un gas ideal si la presión es menor a 700 kPa absolutos. Para reservorios de gas condensado se deberá utilizar la siguiente ecuación:
La Gravedad Específica del líquido condensado se deberá calcular a partir de la siguiente ecuación:
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4.4. Propiedades Seudocriticas del gas Otros parámetros útiles en el manejo de mezcla de gases lo constituyen sus propiedades críticas, presión y temperatura critica, las cuales aplicaremos con frecuencia. Para una mezcla de gases, la forma correcta de determinar sus propiedades criticas es solo mediante experiencias de laboratorio, sin embargo, no siempre esto es factible en la práctica y cuando este es el caso se acude a la reglas de Kay, que conducen a valores muy cercanos de presión y temperatura critica.
El método de Kay aplica para determinar valores de Z a presiones inferiores de 3000 PSIA y para gases con densidades relativas menores que 0,75. Asimimos, el meto establecido establecido por Stewart-Burkhardt-Vo Stewart-Burkhardt-Voo o (SBV), y modificado por Sutton debe ser usado a presiones elevadas y densidades relativas merones que 0,75. Si no se conce la composicion del gas, pero si se conoce su densidad relativa, se puede determinar la presion y temperatura seudocriticas a partir de las siguientes correlacion:
Para gas condensado: Para determinar las coordenadas seudo críticas de la mezcla que son válidas para los rangos de densidad relativa de un gas de 0.57 < GEg < 1,68. Una manera simple de
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CARRERA DE PETRÓLEO Y GAS DE UDABOL determinar la temperatura y la presion seudo critica de la mezcla, esta dada por las siguientes ecuacion de Sutton:
Para gas seco: Para determinar las coordenadas seudo críticas para un gas seco, se determinar la siguiente ecuación:
No obstante, se recomienda tener presente las limitaciones debidas al efecto de las impurezas sobre los valores Psc y Tsc porque los resultados resulatados se alejan mucho de la realidad cuando existe impurezas como N2, CO2 y H2S. Estas ecuaciones estan limitados por el contenido de impueza presentadas en la mezcla gaseosa, los maximos porcentajes son de 3% H2S y 5% N2, o un contenido total de impurezas de 7%. Para salvar este obstaculo las propiedades seudo criticas obtenidas pueden ser corregidas atraves de la siguiente ecuaciones.
Una vez obtenidos los valores de la temperatura y presión seudo críticos, se puede calcular la presión y la temperatura seudo reducida con las siguientes ecuaciones:
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CARRERA DE PETRÓLEO Y GAS DE UDABOL 4.5. Facto de compresibilidad compresibilidad (z) El factor de desviación desviación del gas, “z”, es la relación del volumen volumen que ocupa realmente el gas a ciertas condiciones de presión y temperatura con respecto al volumen que ocuparía ese mismo gas pero a condicione ideal en superficie, esto se representa como:
Esta cantidad adimensional tiene un rango de valores que comúnmente caen entre 0.7 y 1.20, un valor igual a 1.00 representa el comportamiento de un gas ideal. A muy altas presiones, mayor a 5.000 PSIA, los gases naturales pasan de una super-compresibilidad a ser muy difíciles de comprimir, incluso más que un gas ideal. El factor de desviación del gas para estas condiciones es un valor mayor a la unidad. Este factor de compresibilidad varía con el cambio de presión, volumen, temperatura y la composición del gas. El factor de volumen del gas comúnmente se obtiene de estudios de laboratorio con los aforos en la superficie s uperficie de los f luidos en producción, producció n, sin embargo cuando no se tienen disponibles dichos estudios se utiliza por lo general un método de correlaciones correlacio nes para estimar el factor de desviación del gas en función de su densidad relativa.
4.6. Factor de volumen del gas (Bg). El factor de volumen del gas, se refiere a la relación r elación que q ue existe de un volumen volum en de gas a condiciones de reservorio con respecto esa misma cantidad de gas pero su volumen medido a condiciones de superficie ( Tcs = 60 °F y Pcs = 14,65 PSIA), es decir:
Generalmente el factor de volumen del gas, se expresa en pies cúbicos a condiciones de reservorio por pies cúbicos a condiciones de superficie. superfici e. Una manera de obtener el valor del factor volumétrico del gas, es a través de laboratorio laboratori o y también utilizando la ley de los gases reales, para llevar gas de cualquier presión y temperatura a condiciones de reservorio y viceversa.
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Si te tiene un valor de temperatura y presión a condiciones de superficie de Tcs = 60 °F y Pcs = 14,65 PSIA, se tiene la siguiente ecuación:
4.7. Compresibilidad isotérmica del gas (Cg). La compresibilidad del gas del reservorio se define como el cambio de volumen que experimenta un volumen unitario de gas por unidad de variación de presión, a temperatura constante. Matemáticamente se expresa de la siguiente manera:
Realizando operación a la ecuación anterior, compresibilidad compresibil idad de un gas de la siguiente forma:
entonces
podemos
representar
la
Viscosidad del gas (µg). La viscosidad del gas es una medida de la resistencia del gas a fluir, la cual varía con la temperatura y presión. Generalmente la viscosidad del gas se incrementa al incrementarse la presión, excepto a muy bajas presiones en las que la viscosidad llega a ser independiente de la presión. A presiones bajas, la viscosidad del gas, a diferencia de la de los líquidos, se incrementa cuando la temperatura se eleva. Esto es causado por el incremento de la actividad de las moléculas cuando la temperatura se incrementa.
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CARRERA DE PETRÓLEO Y GAS DE UDABOL A presiones bajas la viscosidad del gas se incrementa conforme la temperatura se incrementa. Sin embargo, a presiones altas la viscosidad del gas decrece conforme la temperatura incrementa. Determinación de la Presión de Rocío, (Pd): La presión de rocío, se define como la presión a la cual se forma la primera gota de líquido, al pasar de un sistema del estado gaseoso al estado de dos fases, donde la fase gaseosa está en equilibrio con una cantidad infinitesimal infinitesim al de líquido. El conocimiento de la presión de rocío (retrograda) es importante en el estudio de yacimientos de gas condensado porque a presiones por debajo de esta presión ocurre condensación retrógrada en el yacimiento.
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