Sistemas multicomponentes.
Los sistemas de hidrocarburos que se presentan naturalmente en yacimientos de petróleo y gas, están compuestos de una gran variedad de componentes, que incl incluy uyen en no sólo sólo hidr hidroc ocar arbu buro ros s de la seri serie e para parafi fini nica ca,, sino sino much muchos os otro otros s componentes de otras series. El comportamiento de estos sistemas en la región de vapo vapor-l r-líq íquid uido, o, es muy simila similarr a los siste sistemas mas binari binarios os.. Por Por supue supuest sto, o, los diagramas bidimensionales de presión composición y temperatura-composición, ya no se aplic aplican an en estos estos casos. casos. El comp comport ortami amien ento to de fases fases de siste sistemas mas mult multic icom ompo pone nent ntes es de hidr hidroc ocar arbu buro ros, s, depe depend nde e de la comp compos osic ició ión n y de las las prop propie ieda dade des s de los los comp compon onen ente tes s indi indivi vidu dual ales es.. Las Las cara caract cter erís ísti tica cas s de los los diagramas P- y P-!, son similares a los de los sistemas de dos componentes. Para sistemas multicomponentes de hidrocarburos volátiles, las isotermas de un diagrama P- son similares a los de la "ig. #o. $-%& para un sistema binario. 'in embargo, es muy com(n encontrar encontrar que el lugar correspondiente correspondiente al punto de rocío se observe muy poco o no se observe en absoluto. absoluto. Por lo tanto, es muy difícil fi)ar el punto de rocío por medio de estos diagramas. Para un petróleo crudo, la "ig. #o. $-*+ ilustra una isoterma típica en un diagrama P-. El punto representa el siste sistema ma total totalmen mente te líqui líquido do a una una pres presión ión relati relativa vamen mente te alta. alta. medida medida que que isotrmicamente disminuye la presión, se alcana la presión de burbu)eo en /, Pb, más com(nmente denominada, para petróleos crudos, presión de saturación, Ps. En estos sistemas, se considera que la fase gaseosa se comiena a formar al alcanar el punto de burbu)eo. El gas proviene del gas en solución en el petróleo. Esta Esta idea idea es muy muy raon aonab able le y pued puede e apli aplica cars rse e a cual cualqu quie ierr siste istema ma de hidrocarburos. Por consiguiente, a la presión de saturación, el líquido se considera sat saturado y cualq alquier ier desce scenso en presi esión tra trae como consecu ecuencia desprendimiento de gas, o sea aparecimiento de una fase gaseosa. 0uando se alcana la presión atmosfrica, el sistema original de petróleo crudo consiste en petróleo y gas. Para vaporiar totalmente el sistema, generalmente se requiere muy ba)as presiones1 presiones1 por lo tanto, tanto, el punto punto de rocío rocío práctic prácticamen amente te nunca nunca se alcana. !al 0omo se mencionó antes, los diagramas P-! para un sistema binario y para un sistema sistema multicompon multicomponente ente son similare similares. s. La "ig. #o. $-*2 $-*2 ilustra ilustra el diagrama diagrama P-!, para para una mecla mecla hipotti hipottica ca de hidroca hidrocarbur rburos. os. !al como en un sistema binario, la región de dos fases está cerrada por una curva envolvente, LP, 0!, , formada por la curva de puntos de burbu)eo, LP0 y en la curva de puntos de rocío, !, 0, unidas en el punto crítico, 0.
0onsidrese líneas a igual presión 3isobáricas4 o a igual temperatura 35sotrmicas4 que cruan el diagrama. Por e)emplo, la línea isobárica del caso %, entre los puntos % y $, crua la curva de puntos de burbu)eo en A y la curva de puntos de rocío en /. Esta línea ilustra vaporiación o condensación a presión constante. Entre % y la mecla no cambia de estado, sólo la densidad disminuye al aumentar la temperatura. En comiena la vaporiación 3punto de burbu)eo4 y al aumentar la temperatura, el líquido disminuye y el vapor aumenta hasta llegar a / donde todo el sistema es vapor. Entre / y $, el vapor se sobrecalienta. 'i se considera el sistema en sentido inverso, entre el punto $ y /, el vapor no cambia de estado y permanece homogneo, e6cepto que la densidad aumenta al disminuir la temperatura. En / comiena la condensación 3punto de rocío4. A medida que disminuye la temperatura, aumenta la condensación hasta llegar a donde el sistema es todo líquido. El caso %%, entre los puntos * y +, indica una línea isotrmica. Es un e)emplo de vaporiación o condensación a temperatura constante. Entre 3 y 7, el sistema es vapor homogneo y sólo aumenta la densidad con aumento de la presión. Por aumento posterior en la presión, entre 7 y E. ocurre condensación del sistema. Entre E y +. el sistema es líquido
homogneo y sólo aumenta la densidad con la presión. 8tra característica de los diagramas P-! de meclas, consiste en que la curva envolvente de la región de dos fases, presenta valores má6imos de presión y temperatura, no coincidentes con el punto crítico. En la "ig. #o. $-*2, la presión má6ima ocurre en Pm, y la temperatura má6ima ocurre en !m, y reciben el nombre respectivamente de cricondembárico y cricondentrmico, abreviación de 9critical condensation pressure9 3presión de condensación critica4 y 9critical condensation temperature9 3temperatura de condensación crítica4. La e6istencia del cricondembárico permite seguir una línea isobárica a presión mayor que la crítica, tal como el caso555 3línea entre los puntos 2 y &4, que crua dos veces la curva de puntos de burbu)eo, sin cruar la curva de puntos de rocío. Por otro lado, la e6istencia del cricondentrmico, permite seguir una línea isotrmica a temperatura mayor que la crítica, tal como el 0aso 5 3línea entre los puntos 7 y :4, que crua dos veces la curva de puntos de rocío sin cruar la curva de puntos de burbu)eo. Lo anterior, trae como consecuencia el que ocurra vaporiación y condensación diferente a los 0asos % y %% e6plicados anteriormente, para presión y temperatura menores que la crítica. En el caso %%%, por e)emplo, la línea isobárica 2-&, está a una presión intermedia entre P, 304 y Pm, y crua la curva de puntos de burbu)eo en " y ;. Por lo tanto, bien sea que la temperatura aumente o disminuya, en el punto inicial de intersección con la curva de puntos de burbu)eo 3" o ;4 el sistema es un líquido homogneo y coincide con el comieno de la vaporiación, no 5mporta el camino seguido. !an pronto como la temperatura aumente o disminuya y corte el segundo punto en la curva de burbu)eo 3; o "4 sin cruar la curva de rocío, el sistema estará de nuevo en la misma fase líquida que cuando cortó inicialmente la curva de burbu)eo. Es evidente entonces, que la vaporiación incrementó de cero, pasó por un má6imo y disminuyó de nuevo a cero al cruar por segunda ve la curva de burbu)eo. Por tanto, entre " y ; estará un punto de vaporiación má6ima y ; indica, bien sea condensación 3con aumento de temperatura4 o vaporiación 3con disminución de temperatura4 de acuerdo a la dirección seguida. Este comportamiento anómalo h e denominado por 'age y Lacey 3 y ? sin cruar la curva de burbu)eo, dando lugar a un comportamiento de condensación y vaporiación anómalas, similares al 0aso 555. @a que este caso está relacionado con la curva de rocío, 'age y Lacey 3
sistemas, e6iste una clasificación determinada. Para sistemas gaseosos, o sea aquellos que en el yacimiento se encuentran como gas, se clasifican en condensados o retrógrados, gases h(medos y gases secos. Para sistemas de petróleos, o sea aquellos que en el yacimiento se encuentran como líquidos, se clasifican, de acuerdo al líquido recuperado en superficie, como petróleos de ba)a o alta merma. Los diagramas P-! para estos sistemas, varía%% en la forma y la posición del punto crítico, dependiendo del contenido de volátiles en el sistema. Para sistemas con un alto contenido de volátiles, la temperatura critica del sistema se acerca más a la temperatura crítica del componente más liviano. 8bsrvese los diagramas P-! de las "ig. #os. $-*& a *-+B, para un gas seco 3principalmente metano4, un gas h(medo, una mecla de gas natural-gasolina natural 3sistema similar a un condensado o un gas retrógrado4, para un petróleo crudo liviano de alta merma y para un petróleo crudo más pesado de ba)a merma respectivamente. En la "ig. #o. $-*&, el punto crítico prácticamente coincide con el del metano y está localiado totalmente a la iquierda del diagrama. . medida que el sistema disminuye en volátiles, el punto 0 se desplaa a la derecha y aumenta la temperatura crítica del sistema. "inalmente, los yacimientos de hidrocarburos se clasifican de acuerdo al tipo de fluido e6istente en el yacimiento y de allí derivan algunos nombres. Estos yacimientos están relacionados con los diagramas P-! La "ig. #o. $-+%. 3
yacimientos de condensación retrógrada. E)emploC Punto / en el diagrama de la "ig. #o. $-+%. medida que la presión disminuye debido a la producción, la composición del fluido producido será la misma que la del fluido del yacimiento / y permanecerá constante hasta alcanar la presión del punto de rocío /,. Por deba)o de esta presión, se condensa fluido en el yacimiento, y este líquido condensado se adhiere al material sólido o paredes de los poros de la roca, permaneciendo inmóvil pues generalmente no se llega a alcanar la saturación crítica. Por consiguiente, el gas producido en la superficie tendrá un contenido líquido menor, aumentando la raón gas-petróleo de producción. Esta condensación retrograda continua hasta alcanar, para el sistema de la "ig. #o. $-+%, un porcenta)e má6imo de liquido de %B a 2.250,0 Ipca punto /,. Fna ve que se alcance el punto de rocío, debido a que la composición del fluido producido varía, la composición del fluido remanente en el yacimiento tambin cambia y la curva envolvente comienza a desplaarse. 7esafortunadamente C región de dos fases se desplaa hacia aba)o y a la derecha y esto aumenta la condensación del liquido retrógrado. Por disminución posterior de la presión, de B, a B, 3condiciones de producción4, se presenta una vaporiación del líquido formado por condensación retrógrada. Esta revaporiación ayuda a la recuperación líquida y se hace evidente por la disminuu&n en las raones gas-petróleo en la superficie. La condensación neta de líquido retrógrado es mayor paraC 3a4 menores temperaturas del yacimiento, 3b4 mayores presiones de abandono y 3c4 mayor desviación del diagrama de fases hacia la derecha1 esto (ltimo es una propiedad del sistema de hidrocarburos. 'i las condiciones iniciales coinciden con la curva de rocío, punto /, se habla de un yacimiento de punto de rocío. El diagrama de la "ig. #o. $-*: es típico de un yacimiento de condensado. ;eneralmente el cricondembárico es mayor que la presión crítica. Zona III 3"ig. #o. $-+%4 'i la acumulación ocurre a una temperatura menor que la crítica y presión por encima de la curva de burbu)eo, punto 7 por e)emplo, el fluido en el yacimiento se encuentra en estado líquido. Los yacimientos en esta región se denominan yacimientos no-saturados o subsaturados, ya que a esas condiciones de presión y temperatura, e6iste deficiencia de gas en el sistema. !ambin se habla de yacimientos de empu)e por gas en solución. 7ebido a la ba)a compresibilidad de líquidos del yacimiento, alrededor de %2 6 10-6 lpc-l, la presión disminuye rápidamente con la producción, alcanando el punto 7, o punto de burbu)eo. Para presiones por deba)o del punto de burbu)eo, la liberación de gas del petróleo aumenta formando una-fase de gas libre. Eventualmente el gas libre comiena a fluir hacia el poo, aumentando continuamente. 5nversamente, el petróleo fluye cada ve en menores cantidades, aumentando la raón gas-petróleo de producción 3instantánea4. la presión de abandono 3aunque casi todo el gas de solución se ha recuperado4, la recuperación de petróleo en superficie es relativamente muy ba)a, dependiendo de las propiedades de la roca y fluidos del yacimiento. 0uando e6iste un acuífero, la presión puede mantenerse en el yacimiento por encima de 7, y el petróleo fluye al poo como una sola fase de composición constante, y la recuperación de petróleo en superficie es mucho mayor.
En forma similar al caso del yacimiento de la Gona %%, por deba)o de 7, o sea en la región de dos fases, la composición del fluido en el yacimiento cambia continuamente y la línea envolvente se desplaa. 7e nuevo, un desplaamiento hacia aba)o y a la derecha, hace que se recupere menos líquido 3petróleo4 a la presión de abandono. El desplaamiento de la envolvente, depende del tipo de petróleo. Las "ig. #os. $-*H y $-+B ilustran diagramas P-! típicos para un petróleo liviano 3volátil4 de alta merma y un petróleo relativamente pesado 3ba)a volatilidad4 de ba)a merma. En este (ltimo caso, las líneas de calidad 3igual porcenta)e de líquido4 están relativamente poco espaciadas una de la otra y cerca a la curva de rocío. Por cada volumen de líquido en el yacimiento se obtiene un alto porcenta)e en superficie. En cambio para el caso de petróleos volátiles, las líneas de calidad están más espaciadas y la recuperación en superficie, por cada volumen en el yacimiento es relativamente ba)a. 'i las condiciones iniciales de presión y temperatura se encuentran sobre la curva de burbu)eo, punto 7,, se habla de yacimientos saturados. En este caso, desde el inicio de la producción, comiena a formarse una fase de gas libre. 7e allí en adelante, su comportamiento es similar al de un yacimiento no saturado una ve que alcana el punto de burbu)eo.
'i las condiciones iniciales de presión y temperatura del yacimiento se encuentran dentro de la envolvente, punto E, se habla de yacimientos de dos fases o yacimientos con capa de gas. 8riginalmente e6iste líquido 3petróleo4 en equilibrio con una capa de gas en la parte superior de la estructura. El gas se encontrará en el punto de rocío y el petróleo en el punto de burbu)eo. @a que las composiciones de las fases de petróleo y de gas son completamente diferentes entre sí, tendrán diferentes diagramas de fases y serán distintos del diagrama de fases de la mecla. @a que el líquido 3petróleo4 permanece a condiciones del punto de burbu)eo el yacimiento será producido como un líquido saturado 3o de punto de burbu)eo4, modificado por la presencia de una capa de gas. Esta puede presentar o no comportamiento retrógrado. demás puede ser un gas seco o un gas h(medo. LaI "ig. #o. $-+$ ilusta diagramas P-! para un yacimiento de petróleo con capa de gas. La "ig. #o. $-+$, a4 ilustra el comportamiento retrógrado de la capa de gas y la "ig. #o. $-+$, b4 el comportamiento no-retrógrado de la capa de gas. La "ig. #o. 2!"3 presenta diagramas P-! del petróleo y gas 3h(medo en este caso4 y el diagrama del sistema 3petróleo más gas4 como un total.
