1

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUNOCCIAL

INGENIERIA DE PETRÓLEOS

INGENIERIA DE YACIMIENTOS

TEMA: EJERCICIOS RESUELTOS DEL CAPITULO DE YACIMIENTOS

DE GAS DEL LIBRO DE INGENIERIA APLICADA DE

YACIMIENTOS PETROLIFEROS. Craft

PROFESOR: ING. VINICIO MELO

ALUMNO: AUGUSTO RIOFRÍO

2

1.1 a) A partir de la lista de elementos de la tabla 1.4, determinar los pesos moleculares de los seis primeros compuestos de la

serie de hidrocarburos parafínicos: metano, CH4; etano, C2H6; propano, C3H8; butano, C4H10; pentano, C5H12, y hexano,

C6H14.

b) ¿Cuál es el peso molecular de acetileno cuya fórmula es C2H2?

COMPUESTO PESO MOLECULAR

C2H2 2(12,010)+2(1,008)= 26,036lb-mol

1.2. Los siguientes datos experimentales se obtuvieron en la de-terminaci6n de la constante del gas. Un recipiente de vidrio

evacuado -existe vacío en su interior- pesó 50,000 g. Cuando se llena con nitrógeno puro a 14,40 Ipca y 60 °F, pesa 51,160 g, y

cuando se llena con agua destilada a 60 °F pesa 1050,000 g. Determinar la constante del gas a partir de estos datos. Res.: 10,73.

PESO(recipiente)=50,000g

PESO(recipiente+N2)=51,160g PESO(N2)=1,16g PESO(recipiente+H2O=1050,000g PESO(H2O)=1000g

COMPUESTO PESO MOLECULAR

CH4 1(12,010)+4(1,008)=16,042lb-mol

C2H6 2(12,010)+6(1,008)=30,068lb-mol

C3H8 3(12,010)+8(1,008)=44,0942lb-mol

C4H10 4(12,010)+10(1,008)=58,120lb-mol

C5H12 5(12,010)+12(1,008)=72,146lb-mol

C6H14 6(12,010)+14(1,008)=86,172lb-mol

3

4

5

1.3. Calcular el volumen que un mol-libra de gas ideal ocupara a: a) 14,7 Ipca y 60 °F; b) 14,7 y 32 °F ;cj 14,7 Ipca más 10 oz y 80°F,

y d) 15,025 Ipca y 60°F. Res.: 379,4; 359,0; 377,9; 371,2.

1mol-lb

a) 14,7lpca y 60°F

b) 14,7lpca y 32°F

c) 14,7lpca + 10oz y 80°F

d) 15,025lpca y 60°F

6

1.4. Un tanque de 1000 p3 contiene aire a 25 Ipca y 140 °F. Calcular y presentar en forma tabular para comparación, el peso mo-

lecular, gravedad especifica, moles-libra en el tanque, libras en el tanque, moléculas en el tanque, PCS a 14,7 Ipca y 60 °F, PCS a

14,7 Ipca y 32 °F, PCS a 14,7 lpca+10 oz y 80° F, y PCS a 15,025 Ipca y 60 °F, de los siguientes compuestos: aire, dióxido de carbono,

metano y propano.

VOLUMEN

Elemento M lb-mol GE moles-libra MASA lb MOLECULAS P=14,7lpca y T=32°F

P=14,7lpca y T=60°F

P=15,325pca y T=80°F

P=15,025lpca y T=60°F

Aire 28,97 1 3,88 112,48 1,06E+27 1473,81 1394,4 1468,11 1441,93

CO2 44 1,52 3,88 170,83 1,06E+27 1473,81 1394,4 1468,11 1441,93

Metano 16 0,55 3,88 62,12 1,06E+27 1473,81 1394,4 1468,11 1441,93

Propano 44 1,52 3,88 170,83 1,06E+27 1473,81 1394,4 1468,11 1441,93

V= 1000 ft³

P= 25lpca

T=140°F

7

1.5 a) Definir cuatro formas en que puede especificarse una cantidad de un gas puro.

Libras, moléculas, moles, pies cúbicos b) ¿Cuáles son las tres formas en que un mol de gas puro puede definirse? 1 mol de gas, 379.3 ft3, 1.027*1026 moléculas. 1.6 Un tanque de 500ft3 contiene 10 lb de metano y 20 lb de etano a 90 ºF. a) ¿Cuántos moles hay en el tanque?

molesHnCnCH

lb

molHlbC

lb

mollbCH

292.1667.0625.0

667.030

1*20

625.016

1*10

624

62

4

b)¿Cuál es la presión en el tanque lpca? ¿lpcr?

lpcrP

lpcaP

nRTPV

55.07.1425.15

25.15500

)46090(*732.10*292.1

8

c) ¿Cuál es el peso molecular de la mezcla?

22.2348.15744.7

48.1530*516.0292.1

667.0

744.716*484.0292.1

625.0

21

2262

114

MmezclaMM

MHC

MCH

d) ¿Cuál es la gravedad específica de la mezcla?

8.097.28

22.23

aire

mezclaGE

1.7 Calcular el peso molecular del aire si contiene 78.06% nitrógeno, 21% oxígeno y 0.94% argón; por volumen. Sugerencia: Calcúlese en base de un mol de aire. Obsérvese que en los gases el porcentaje molar y el porcentaje por volumen son los mismos.

96.283755.072.68568.21

3755.0948.39*0094.0

72.632*21.0

8568.2128*7806.0

321

3

2

1

1.8 Determinar el peso molecular y gravedad específica de un gas compuesto por tres volúmenes iguales de metano, etano y propano.

9

036.197.28

30

30667.1410333.5

667.1444*333.0

1030*333.0

333.516*333.0

321

3

2

1

GE

1.9 Un bloque de hielo seco de 10 lb (CO2 solidificado) se coloca en un tanque de 50 ft3 que contiene aire a condiciones atmosféricas de 14.7 lpca y 75 ºF. ¿Cuál será la presión final del tanque cerrado cuando todo el hielo seco se ha evaporado y el gas enfriado a 45 ºF?

lpcaP

n

n

mollb

mollbCO

T

69.3850

)46045(*732.10*357.0

357.013.0227.0

13.0)46075(*732.10

50*7.14

227.044

1*10 2

10

1.10 Un aparato soldador de un equipo de perforación consume acetileno (C2H2) obtenido en cilindros de acero de 20 lb de gas, cuyo costo es $4.50 sin incluir el cilindro. Si un soldador usa 200 ft3 por día medidos en base a una presión manométrica de 16 oz y temperatura de 85 ºF. ¿Cuál es el costo diario de acetileno? ¿Cuál es el costo por MPC a 14.7 lpca y 60 ºF? 1.11 a) Un tanque de almacenamiento de 55000 bl tiene un diámetro p y un altura de 35 p. Cuando se colocan bombas de succión de 20000 bl por día de capacidad, el nivel de petróleo en el tanque está a 25 ft del fondo. El respirador y válvulas de seguridad se has obstruido de manera que comienza a formarse vacío en el tanque. Si el techo del tanque soporta ¾ oz por pl2 ¿Cuánto tiempo transcurrirá antes de que se desplome? Presión barométrica: 29 pl de Hg. Ignórese el hecho de que el techo tenga forma cónica, y la posibilidad de que contenga goteras o escapes. Sugerencia: Calcúlese el volumen inicial del aire en el tanque y el volumen a la presión de colapso. La diferencia entre dos volúmenes se emplea para calcular el tiempo de colapso. Debido a que los valores que entran en los cálculos son grandes y similares entre sí, las operaciones con regla de cálculo pueden dar una diferencia errónea.

15.3$769.0

50.4$*54.0

54.046085*732.10

200*7.15

769.026

1*20

n

lb

mollb

41.15$769.0

50.4$*63.2

63.2)46060(*732.10

1000*7.14

n

11

min9.3

min1440

1*20000

45.55

45.5569.1687014.16926

69.16870347.14

3.14*14.16926

347.143.14047.016

1*

lg4

3

3.14760

7.14*

1

1000*

1000

1*

1

54.2*lg1.29

14.1692661458.5

1*18.95033

4

)2535(*)110(*

4

2

3

322

día

día

bl

blt

blV

V

oz

lb

p

oz

lpcammHg

lpca

mHg

mmHg

cmHg

mHg

plHg

cmHgHgp

adoVolcondens

blf t

blf t

hDV

Volaire

T

b) Calcular la fuerza total sobre el techo al tiempo del colapso.

196335501

12*110

4*347.14*

f t

plf tFAPF

A

FP

c) Si el tanque hubiese contenido más petróleo, ¿en qué forma sería afectado el tiempo de colapso? Explicar.Si existiera

mayor cantidad de petróleo el tiempo de colapso sería menor.

12

1.12 ¿Cuál es el peso molecular de un gas que contiene 50% de C1, 30% de C2, y 20% de C3? Porcentaje por peso. Sugerencia: Calcúlese en base de un mezcla de 100 lb

8.214.454.6912.10

4.444*1.0

54.630*218.0

912.1016*682.0

1.0585.4

46.044

2020100*2.0

218.0585.4

130

3030100*3.0

682.0585.4

125.316

5050100*5.0

321

3

2

1

33

22

11

lb

lbnlblbC

lb

lbnlblbC

lb

lbnlblbC

1.13 ¿Qué volumen ocupará 100 lb de un gas cuya gravedad específica es 0.75 a los 100 ºF y 100 lpca?

33.276

100

)460100(*723.10*7275.21

100

7275.2175.0*97.28

f tV

gas

13

1.14 Un tanque de 10 ft3 contiene etano a 25 lpca y un balón de 2 ft en diámetro lleno con metano a 35 lpca. Despreciando el volumen del caucho y asumiendo condiciones isotérmicas, ¿Cuál es la presión final en el tanque si se revienta el balón?

19.2910

*732.10*2.27

2.2766.1354.13

66.13

*732.10

)1(**3

4*35

54.13

*732.10

)1(**3

410*25

624

3

62

3

4

TTP

TTTHnCnCH

TTHnC

TTnCH

14

1.15 a) ¿Qué porcentaje por peso de metano tiene un gas cuya gravedad específica es 0.65 y está compuesto solo de metano y etano? ¿Cuál es el porcentaje por volumen?

%7.79797.03016

308305.18

*1*

11

**

8305.1865.0*97.2897.28

11

11

1221

21

MetaMmet

MetaMmezcla

MmezclaMetaMmet

MmezclaMetaMmet

Mgasgas

GE

b) Explicar por qué el porcentaje por volumen es mayor que el porcentaje por peso El porcentaje por volumen es mayor ya que se toma en cuenta la relación de moles. 1.16 Un tanque de 1500 ft3 contiene metano a 30 lpca y 80 °F y se le agregan: 1.80 moles de etano a 14.4 lpca y 60 ºF; 25 lb de butano a 75 ºF; 4.65*1025 moléculas de propano a 30 ºF; y 500 PCS (14.7 lpca y 60 ºF) de nitrógeno. Si la temperatura final de la mezcla es 60 ºF, ¿cuál será la presión final del tanque?

15

4.481500

)46060(*732.10*009.13

009.13431.0317.1701.18.176.7

431.058

25

317.146060*732.10

500*7.14

701.110733.2

1*1065.4

76.7)46080(*732.10

1500*30

26

26

P

n

n

n

mol

n

T

b) ¿cuál es el significado de las temperaturas dadas, con los moles de etano, las libras de butano, y los moles de propano? Explicar.

Mientras la temperatura aumenta el gas se expande por lo tanto va a existir mayor cantidad de moles. 1.17 Un tanque de 50 ft3 contiene gas a 50 lpca y 50 ºF. Se conecta a otro tanque que contiene gas a 25 lpca y 50 ºF. Cuando se abre la comunicación, la presión se estabiliza a 25 lpca a 50 ºF. ¿Cuál es el volumen del segundo tanque?

7525

50*5.37

**

2

22

V

VPVP mm

16

¿Cuál es el peso de una molécula de pentano?

26

26103.26

10733.2

72*1

molecula

1.18 Se obtuvo gas a 5.5 centavos por MPC a las condiciones de contrato de 14.4 lpca y 80 ºF. ¿Cuál es el precio equivalente a una temperatura de 60 ºF y presión de 15.025 lpca?

centavoscentavos

n

n

96.5484.2

5.5*692.2

692.2)46060(*732.10

025.15*1000

484.246080*732.10

4.14*1000

1.19 ¿Cuál es el peso aproximado, en toneladas, de un MM PC de gas natural?

tonlbmn

mGE

mol

254963067.2635*97.28*65.0;97.28

67.263541.379

1*1000000

17

1.20 Un cilindro está provisto de u pistón sin escapes y calibrado en tal forma que el volumen dentro del cilindro puede leerse en una escala sea cual fuere la posición del pistón. El cilindro se sumerge en un baño de temperatura constante, mantenida a 160 ºF, temperatura del yacimiento de gas Sabine. El cilindro se llena con 45000 cm3 de gas medidos a 14.7 lpca y 60 ºF. El volumen se reduce en los pasos indicados abajo, y una vez alcanzada la temperatura de equilibrio, las presiones correspondientes se leen con un medidor de pesos muertos. V, cm3 2529 964 453 265 180 156.5 142.2

p, lpca 300 750 1500 2500 4000 5000 6000

a) Calcular y presentar en forma tabular los volúmenes ideales de 45000 cm3 a 160 ºF y los factores de desviación del gas a cada presión.

Vi

Vrz

n

004183.0)46060(*732.10

7.14*5879.1

V, ft3 0,0928 0,0371 0,0186 0,0111 0,0070 0,0056 0,0046

z 1,24 0,917 0,861 0,84 0,913 0,992 1,082

b) Calcular el factor volumétrico del gas a cada presión, en ft3 de espacio del yacimiento por PCN de gas y también en PCN por ft3 de espacio en el yacimiento.

3

3

37.35

0282692.0

f t

PCS

P

zTB

PCS

ft

P

zTg

18

Bg (ft3/PCS) 0,072 0,021 0,01 0,006 0,004 0,003 0,003

Bg (PCS/ft3) 13,81 46,68 99,34 169,8 250 287,6 316,5

c) Dibujar en un mismo papel factor de desviación y los factores volumétricos del gas calculados en b) como función de presión.

c) Expresar el factor volumétrico del gas a 2500 lpca y 160 ºF en ft3/PCS; PCS/ft3; bl/PCS; y PCS/bl.

0,006 (ft3/PCS)

169,8 (PCS/ft3)

0,001 (bl/PCS)

952,5 (PCS/bl)

0

50

100

150

200

250

300

350

300 750 1500 2500 4000 5000 6000

PRESION

z y

Bg z

Bg (ft3/PCS)

Bg (PCS/ft3)

19

1.21 Si la gravedad del gas Sabine es 0.65, calcular los factores de desviación desde cero hasta 6000 lpca a 160ºF, en incrementos de 1000 lb, usando la correlación de gravedad específica de gases de la figura 1.2.

PRESION 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

ppr 0 1,36 2,72 4,081 5,44 6,8 8,16

tpr 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89 2,89

z 1 0,91 0,86 0,84 0,87 0,96 1,13

b)Usando las presiones y temperaturas críticas de la tabla 1.5, calcular y dibujar los factores de desviación del gas del yacimiento Sabine a diferentes presiones y 160 ºF. El análisis del gas es el siguiente.

Compuesto Fracción molar

Peso molec Pc Tc Psr Tsr

C1 0,875 16,04 673,1 343,2 14,0350 589 300,3

C2 0,083 30,04 708,3 549,9 2,4933 58,79 45,64

C3 0,021 44,09 617,4 666 0,9259 12,97 13,99

iC4 0,006 58,12 529,1 734,6 0,3487 3,175 4,408

nC4 0,008 58,12 550,1 765,7 0,4650 4,401 6,126

iC5 0,003 72,15 483,5 829,6 0,2165 1,451 2,489

nC5 0,002 72,115 489,8 846,2 0,1442 0,98 1,692

C6 0,001 86,17 440,1 914,2 0,0862 0,44 0,914

C7 0,001 114,2 258,2 363,2 0,1142 0,258 0,363

671,4 375,9

Presión 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Pr 0 1,489 2,9781 4,467 5,956 7,445 8,934

Tr 1,647 1,647 1,6466 1,647 1,647 1,65 1,647

z 1 0,9 0,83 0,83 0,89 0,97 1,06

Usar el peso molecular y la presión y temperaturas críticas del octano para los heptanos y compuestos más pesados. Dibujar los datos del problema 21 a) y problema 22 a) en un mismo papel para comparación.

20

b) ¿Por debajo de qué presión a 160 ºF puede usarse la ley de los gases perfectos para el gas del campo Sabine con el fin de mantener errores dentro de 2%?

Z Vs presión

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Presión

Z

z ej 21

z ej 22

21

Para mantener un error dentro del 0.02% debe estar debajo de una presión de 180 lpca.

c) ¿Contendrá el yacimiento más PCS de un gas real que de un gas ideal a condiciones similares? Explicar Un yacimiento de gas real va a contener más PCS porque es menos compresible. 1.22 El volumen de una celda -recipiente de prueba- de alta presión es 0.330 ft3 y contiene gas a 2500 lpca y 130 ºF, y a estas condiciones su factor de desviación es 0.75. Cuando se extraen 43.6 PCS de la celda medidos a 14.7 lpca y 60 ºF, por medio de un medidor de prueba de agua, la presión cae a 1000 lpca, y la temperatura permanece en 130 ºF. ¿Cuál es el factor de desviación del gas a 1000 lpca y 130 ºF?

885.0

460130*732.10*0589.0

330.0*1000

0589.0.01148.01737.0

1148.0)46060(*732.10

7.14*6.43

1737.0)460130(*732.10*75.0

2500*330.0

z

n

n

n

T

P T Z Error%

160 620 0,9986 0

170 620 0,9985 0,01001

180 620 0,9985 0,01001

190 620 0,9984 0,02003

22

1.23 a) Calcular el volumen total de la capa de gas de un yacimiento de 940 acres de extensión superficial es decir, el área encerrada por la línea de nivel de espesor cero. Las áreas encerradas por las líneas isopacas 4, 8, 12, 16, 20 pies son 752, 526, 316, 142 y 57 acres, respectivamente. El espesor máximo dentro de la línea isopaca de 20 pies es 23 pies.

Área produc Área razón Espesor Ecuación ΔV

Ao 940 -

A1 752 0,80 4 trap 3384

A2 526 0,70 4 trap 2556

A3 316 0,60 4 trap 1684

A4 142 0,45 4 pir 893,11

A5 57 0,40 4 pir 385,29

A6 0 0 3 pir 57,00

8959

a)Demostrar cuando la razón de las áreas encerradas por dos curvas de nivel sucesivas es 0.50 e error introducido empleando la fórmula trapezoidal es 2 por ciento mayor que empleando la fórmula piramidal.

Area produc Área razon Espesor Δvtrap ΔV pir

Ao 940 -

A1 470 0,50 4 2820 2766,24

A2 235 0,50 4 1410 1383,12

A3 118 0,50 4 705 691,56

A4 58,8 0,50 4 352,5 345,78

A5 29,4 0,50 4 176,3 172,89

A6 14,7 0,5 3 66,09 64,83

5530 5424,42

%92.15530

42.54245530%

E

b)¿Qué error se introduce si se usa la fórmula trapezoidal en lugar de la piramidal cuando la relación de las áreas de 0.333?

23

Area produc Área razon Espesor Δvtrap ΔV pir

Ao 940 -

A1 313 0,33 4 2506 2393,94

A2 104 0,33 4 834,5 797,18

A3 34,7 0,33 4 277,9 265,46

A4 11,6 0,33 4 92,54 88,40

A5 3,85 0,33 4 30,82 29,44

A6 1,28 0,33 3 7,696 7,35

3749 3581,78

%5.4100*3749

78.35813749%

E