determinacion de saturacion por destilacion

8/10/2019 Determinacion de Saturacion Por Destilacion

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DETERMINACIN DE LA SATURACIN POR EL MTODO DE LA DESTILACIN

- EXTRACCIN

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA

FACULTAD DE INGENIERA

INGENIERA DE PETRLEOS

NEIVA HUILA

2014


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OBJETIVOS

Objetivo General

- Determinar el contenido de agua y aceite de una muestra, empleando el mtodo dedestilacin extraccin con un solvente.

Objetivos Especficos

- Aplicar los conceptos bsicos de Balance de masa para la determinacin desaturaciones en una muestra de yacimiento.

- Adquirir los conocimientos bsicos acerca de la realizacin de la prueba y ponerlos enuso para la determinacin de las caractersticas estudiadas.

- Calcular la saturacin de agua, gas y crudo en la muestra asignada, para as poder darun anlisis de las reservas del yacimiento.


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ELEMENTOS TERICOS

La saturacin es conocida como la relacin de cantidad de fluido que satura el medio poroso.Cuando se conoce sa cantidad y la extensin del volumen poroso se puede determinar el fluidoque est en la roca:

*100Volumendefluido

Svolumentotal

En ingeniera de Yacimientos es muy importante conocer las propiedades del medio porosoporque las cantidades de crudo producidas hasta la superficie dependen de ellas (Porosidad,permeabilidad y saturacin del fluido). Algunos conceptos bsicos indispensables para conocerstas propiedades.

Agua innata, connata o intersticial: Agua que existe en las zonas gasferas-petroleras de unyacimiento por encima de la zona de transicin.

Saturacin residual de petrleo: Es valor de saturacin por debajo de la cual no puede reducirsela saturacin del petrleo.

Saturacin residual del gas: es la saturacin al momento de abandonar el yacimiento de gas.Puede medirse por muestras representativas de la formacin, tambin se puede obtener por unyacimiento invadido de agua siempre y cuando pueda estimarse con precisin el volumeninvadido.

Saturacin crtica: Saturacin mxima alcanzada en el yacimiento al disminuir la presin pordebajo del punto de burbuja antes de que el gas libre del yacimiento comience a fluir a travs

de los canales de la roca (Antes de que la permeabilidad relativa al gas tenga un valor definido).Para determinar la saturacin, existen varios mtodos: Directos o indirectos. En los primeros seusan muestras de la formacin y se les determina la saturacin en el laboratorio. Los indirectosson las mediciones de registros elctricos, presin capilar entre otros.

Un procedimiento bsico, para determinar el petrleo en una roca es el de determinar lasaturacin de agua en un ncleo por cualquier mtodo apropiado y medir la prdida total depeso en la muestra luego de que haya sido sometida al debido proceso de extraccin y secado.El petrleo presente se calcula restando el peso del agua de la prdida total en peso.

Un mtodo prctico en el laboratorio es el de destilacin en una trampa graduada del agua

contenida en la muestra. El aceite se remueve con solventes orgnicos y su volumen se calculapor diferencia de peso entre la muestra saturada y la muestra seca.

En el yacimiento, se determina la saturacin de los fluidos al analizar los ncleos (contenido deagua y petrleo). La saturacin de gas se obtiene restando la de petrleo y aguarespectivamente.


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PROCEDIMIENTO

Destilacin de la muestra

INICIOl

Se pesa el forro (dedal) secol

Luego de que se introduce la muestra, se registra el pesomuestra-dedal

lPasar la muestra al extractor ASTM, conectar el intercambiador de calor (refrigerante) e iniciar

el equipol

Se espera que el volumen de la trampa permanezca constante por 30 minutos para pasar lamuestra a un extractor Soxhletl

Si el color del solvente en el sifn no es limpio despus de 1 hora se repite el proceso anterior,sino

lse coloca el dedal con la muestra en un horno precalentado a 105F y se saca cuando ya no

haya olor a solventel

Esperar hasta que la muestra alcance la temperatura ambiente, en el hornol

Se pesa nuevamente dedal-muestra

lRegistrar los datos

lRealizar los clculos para calcular las respectivas saturaciones

lFIN


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TABLA DE DATOS

Tabla 1. Dimensiones de la muestra

Numero de Muestra 268Volumen de agua 4 ml

Peso saturado con crudo 120.38 gPeso saturado con solvente 121.39 g

Densidad Solvente 0.87 g/ccPeso seco 111 g

Longitud Muestra 4.95 cmDimetro Muestra 3.80 cm

TALLER

1. Calcular la densidad del agua (composicin practica 2) y del crudo (realizar el balance acondiciones del laboratorio), temperatura de laboratorio 88

o

F

En la prctica 2 de corazonamiento se determin que el as que, con el mtodo de Dunlap se obtiene:

Se calcula a condiciones de laboratorio:P laboratorio= 722 mmHgT laboratorio= 88 F

Correlacin McCain:


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3. Calcular la saturacin de fluidos.- SATURACIN DE AGUA

- Volumen poroso (agua + aceite)

- SATURACIN DE ACEITE

Donde

De la anterior ecuacin: ( )

Donde

- Peso del agua en la trampa


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- Peso del aceite en la muestra

-

Volumen del aceite

- SATURACIN DEL GAS

Para esta prueba la saturacin del gas es cero, ya que solo se utilizaron agua y crudo comofluidos saturantes de la roca de yacimiento. De acuerdo a esto la suma de las fracciones desaturacin de agua y aceite debe ser 1.

4. Explique los mtodos para determinar el volumen total de los ncleos.

- INMERSIN EN MERCURIO

Se sumerge un tapn de ncleo en mercurio y el volumen del mercurio desplazado por lamuestra se determina gravimtricamente (Principio de Arqumedes). Se coloca un vaso demercurio sobre la balanza electrnica de bandeja sencilla, y se sumerge el tenedor hasta lamarca de referencia. La marca se ubica de tal manera que la parte superior del tapn de ncleo

quede sumergido de 3 a 7 milmetros dentro del mercurio. Luego se tara la balanza. Se retira eltenedor del mercurio, y el tapn que se va a medir flota a lo largo en el mercurio con el tenedoren la misma marca de referencia. La muestra no debe tocar los lados del recipiente de mercurio.El peso resultante representa la masa del mercurio desplazado.El volumen total se calcula utilizando la siguiente ecuacin:


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- DESPLAZAMIENTO DE MERCURIO (BOMBA DE DESPLAZAMIENTO

VOLUMTRICO)

El volumen total de la muestra se mide por desplazamiento de mercurio utilizando una bombade desplazamiento volumtrico a la cual se conecta una cmara de acero inoxidable.El volumen total de una muestra de ncleo de forma regular o irregular se obtiene por medio dedesplazamiento de mercurio. La cmara que no contenga ninguna muestra, se llena conmercurio hasta el nivel de referencia. El aparato de lectura del instrumento se coloca en cero.Luego se baja el nivel de mercurio, se introduce la muestra y se llena la cmara nuevamentehasta el nivel de referencia. Se obtiene la lectura del volumen del instrumento. La diferenciaentre esta lectura y el cero del instrumento es el volumen total de la muestra.

- FLOTABILIDAD (ARQUMEDES) CON FLUIDOS DIFERENTES AL MERCURIO(EJEMPLO, SALMUERA, ACEITE REFINADO O TOLUENO)

Un cuerpo colocado en un lquido flota por una fuerza igual al peso del lquido desplazado.Se satura una muestra con un lquido de densidad conocida. La muestra puede ser

esencialmente 100% saturada con lquido evacuando el espacio poroso. Se remueve el excesode lquido cuidadosamente (evitando la prdida de grano) de la muestra y luego la muestrasaturada se pesa en el aire. Se llena un cubilete con lquido saturante. Un soporte de alambrefino (de dimetro mximo de 1.0 milmetro) conectado al estribo de una balanza se sumerge enel lquido hasta una marca de referencia, y la balanza se coloca en cero. Luego, se coloca lamuestra en el soporte, se sumerge hasta la marca de referencia y se obtiene el peso sumergidode la muestra.Se puede hacer una revisin al volumen poroso tomando (a) la diferencia en peso de la muestra100% saturada en el aire y el peso seco y b) dividiendo por la densidad del lquido saturante.

5. Explicar los mtodos recomendados segn la litologa de la roca para determinar saturacin

de fluidos (NORMA RP-40)

MTODOS DE PRUEBA RECOMENDADOSTipo de RocaCarbonatos, clsticos consolidados a,b,c,d,e,f,No consolidadas (aceite liviano) c,d,eNo consolidadas (aceite pesado) c,c(*),eCarbonatos con vugs b,d,e,fFracturadas a,b,d

De Arcilla a,c(*),eEvaporados g,eBaja permeabilidad a,b,c,d,e,f,Carbn HShales a,b,cOil shale a(*)Biatomita c,e,


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Clave:a=retorta a presin atmosfricab=extraccin por destilacin (dimetro completo)c=extraccin por destilacin (tapn)d=mtodo de ncleo con presin retenidae=lavado con solvente/Karl Fischerf=mtodo de ncleo de esponjag=mtodo de contenido de yesoh=mtodo de carbn(*)=procedimiento modificado

A continuacin explicamos algunos mtodos contenidos en la norma API RP40

- Mtodo de la Retorta a presin atmosfricaSe obtienen las saturaciones de fluidos de agua y aceite con un proceso de retorta en el cual elaceite y el agua contenidos en una muestra fresca de material de ncleo triturado sonvaporizados, condensados y recolectados en probeta calibrada. La saturacin de gas se

determina en una muestra adyacente litolgicamente similar colocndola en una bomba demercurio y midiendo la cantidad de mercurio inyectado con el agua y/o aceite en sus lugares.Lo bueno de ste mtodo es que os fluidos son recolectados de muestras relativamente grandesasegurando la mejor representacin de la litologa e incrementando la potencial precisin detodas las mediciones; El proceso analtico es rpido y proporciona los datos de saturacinrequeridos dentro de pocas horas; Los volmenes de fluidos son medidos directamente adiferencia de otras tcnicas que dependen de las combinaciones de volmenes de fluidos y laprdida de peso total; y que la prdida de granos, comnmente asociado con areniscas friables yalgunos carbonatos, no afecta los datos de saturacin de fluidos. Aunque la saturacin de agua(y porosidad) puede ser demasiado alto si las muestras contienen grandes cantidades demontmorillonita o yeso que se descomponen en altas temperaturas. Esto a su vez resultar ensaturaciones de aceite demasiado bajas o altos porque el volumen de aceite se expresara como

un porcentaje de un volumen de volumen poroso demasiado alto, o porque la muestra contienehidrocarburos slidos que se descomponen en altas temperaturas respectivamente. Esto a su vezresultar en saturaciones de agua demasiado bajas porque el agua de poro se expresa comoporcentaje de un volumen de volumen poroso demasiado alto. Se requieren curvas decorreccin del volumen de aceite y puede que no sea posible obtener las correcciones para elaceite en cuestin. Puede ser necesario utilizar curvas generalizadas de correccin, basadas engravedades API reportadas o supuestas. Otra limitacin es la de requerir un segundo fragmentodel material de ncleo para determinar el volumen total, densidad natural y el volumen porosolleno de gas, adems de que la muestra debe ser litolgicamente similar a la muestra trituradapara los datos de aceite y agua y los lquidos destilados puedan formar emulsiones.

-

Mtodo modificado de la RetortaEste mtodo es una modificacin del procedimiento bsico de retorta. La diferencia principal esque las mediciones de los volmenes de gas, aceite y agua son realizadas sobre la mismamuestra a diferencia del procedimiento bsico en donde se requieren fragmentos de ncleosadyacentes. En el procedimiento para muestras de pared las muestras son ms pequeas y porlo tanto los equipos son reducidos a escala para proporcionar una precisin comparable. Sepuede aplicar este mtodo en los ncleos de pared por rotacin, pero esto daa las muestraspara futuras pruebas.


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- Mtodo de extraccin por destilacin (dimetro completo)Este procedimiento es apropiado para muestras de tapones y para ncleos de pared por rotacin.El mtodo de extraccin por destilacin (Dean Stark) para determinar la saturacin de fluidosdepende de la destilacin de la fraccin de agua, y la extraccin de solvente de la fraccin deaceite de la muestra. Se pesa la muestra y la fraccin de agua es vaporizada por un solvente enebullicin. Se condensa el agua y se recolecta en un recipiente calibrado. El solventevaporizado tambin se condensa, remoja la muestra y extrae el aceite. La muestra se seca alhorno y se pesa. El contenido de aceite es determinado por diferencia gravimtrica. Estemtodo es bastante aceptado porque el volumen determinado es bastante exacto, la muestra nose daa y se puede utilizar en otras pruebas, pero su humectabilidad puede ser alterada por lasarcillas o lo yesos. Se utilizan temperaturas bajas (100C) que remueven poco agua delhidrxilo de la arcilla. Sin embargo pueden haber errores debido a la presin atmosfrica, lasperlas de destilacin se pueden pegar al vidrio del condensador, puede haber precipitaciones desales por lo que se tiene que usar metanol. Se tiene que corregir la densidad de la salmuera si laconcentracin de slidos es mayor a 20mil ppm, se pueden presentar prdidas de agua, tiempoinsuficiente de destilacin, se debe suponer una densidad para el aceite (error de clculo desaturacin del aceite). El material arcilloso puede pegarse y generar ms errores.

- Shale ProductivaRocas compuestas de partculas de tamao que vara desde la arcilla hasta el limo y sonpotencialmente productoras de petrleo (Kergeno). El anlisis de muestras tomadas de estetipo de formacin puede requerir un manejo especial debido a su baja permeabilidad, unaposible presencia de agua densa y presencia potencial de orgnicos slidos. No se recomiendaun proceso de retorta para muestras que contengan orgnicos slidos. Los orgnicos slidos entemperaturas utilizadas en este proceso generarn petrleo produciendo altos volmenes. Sedebe utilizar un proceso de destilacin para determinar los datos de saturacin de fluido.Si se requieren tiempos de anlisis ms cortos, la remocin de hidrocarburos puede agilizarseaplastando la muestra. La muestra aplastada tambin agilizar el tiempo de equilibrio para lasmediciones de volumen de grano. El mtodo de extraccin por destilacin puede utilizarse para

determinar las saturaciones de fluido en arenas de brea (petrleo) no consolidadas. Con lasdebidas modificaciones representadas en la norma.

- Anlisis de CarbnLas tcnicas bsicas de anlisis de corazones, como el anlisis de retorta y de extraccin de

solvente por destilacin no son adecuados para determinar saturaciones de fluidos en muestrasde carbn. Se han desarrollado mtodos alternativos para medir la saturacin de fluido delcarbn. En el caso del carbn el fluido de principal importancia es el agua. La saturacin deagua, o ms bien, el contenido de humedad es una propiedad fundamental del carbn que debedeterminarse con exactitud para evaluar un estrato de carbn apropiadamente. El mtododescrito aqu para determinar el contenido de humedad en el carbn incluye el secado del agua

en una muestra aplastada en un horno de conveccin y tomar las mediciones sucesivas de pesohasta que se logre el equilibrio. La prdida de peso es equivalente a la cantidad de agua sacada,y el contenido de humedad es reportado como porcentaje de peso de humedad con respecto alpeso de la muestra de carbn mojado. Este mtodo es bastante simple y no se necesitan equiposmuy caros, adems de que las lecturas las puede hacer cualquier persona (sin tener muchasbases tericas). La oxidacin puede ser un gran problema en el carbn y la humedad serrelativamente baja, adems de la variacin de su peso seco que aumentar por ste proceso. Seusa nitrgeno en vez de aire para ayudar a reducir ste proceso.


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- Ncleos con YesoPueden usarse mtodos de destilacin excluyendo el tolueno como solvente, ya que este en supunto de ebullicin deshidrata al yeso, por consiguiente si la muestra contiene gran cantidad deyeso, se presentaran grandes errores en la medicin de los volmenes (agua y poro). Elvolumen de petrleo extrado de la muestra no se ve afectada por la presencia de yeso. Aunqueel proceso de limpieza tarda mucho tiempo, dependiendo de la gravedad del petrleo y lapermeabilidad del ncleo, y la precisin de las saturaciones de agua y aceite es baja conrespecto a muestras que no contengan yeso; los daos a ste son mnimos cuando la limpieza serealiza con una presin moderada. El volumen del poro es ms representativo si el yeso no estdaado y con el contenido del yeso se puede estimar la porosidad.

CUESTIONARIO

1. Qu ventajas y desventajas presenta este mtodo?

Ventajas:- La determinacin del volumen de agua es generalmente muy precisa.- Por lo general, la muestra no se perjudica y puede ser usada para pruebas posteriores.

Sin embargo la humectabilidad puede ser alterada en ciertas arcillas o yeso.- Temperaturas relativamente bajas (100C) son usadas. Por lo tanto, pueden ser

menores si se remueve cualquiera se las aguas de las arcillas.- El procedimiento es simple y requiere poca atencin durante la destilacin lo que le da

una practicidad especial al mtodo

Desventajas:

- Condensacin de agua atmosfrica en el condensador. Los tubos desecadores puedenser usados para evitar el problema.

- El agua es evaporada de la muestra a temperatura de laboratorio cuando no se ubicainmediatamente en el extractor con el condensador de agua.

- Prdidas de agua debido a que las uniones del frasco de extraccin no fueron apretadaso por una temperatura demasiado alta de extraccin.

- El tiempo de extraccin puede ser insuficiente.- Si la verdadera densidad del crudo no se conoce se puede introducir un error en el

clculo de saturacin de crudo debido a que debe asumirse una densidad de crudo.

Los volmenes de crudo no se encuentran directamente y pueden ser imprecisos debido

a lo siguiente:- Al agua adicional recogida o a la prdida como se mencion antes.- Prdida de slidos.- Limpieza incompleta de la muestra.- Secado a una alta temperatura que pueda remover el agua de hidratacin.- La humectabilidad de la roca puede ser alterada.- La matriz arcillosa puede alterarse lo que puede resultar en una medida imprecisa de la

permeabilidad.


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2. Qu otros solventes se pueden usar? Qu condiciones deben cumplir?

Solvente Caractersticas Usos y aplicaciones

Aromticos

Xileno

Dimetilbenzol, tiene tresismeros (orto, meta y para);lquido inflamable, de olorsemejante al del benceno,incoloro; se encuentra en elalquitrn de hulla. Se utilizacomo disolvente u comodiluyente.

Sus usos principales son: solventes pararesinas, lacas, esmaltes, caucho, tintas,cuero, gasolina para aviacin, agentedesengrasante, produccin de resinasepxicas, elaboracin de perfumes,produccin de insecticidas y repelentes.

Acetatos

Acetato deButilo

Lquido incoloro, fcilmenteinflamable, hierve a 126.5C.

Se recomienda como disolvente y paraaumentar el nmero de octanos.

Gasolvente

Hexano

Lquido inflamable, voltil eincoloro, componente de lagasolina y del petrleo, olorligeramente aromtico, soluble enalcohol, acetona y ter.

Se usa especialmente como extractor de

aceites vegetales, para efectuar reaccionesde polimerizacin, como diluyente depinturas, solventes en la preparacin deadelgazadores, como alcoholdesnaturalizado.

Estos solventes son tiles ya que cumplen con las condiciones requeridas como lo son: tener unpunto de ebullicin ms alto que el agua, ser inmiscibles, son inertes y no reaccionan con elagua.

3. Respuesta se encuentra en las preguntas del taller.

4. Explique por qu este mtodo no es recomendable hacerlo cuando tenemos altapresencia de arcillas. Cul es la reaccin qumica que se presenta en estos casos.

La saturacin de agua puede ser muy alta si la muestra contiene gran cantidad de yeso omontmorillonita. La permeabilidad y la porosidad pueden afectarse si el agua de hidratacinpresente en el yacimiento es removida durante el procedimiento de extraccin y secado, elsecado a una temperatura ms alta que la temperatura de extraccin puede quitar el agua de lahidratacin adicional y exagerar el volumen del aceite.

5. Cul es el solvente a utilizar en el mtodo Dean-Stark cuando la concentracin de losslidos provenientes del agua de formacin es mayor a 20000ppm

Debe analizarse le cambio en el punto de ebullicin del solvente por altitud o el cambio en elpunto de ebullicin del agua debido a la sal en solucin. El punto de ebullicin del solventedebe chequearse para asegurar una temperatura adecuada para destilacin del agua. Cuandose usan fluidos de perforacin con KCl, el agua filtrada debe tener una concentracin en elorden de 300000 ppm, y consecuentemente ebulle a una temperatura mucho ms alta que la delagua fresca. El uso de ortoxileno es sugerido como sustituto del tolueno en estos casos.
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ANLISIS DE RESULTADOS

Segn la experiencia que se ha desarrollado se permite encontrar las caractersticas de laformacin gracias al anlisis de los fluidos que se encuentran presentes en la muestra.

Con los resultados que se obtuvieron se encuentra que la porosidad del 21% que muestra unbuen ndice de porosidad para el lugar de donde fue tomada la muestra, y al observar que lasaturacin del crudo es de alrededor 73%, se puede decir que es una zona con caractersticasoptimas de produccin y la formacin puede ser favorable para su explotacin.

Por otra parte comparando los resultados de Volumen poroso de la muestra calculado con lamuestra saturada de solvente son bastante similares o precisos comparados con el volumenporoso calculado con el volumen de aceite en la muestra.

Al hacer este anlisis determinamos que la saturacin del gas es cero, ya que en la muestra nose encuentra esta fase debido a la prdida del mismo durante los procesos a los que se somete el

ncleo, como los cambios de presin y de temperatura desde el yacimiento a la superficie almomento de ser transportado para su respectivo anlisis.

Segn estos resultados esta muestra fue obtenida en una zona de transicin de agua-petrleopero de la parte ms cercana a la zona de 100% de petrleo.


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CONCLUSIONES

- La muestra corresponde a una formacin productora de hidrocarburos debido al altovalor de saturacin de aceite que se obtuvo correspondiente a un 73%, mientras que contieneuna mnima saturacin de agua con un valor de 27 %, lo que nos indica que esta zona es de unaexcelente calidad de produccin.

- Es importante conocer acerca de las propiedades de la saturacin de las rocas que seencuentran en un yacimiento, para poder hacer estimaciones que permitan determinar qu tanproductivo y que produccin econmica puede llegar a brindar la explotacin del pozoestudiado.

BIBLIOGRAFA

- PARRA, Ricardo. GUA DE LABORATORIO DE YACIMIENTO. UniversidadSurcolombiana. Facultad de Ingeniera. Neiva, 1999 (Experiencia 3)

- ESCOBAR Freddy H. FUNDAMENTOS DE INGENIERA DE YACIMIENTOS.Universidad Surcolombiana. Facultad de Ingeniera. Neiva. (Saturacin de fluidos. Pg57).

- PARRA, Pinzn Ricardo. Propiedades fsicas de los fluidos de yacimientos, Neiva,Huila Noviembre/2008. (Densidad del agua a la temperatura del Laboratorio. Pg 331 332)

- API - RP 40. Recommended Practice for Core Analisis procedure American PetroleumInstitute. Pg. 1-2, 1-3, 3-4.

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