propiedades del gas[1]

Propiedades del GasPresentado por:

Luis José Abaúnza DuránJorge Andrés Gómez Portilla

A manera de introducción dividiremos las propiedades en dos grandes subgrupos: Propiedades del Gas Seco Propiedades del Gas HúmedoDefiniremos cada propiedad y después presentaremos las correlaciones para calcular dicha propiedad con datos disponibles del gas.

Introducción

Las condiciones estándar utilizadas en los Estados Unidos para temperatura y presión, son respectivamente 60 F y 14.65 psia. Cualquier ecuación dada en este libro que presente coeficientes que dependan de los valores de las condiciones estándares, deben modificarse para encajar las condiciones aplicadas.

Condiciones Estándar

Son los más fáciles de manejar debido a que no se condensa líquido en el gas a medida que se mueve desde el yacimiento hasta superficie. Por lo cual su composición y su gravedad específica serán las mismas en ambas condiciones.

Gases Secos

Se define como el volumen de gas requerido a condiciones de yacimiento para producir un pie cúbico estándar de gas en superficie. Siendo su recíproco el factor de expansión del gas. El factor volumétrico se halla mediante la siguiente ecuación:

(1) ; siendo

Factor Volumétrico de Formación de Gas

La siguiente imagen muestra el factor volumétrico de formación de gas a temperatura constante, vs presión de yacimiento.

Se define como el cambio fraccional de volumen a medida que varia la presión a una temperatura constante:

(2) Hay que tener en cuenta que lo anterior no

es lo mismo que el factor de compresibilidad Z.

Se da en unidades de .

Coeficiente de Compresibilidad Isotermal del Gas

Typical shape of the coefficient of isothermal compresibility factor of a gas as a function of pressure at constant temperature.

Despejando de la ecuación de gas ideal obtenemos:

(3) Nos ilustra que podemos esperar que el

factor de compresibilidad isotermal sea inversamente proporcional a la presión.

Coeficiente de Compresibilidad Isotermal de un Gas Ideal

A bajas presiones, el factor z decrece a medida que la presión crece. Por lo tanto la derivada parcial del factor Z con respecto a P es negativa, y es mayor comparación de un gas ideal. Para altas presiones la derivada parcial del factor Z con respecto a P es positiva y es menor a comparación de un gas ideal.

Coeficiente de Compresibilidad Isotermal para Gases Reales

Se da por la siguiente ecuación: (5) La compresibilidad pseudoreducida es

función del factor Z y de la presión pseudoreducida.

Para calcular valores de se utilizan la Imagen 3 y la Ecuación 5.

Compresibilidad Pseudoreducida

Imagen 3.

Es una medida de la resistencia a fluir de un fluido. La viscosidad del gas disminuye a medida que la presión de yacimiento disminuye, debido a que las moléculas están simplemente más apartadas las unas de las otras y se mueven más rápido. Pero a medida que la temperatura incrementa a bajas presiones, también aumentará el valor de la viscosidad. Se da en centipoises o centistokes, dependiendo de si es viscosidad dinámica o cinemática respectivamente.

El Coeficiente de Viscosidad de un Gas

Typical shape of gas viscosity as a function of pressure at three reservoir temperatures

Poniendo de ejemplo el Etano podemos darnos cuenta de la imagen 5 que la viscosidad del líquido saturado es igual a la viscosidad del vapor saturado en el punto crítico. Las isóbaras por encima de la línea de saturación dan la viscosidad del etano líquido, y las isóbaras por debajo de la línea de saturación dan la viscosidad del etano gaseoso.

Viscosidad para Gases Hidrocarburos Puros

Viscosities of ethane

La siguiente ecuación puede ser utilizada para calcular la viscosidad de una mezcla de gases cuando se conoce la composición de la mezcla y se conocen las viscosidades de los componentes a una temperatura y presión de interés.

Viscosidad de Mezclas de Gases

La imagen 6 puede utilizarse para obtener viscosidades de los constituyentes usuales del gas natural a presión atmosférica.

La Ley de los Estados Correspondientes se ha usado para desarrollar una correlación de viscosidad del gas. Esta correlación se da de la figura 6-9 a la 6-12. Las cuales dan la tasa de viscosidad, que se multiplica por la viscosidad a una atmosfera para obtener la viscosidad a altas presiones.

Viscosidad del Gas a Alta Presión

Viscosity ratios for natural gases with specific gravities from 0.65 to 0.9

Viscosity ratios for natural gases with specific gravities from 0.9 to 1.2

Viscosity ratios for natural gases with specefic gravities from 1.2 to 1.5

Viscosity ratios for natural gases with specefic gravities from 1.5 to 1.7

Es la cantidad de calor producida cuando el gas se quema completamente a CO2 y H2O, se expresa en BTU/scf.

Húmeda: E gas esta saturado con vapor de agua. Seca: El gas no tiene vapor de agua. Bruta: Calor producido en una combustión completa

bajo presión constante, agua en estado líquido. Neta: Se define de igual manera, solo que el agua

permanece siendo vapor de agua a condiciones estándar.

Capacidad calorífica

La capacidad calorífica para un gas ideal se calcula como:

Pero calcularlo para un gas real se necesita la siguiente ecuación:

Se le llama a los cambios en la temperatura a medida que se reduce la presión cuando un flujo de gas pasa por una válvula, un estrangulamiento ó perforaciones en el casing. La temperatura esta directamente relacionada a la atracción entre las moléculas.

La ecuación:

Efecto Joule-Thomson

La clave para el análisis de los gases húmedos es entender que las propiedades del gas en la superficie no son las mismas que las del gas en el yacimiento. El líquido se condensa a medida que el gas del yacimiento va subiendo a superficie.

Gases Húmedos

Separadores

Composición en Superficie Conocida: La composición del gas de yacimiento puede calcularse conociendo las composiciones del liquido en el tanque de almacenamiento, del gas en el separador, y del gas de ventilación en el tanque de almacenamiento.

Recombinación de Fluidos de Superficie-Composiciones Conocidas

Estimar la gravedad específica del gas en el yacimiento.

Propiedades del Gas en el Separador y del Gas de Ventilación Conocidas: Se utiliza la siguiente ecuación ó la imagen a continuación.

Recombinación de Fluidos de Superficie-Composiciones

Desconocidas

Ratios of reservoir-gas specific gravity

Gravedad específica del gas en el yacimiento Peso molecular del líquido

Propiedades del Gas del Tanque de Almacenamiento Desconocidas: Se usa la siguiente correlación para calcular la cantidad de gas en el 2do separador en un sistema de tres etapas.

VEQ es el volumen equivalente del segundo separador y del tanque de almacenamiento, calculado así:

El gas producido adicional, AGP, es relacionado a la masa de gas producida en el segundo separador y en el tanque de almacenamiento, para tres etapas de separación:

Se define como el volumen de gas de yacimiento requerido para producir un barril de líquido en superficie. Por definición:

Factor Volumétrico de Formación de un Gas Húmedo

Composiciones de Superficie Conocidas: Se calcula la composición del gas en el yacimiento y con esto podemos conocer el factor volumétrico de formación.

Composiciones Desconocidas: Un valor preciso del factor volumétrico de formación se puede hallar estimando el volumen equivalente, VEQ. Se necesita solo la relación gas/aceite del primer separador. Las relaciones del segundo separador y del tanque de almacenamiento se ignoran.

Todo lo discutido anteriormente se puede aplicar también para gases retrógrados siempre y cuando la presión de yacimiento se encuentre por encima del punto de rocío del gas retrógrado. A condiciones diferentes a esta, ninguna de las condiciones de recombinación dadas anteriormente funcionarán.

Gases Retrógrados

Gracias por su atención