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SISTEMAS DE

LEVANTAMIENTO ARTIFICIAI

Erik Giovany Montes PáezIngeniero de Petróleos UISEspecialista en Producción de Hidrocarburos UISCandidato a Magíster en Ingeniería de Hidrocarburos

erikmontes@gmail.com

Fundación Educativa del Oriente ColombianoUNIORIENTE2012

Capítulo 1: Fluidos del

yacimiento

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GENERALIDADES DE LOSFLUIDOSDEFINICIONES DE FLUIDO:• Materia en estado líquido o gaseoso.• Es un cuerpo cuyas moléculas pueden moverse fácilmenteunas respecto a otras de tal forma que adoptanespontáneamente la forma de la vasija que los contiene.• Sustancia o medio continuo que se deforma continuamenteen el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensióntangencial sin importar la magnitud de ésta.

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FLUIDOS DEL YACIMIENTO

Fluidos delyacimiento

Hidrocarburos

Petróleo

Gas

NoHidrocarburos

Agua

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CARACTERÍSTICAS DEL AGUA• El agua está formada por hidrógeno yoxígeno.• En una relación de 2 átomos de hidrógenopor cada átomo de oxígeno.• Es insípida e inodora.• En la cima del Everest, el agua hierve aunos 68°C, mientras que al nivel del mar estevalor sube hasta 100°C.• El agua pura tiene una conductividad

eléctrica relativamente baja, pero ese valor seincrementa significativamente con la disoluciónde una pequeña cantidad de material iónico,como el cloruro de sodio.• La diferencia de electronegatividad deloxígeno y el hidrógeno forma un dipolo

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EL AGUA DE PRODUCCIÓN¿De dónde proviene?

• Acuífero bajo la capa deaceite y agua.

• Agua connata que seencuentra en el

yacimiento.• Agua condensada delvapor durante los cambiosde presión en laproducción.

• Agua proveniente deformaciones diferentes alyacimiento.

• Agua de recobro

mejorado.• Combinación de las

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EL AGUA DE PRODUCCIÓNEl agua de producción normalmente es salada, concompuestos inorgánicos disueltos, escamas suspendidas,gases disueltos, hidrocarburos dispersos, bacterias yvariedad de sustancias toxicas y radiactivas naturales.

De acuerdo con el TDS (Total DissolvedSolids), se clasifica en:• Agua fresca: TDS < 1,000 mg/l• Agua salobre: 1000 < TDS < 20000 mg/l

• Agua salina: 20000 < TDS < 35000 mg/l• Salmuera: TDS > 35000 mg/l

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EL AGUA DE PRODUCCIÓNEl contenido iónico del agua se presenta fácilmente pormedio de un diagrama de Stiff.

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Un hidrocarburo es un compuesto orgánico formadoprincipalmente por átomos de hidrógeno y carbono.

Hidrocarburos

Alifáticos

Alcanos Alquenos Alquinos Cicloalifáticos

Aromáticos

HIDROCARBUROS

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ALCANOS• Los alcanos son compuestosexclusivamente de hidrógeno y carbono.• Su fórmula general es CnH2n+2, donde n esel número de carbonos presentes en lamolécula.•

También reciben el nombre dehidrocarburos saturados o parafinas.• El nombre proviene de las raíces latinas

parum (poco) y affinis (afín), debido a quetiene poca reactividad con otros compuestos.• Lo que conocemos comúnmente comoparafina (depósitos) usualmente correspondea moléculas pesadas (del C 20 al C40).• El “Punto de Nube” es la temperatura a la

cual se produce la precipitación de parafinas.

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ALCANOSn Nombre Punto de

fusión (°F)

Punto de

ebullición (°F)

Gravedadespecífica

(60°F)1 Metano -296,4 -258,7 ---2 Etano -297,0 -127,5 ---3 Propano -305,7 -43,7 ---

4 Butano -217,1 31,1 ---5 Pentano -201,5 96,9 0,6316 Hexano -139,6 155,7 0,6647 Heptano -131,1 209,2 0,6888 Octano -70,2 258,2 0,7079 Nonano -64,3 303,5 0,72210 Decano -21,4 345,5 0,73411 Undecano -15,0 384,6 0,74012 Duodecano 14,0 421,3 0,749

* A partir del C18 se tienen alcanos sólidos a condicione

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OTROS ALIFÁTICOS ALQUENOS (CnH2n):• Son conocidos como hidrocarburosinsaturados u olefinas.• Las propiedades físicas se comportan deforma similar a los alcanos.

ALQUINOS (CnH

2n-2):

• Contienen uno o varios enlaces triplescarbono – carbono en su estructura molecular.• A medida que aumenta la masa molaraumentan la densidad y los puntos de fusión yebullición.

CICLOALIFÁTICOS:• Pueden ser cicloalcanos o cicloalquenos.• Es común usarlos como monómeros en la

industria petroquímica.

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AROMÁTICOS

• Su estructura contiene enlaces resonantes.• Su ejemplo más común es el benceno.• Constituyen casi la mitad de los compuestos orgánicosexistentes.• Campos de aplicación: vitaminas (excepto la vitamina C),

hormonas, condimentos, perfumes, tintes, dinamita, gaseslacrimógenos, solventes (benceno, xileno, tolueno).

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COMPOSICIÓN

Compuesto Gas Crudo liviano Crudopesado

Metano 81,02 67,00 48,83Etano 10,54 16,04 2,75Propano 5,31 8,95 1,93Butano 1,63 4,21 1,60Pentano 0,51 1,44 1,15Hexano 0,27 0,44 2,59

Heptano+ 0,03 0,49 32,15Sulfuro dehidrógeno

0,31 0,72 6,45

Dióxido de carbono 0,27 0,40 1,86Nitrógeno 0,20 0,31 0,69

En la tabla se presentan las composiciones (porcentajemolar) de una muestra de gas y una de crudo.

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TAREA No. 1a) Explique al menos tres maneras de clasificar el crudo:• A partir de su gravedad API (pesado, liviano, etc.)• A partir de su contenido de contaminantes (dulce, ácido,etc.)• A partir de su composición (parafínico, nafténico, etc.)

b) Buscar un artículo en la revista Carta Petrolera, leerlo yrealizar un comentario de una página en el que se resumael artículo y se presente una opinión sobre el mismo.

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COMPORTAMIENTO DE FASESUna FASE es una parte homogénea y distinta de unsistema, que se encuentra separada de las otras partes porun límite definido.No necesariamente es continua.

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COMPORTAMIENTO DE FASES

EJERCICIOSDetermine en qué estado (líquido o vapor) se encuentranlas siguientes sustancias:a) Un cilindro de propano que se encuentra a 80°F y

200psia.b) Una muestra de hexano que fue calentada a presiónatmosférica hasta alcanzar una temperatura de 180°F.

c) Una celda de laboratorio que contiene metano a390°R y 1500psia.

d) Una muestra de butano que fue calentada hasta los400°F a una presión de 2000psia.

e) Un cilindro de etano a 40°F y 400psia.

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COMPORTAMIENTO DE FASESSISTEMA DE UN COMPONENTE:

P r e s

i ó n

Volumenespecífico

T1T2

T3

T4

Tc

T5>Tc

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COMPORTAMIENTO DE FASES

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COMPORTAMIENTO DE FASESSISTEMA DE DOS COMPONENTES:

P r e s

i ó n

Volumenespecífico

T1

T2

T3

Tc

Procío

Pbur b

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COMPORTAMIENTO DE FASESSISTEMA DE DOS COMPONENTES:

P r e s

i ó n

Temperatura

Pc

Pcricondembárica

Tcricondentérmic

a

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COMPORTAMIENTO DE FASESSISTEMAS MULTICOMPONENTES:

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COMPORTAMIENTO DE FASES

P r e s

i ó n

Temperatura

• Gas Seco• Gas Húmedo• GasRetrógrado• Aceite Volátil• Aceite Negro

Condiciones:Inicial de

yacimientoFinal de yacimiento

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FLUIDOSPara llegar a caracterizar los fluidos del yacimiento se

deben conocer algunas de sus propiedades como son:• Densidad• Gravedad Específica•

Gravedad API• Viscosidad• Factor volumétrico• Factor de merma•

Solubilidad del gas• Relación Gas - Petróleo• Relación Gas - Líquido• Composición

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FLUIDOSDENSIDAD DE UNA MEZCLA DE LÍQUIDOS

Para determinar la densidad de una mezcla de líquidos (porejemplo, crudo y agua) se debe realizar un cálculo sencillo:

O también:

Ejemplo:Un pozo se encuentra produciendo 1300BOPD y 600BWPD.El crudo tiene una gravedad API de 20°. Determine ladensidad (lb/Bl) de la mezcla.

Respuesta: La mezcla tiene una densidad de335,6lb/Bl.

BSW BSW owmezcla

1**

BSW BSW owmezcla

1**

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FLUIDOSSOLUBILIDAD DEL GAS

La cantidad de gas disuelto en un aceite a condicionesde yacimiento es llamado “Relación de gas disuelto” o“Relación gas-aceite en solución” .

Se define como la cantidad de gas que sale del aceite amedida que éste se lleva de las condiciones deyacimiento a las de superficie.

Un crudo está saturado cuando una leve disminución depresión libera una cierta cantidad de gas.

STBSCF

CS aceitedeVolumenCS gasdeVolumen

Rs @ _ _ @ _ _

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FLUIDOSSOLUBILIDAD DEL GAS

R s

Presión de

yacimiento

Pburbuja

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FLUIDOSSOLUBILIDAD DEL GAS

Ejemplo:Una muestra de líquido de 400ml a condiciones deyacimiento fue llevada a condiciones estándar. En eseproceso se liberaron 1,21 pies cúbicos de gas, quedando un

volumen de aceite de 274ml.¿Cuál es la relación gas-aceite en solución?

STBSCF

gal Bl

ml gal

ml

SCF Rs 702

421

37851

274

21,1

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FLUIDOSGOR & GLR

Es importante diferenciar la relación gas-aceite de la relacióngas-líquido.

STBSCF

CS aceitedeVolumenCS gasdeVolumenGOR @ _ _

@ _ _

STBSCF CS líquidodeVolumen CS gasdeVolumenGLR @ _ _ @ _ _

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FLUIDOSFACTOR VOLUMÉTRICO DE FORMACIÓN

A medida que el crudo fluye desde el yacimiento hacia lasuperficie libera componentes livianos, perdiendo volumen.

Este cambio en volumen es expresado en términos deFactor Volumétrico de Formación, definido como el volumende fluido de yacimiento necesario para obtener un barril decrudo a condiciones estándar.

STB yac Bl

CS aVolumen yacimientodeVolumen

O@

_ _ _ _

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FLUIDOS

Ejemplo:Una muestra de líquido de 400ml a condiciones deyacimiento fue llevada a condiciones estándar. En ese

proceso se liberaron 1,21 pies cúbicos de gas, quedando unvolumen de aceite de 274ml.¿Cuál es el factor volumétrico del crudo?

STB Bl CS ml yacimientoml

O /46,1@274@400

FACTOR VOLUMÉTRICO DE FORMACIÓN

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FLUIDOSEJERCICIO

De acuerdo con la información suministrada determine: o,w, Rs, GOR y GLR.

1650Bls deFluido

40%BSW0% Gas

3200PCS degas

620 Bls de agua

780 Bls deaceite

Respuestas: o = 1,27bls/STB w = 1,06bls/STBRs =4,10SCF/STB

GOR =4,10SCF/STB

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CINCO TIPOS DE FLUIDOS

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CINCO TIPOS DE FLUIDOS

Componente Aceitenegro

Aceitevolátil

Gascondensado Gas húmedo Gas seco

C1 48,83 64,36 87,07 95,85 86,67

C2 2,75 7,52 4,39 2,67 7,77

C3 1,93 4,74 2,29 0,34 2,95

C4 1,60 4,12 1,74 0,52 1,73

C5 1,15 3,97 0,83 0,08 0,88

C6 1,59 3,38 0,60 0,12 ---

C7+ 42,15 11,91 3,80 0,42 ---

Uno de los factores que permite diferenciar el tipo de fluidoes la composición de hidrocarburos.

En la tabla se presenta la composición (en porcentajemásico) de los cinco tipos de fluidos hidrocarburos del

yacimiento.

ACEITE NEGRO

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ACEITE NEGRO

ACEITE NEGRO

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ACEITE NEGROLos yacimientos de aceite negro se caracterizan por tenerrelaciones gas-petróleo menores que 2000 SCF/STB,gravedades API de liquido menores que 40 y factoresvolumétricos de formación menores que 2Bl/STB.La temperatura de yacimiento esta a la izquierda y alejadadel punto critico de la mezcla. Las líneas de calidad

presentan espaciamientos muy similares.Los petróleos negros se caracterizan por tener un altocontenido de compuestos pesados en contraste con lacantidad de componentes livianos presentes en la mezcla.

Esto se refleja en los bajos factores de merma que resultande su producción.Con el tiempo: aumenta el GOR, disminuye la gravedad API,aumenta el factor volumétrico (hasta alcanzar la presión deburbuja en el yacimiento).

ACEITE VOLÁTIL

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ACEITE VOLÁTIL

ACEITE VOLÁTIL

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ACEITE VOLÁTILComparado con el aceite negro, el rango de temperatura deldiagrama de fase de aceite volátil es más pequeño, laslíneas isovolumétricas se unen en la parte superior, y elpunto crítico se encuentra más a la izquierda.Se denominan petróleos volátiles a aquellos fluidos cuyatemperatura de yacimiento esta a la izquierda y muy cercanaal punto crítico de la mezcla. Se diferencian de los anteriorespor tener menos componentes pesados y mayor cantidad decomponente intermedios (C2 a C6).Se caracterizan por tener GOR entre 2000 y 3000 SCF/STB,

gravedades API de liquido mayores que 45, y factoresvolumétricos de formación mayores que 2Bl/STB.Son llamados también “aceites de alta merma” .Con el tiempo: aumenta el GOR, aumenta la gravedad API.

GAS CONDENSADO

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GAS CONDENSADO

GAS CONDENSADO

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GAS CONDENSADOLos yacimientos de gas condensados se caracterizan por

tener relaciones gas-petróleo entre 3000 y 150000SCF/STB y gravedades API del liquido mayores que 50.Los yacimientos de gas condensado presentantemperaturas de yacimiento entre la temperatura del puntocrítico y la temperatura cricondentérmica.Cuando en el yacimiento se produce una reducciónisotérmica de presión y se entra en la región de dos fasesocurre la llamada condensación retrógrada de las fraccionespesada se intermedias, que se depositan como liquido en

los poros de la formación.Este líquido lograra fluir hasta el pozo cuando se alcance lasaturación crítica del líquido lo cual raramente sucede.Con el tiempo: la gravedad API aumenta.

GAS HÚMEDO

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GAS HÚMEDO

GAS HÚMEDO

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GAS HÚMEDOLos gases están compuestos en su mayoría porcomponentes livianos.La temperatura para este tipo de yacimientos es mayor quela cricondentérmica de la mezcla, por lo tanto nunca setendrán dos fases en el yacimiento, sino únicamente fasegaseosa. A condiciones de superficie el fluido entra en la región dedos fases produciendo se con relaciones gas petróleomayores que 150000 SCF/STB.Los líquidos obtenidos en el tanque tienen una gravedad API muy alta, mayor que 70. Estos líquidos se denominan“condensados” .Con el tiempo: la gravedad API no varía.Es usual que en un yacimiento con capa de gas, el gas seahúmedo y el crudo sea volátil.

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GAS SECO

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GAS SECOEstos yacimientos contienen principalmente metano, conpequeñas cantidades de etano, propano y mas pesados.Ni a condiciones de yacimiento, ni a condiciones desuperficie se entra en la región de dos fases, por lo cualsolo se produce gas de estos yacimientos.

El gas seco es virtualmente metano puro. La envolvente dedos fases, permanece por debajo de las condiciones desuperficie y de yacimiento.Normalmente se obtiene agua condensada en superficie,por lo que no debe relacionarse el término “seco” con la noproducción de agua, sino con el hecho de que no secondensan hidrocarburos.

COMPORTAMIENTO DE FASES

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COMPORTAMIENTO DE FASES

P r e s

i ó n

Temperatura

• Gas Seco• Gas Húmedo• GasRetrógrado• Aceite Volátil

• Aceite Negro

Condiciones:Inicial de

yacimientoFinal de yacimiento

CINCO TIPOS DE FLUIDOS

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CINCO TIPOS DE FLUIDOSCaracterística Aceite

negroAceitevolátil

Gascondensado

Gashúmedo Gas seco

Relación gaslíquido

(SCF/STB)<2000 2000 –

30003000-15000 >15000 >100000

GravedadAPI del

líquido en eltanque

<40 45-55 >50 >70

No hay

líquidos ensuperficie

Factorvolumétrico

del crudo

(Bl/STB)

<2 >2No hay

líquidos enyacimiento

No haylíquidos enyacimiento

No haylíquidos enyacimiento

Color dellíquido en el

tanqueOscuro Verde -

Naranja Gasolina Transparente

No haylíquidos

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MECANISMO DE PRODUCCIÓN

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MECANISMO DE PRODUCCIÓNDEL YACIMIENTO

EMPUJE POR CAPA DE GAS

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MECANISMO DE PRODUCCIÓN

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MECANISMO DE PRODUCCIÓNDEL YACIMIENTO

EMPUJE POR GAS EN SOLUCIÓN

MECANISMO DE PRODUCCIÓN

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MECANISMO DE PRODUCCIÓNDEL YACIMIENTO

DRENAJE GRAVITACIONAL

MECANISMO DE PRODUCCIÓN

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MECANISMO DE PRODUCCIÓNDEL YACIMIENTO

EMPUJE POR COMPACTACIÓN DE LA ROCA