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26/08/2014
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Temperatura de Saturacin del Agua
Es la temperatura donde se alcanza el punto de Ebullicin a unapresin dada o donde la presin de vapor del agua y la presin externase equilibran.
225.0*1.115 PTs =Calor EspecificoEs la capacidad que tiene una unidad de masa para almacenar calor,cuando su temperatura se incrementa una unidad, es proporcional a lamasa y sus unidades son: . A mayor calor especifico de unasustancia, mayor ser la cantidad de calor que debe absorber para quese produzca un determinado aumento de temperatura, por lo tantoser mayor la cantidad de calor liberado al enfriarse .
Calor especifico del agua; Cw = 1.0 BTU / Lb F a 14.7 lppc y 60 F
Calor especifico del Vapor; Cs = 0.56 BTU / Lb-F
FlbBTU 0-
PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPORPROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR
( )( )12
12
TThhC
--
=
Calor Sensible
Corresponde al calor que se suministra a un liquido manteniendosu presin constante, donde se aumenta la temperatura hasta laTemperatura de saturacin correspondiente a dicha presin. Esproporcional a la Presin.
0.2574w P*91.0h =
Calor Latente de Vaporizacin
Es la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masade agua, a la Temperatura de Saturacin, para evaporarlacompletamente. Es inversamente proporcional a la presin. A lapresin crtica el calor latente ser naturalmente cero.
[ ]LbBTUPPL /*10*22.2*1328 513.1308774.0 -- -=
PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPORPROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR
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Calidad del Vapor
Es la fraccin por peso del vapor seco contenido en una libra devapor hmedo. La calidad del vapor es muy importante paracalcular la cantidad de calor o entalpa en una libra de vaporhmedo. PS
Vapor de calidad x
(1-x) agua
PS
1 Lb de agua
PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR
PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR
CALIDAD DEL VAPORLa calidad del vapor hace referencia a la relacin en pesovapor/lquido presente en la mezcla, es decir un vapor de calidad del80%, significa que el 80% (en peso) es vapor y el 20% es agua liquida.Cuando este vapor es totalmente seco, ( X = 100%) se conoce comovapor saturado.
Ejemplo: Vapor hmedo de calidad 60% a una presin de 800 psia,contiene 923.6 BTU/lb; el vapor seco a las mismas condicionescontiene 1199.4 BTU/lb, 275,6 BTU/lb de energa adicional.
La calidad se relaciona con el contenido energtico, ya que a mayorcalidad, mayor contenido de energa.A medida que se aumenta la presin, la diferencia en la entalpa entreel vapor hmedo y el vapor saturado se hace menor.
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Entalpa del Vapor Hmedo
Una libra de vapor hmedo contendr el total del calorsensible ms una cantidad de calor latentecorrespondiente a la fraccin de lquido que se haevaporado.
Lxhh wvh +=: Entalpa del vapor hmedo, BTU/lb.: Entalpa del agua saturada, BTU/lb.: Calor latente, BTU/lb.: Calidad del vapor, fraccin.X
Lhh
w
vh
PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR
PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR
GRAFICO DE ENTALPAS PARA EL VAPOR
Agua saturada
Calor latente deVaporizacin L
Vapor secoY
Saturado.P1
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Volumen Especifico del Vapor y el Agua Caliente
El volumen especifico es el volumen ocupado por la unidadde masa de una sustancia, pie3/Lb.
Volumen especifico del agua saturada, w (pie3/lb)
Volumen especifico del vapor saturado, s (pie3/lb)
Volumen especifico del vapor hmedo, h (pie3/lb)
PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR
PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR
( ) swh xx nnn +-= 1
CONVERSIONES: ENERGA-VOLUMEN-MASA
1 Libra vapor hmedo aprox. 1000 BTU
1 pie3 de gas 1000 BTU
1 Barril de agua 350 libras
3500001
1000 350
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CONCEPTOS FUNDAMENTALESLa energa propia del yacimiento es la responsable del flujo de fluidoshacia el pozo, no siempre es suficiente para desplazar el aceite,especialmente en formaciones someras de crudo pesado. La inyeccinde vapor implica una ventaja adicional a la de desplazamientomecnico por presin diferencial, ya que el vapor transfiere su energaen forma de calor hacia el fluido, provocando cambios fsicos quehacen mas fcil su desplazamiento haca el pozo.
El vapor es un fluido ideal para adicionar energa al yacimiento, debidoa su alto contenido de calor por libra:
1 Lb de agua saturada a una Presin de 1000 psia y 544.6 F contiene:542.6 BTU/lb1 Lb de vapor saturado a una Presin de 1000 psia y 544.6 F contiene:1196.4 BTU/lb
El vapor contiene 2.2 veces la energa del agua saturada.
Propiedades del Agua y del Vapor
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PERDIDAS DE CALOR A TRAVS DEL SISTEMA DE INYECCIN CCLICA DE VAPOR
PERDIDAS DE CALOR A TRAVS DEL SISTEMA DE INYECCIN CCLICA DE VAPOR
ESPACIAMIENTO Y DISTANCIAS ENTRE POZOS
ACRES Distancia (L) Distancia Pozos10 660 9335 467 660
2.5 330 4671.25 233 3300.625 163 231
2.5 acres
10 acres
466
22lre =
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Es la mas utilizada de las ecuaciones para determinar la viscosidaddel petrleo liquido. La ecuacin fue propuesta por Andrade ydemostrada por Reynolds y Guzman, tiene la forma:
::
:
TByA
m
( )TBA 1'loglog +=m
ECUACIN DE ANDRADEECUACIN DE ANDRADE
Viscosidad en centipoiseConstantesTemperatura Absoluta
TBAe=m
Transformando la ecuacin:
Los Valores de A y B se pueden determinar conociendo los valoresde la viscosidad a dos temperaturas diferentes.
FR oo
BB 3026,2'=
REPRESENTACIN GRFICA DE LA ECUACIN DE ANDRADE
REPRESENTACIN GRFICA DE LA ECUACIN DE ANDRADE
La grfica se hace en papelsemilogaritmico, donde segenera una lnea recta entreel punto de ebullicin y elpunto de congelacin, o deprecipitaciones de lasparafinas.
Congelacin
T1
Punto Normal de Ebullicin
om
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( )( ) ( )( )8.0logloglog8.0loglog 11
++
=+ v
TTnv
ECUACIN DE WALTHER Y UNA DE LAS CARTAS ASTM
ECUACIN DE WALTHER Y UNA DE LAS CARTAS ASTM
Gravedad API
Temperatura
Visc
osid
ad, S
Su
12
14
20
30
35
::::
1
1
nTvv Viscosidad cinemtica a T en cst
Viscosidad a T1, en cst
Temperatura inicial en F
Constante
Conociendo el valor de v1 a T1 y cualquierotro valor de v a otra temperatura T, sepuede hallar el valor de la constante n y deesta manera hallar una viscosidad acualquier temperatura.
Homework
: Capacidad calrica roca saturada, BTU/pie3 F.: Saturaciones de petrleo, agua y gas [fracciones]: Densidades correspondientes, [lb/pie3]: Calor especfico, [BTU/ lb. F]
( ) ( ) rrgggwwwooo CCSCSCSCM rfrrrfr -+++== 111
rgwo
rgwo
gwo
CCCC
SSSM
,,,,,,
,,rrrr
Rocasaturada
MatrizAguaGas
Aceite
30% 70%
CAPACIDAD CALRICA DE LAS ROCAS SATURADAS
CAPACIDAD CALRICA DE LAS ROCAS SATURADAS
Fmlb
BTUpie
mlb3
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CAPACIDAD CALORFICA
Capacidad calrica a 14.7 psia y 60 F
Btu/ lb-F Btu/ pie3
Arenisca (Seca) 0.20 34.0
Agua 1.00 62.4
Gas 0.52 0.022
DIFUSIVIDAD TRMICA DE LAS ROCASDIFUSIVIDAD TRMICA DE LAS ROCAS
hrpie
PieBTU
FpiehrBTU
2
3
calordeentoAlmacenamicalordeFlujo
MK
=
=
=
Caracteriza la rapidez con la que vara la temperatura de un material(solido y/o Medio poroso)
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Roca rLb/pie3
CrBTU/lb
F
KrBTU/hr pie F
Drpie 2 /hr
T=60P = 1 atm Seca Saturada Seca Saturada Seca Saturada Seca Saturada
Arenisca 130 142 0.183 0.252 0.507 1.542 0.0213 0.0445
Arenisca arcilla 119 132 0.202 0.288 0.400 1.500 0.0167 0.0394
Limolita 120 132 0.204 0.276 0.396 1.510 0.0162 0.0414
Arcilla 145 149 0.192 0.213 0.603 0.975 0.0216 0.0307
Caliza 137 149 0.202 0.266 0.983 2.050 0.0335 0.0517
Arena fina 102 126 0.183 0.339 0.362 1.590 0.0194 0.0372
Arena gruesa 109 130 0.183 0.135 0.322 1.775 0.0161 0.0933
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
Se puede calcular por la siguiente ecuacin recomendada por Farouq Ali:
To
Fo
T
)(
)( 060r
r
263
60
102375.010565.0034125.1)()( TxTx
Fo
To
o
-- +-rr
Densidad del Petrleo.
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
:Temperatura F
: Densidad del petrleo, [lb/pie3]
: Densidad del petrleo a T, en las mismas unidades en que se haya tomado Fo o60)(r
Somerton W. - Thermal Properties and Temperature Related Behavior of Rock Fluid Systems
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Puede tomarse como el inverso de su volumen especfico, en funcin de la temperatura.
Densidad del Agua.
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
Twr : Densidad del agua, lb/pie3
: Temperatura en F
)10*57.610*25.36.6(10*3.201602.01 2425 TTw
--- ++-+=r
Puede tomarse como el inverso de su volumen especfico de los valores ledos en tablas o calculados en correlaciones. Todo a la misma temperatura.
Densidad del Vapor.
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
v
v
Vr : Densidad del Vapor, lb/pie3
: Volumen Especifico, pie3/lb
( ) ( )rv T v TV
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Se puede calcular por la Ley de los Gases:
Densidad de los Hidrocarburos Gaseosos
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
TRZMP
g
gr : Densidad del Gas, lb/pie3: Presin, psia: Peso Molecular del Gas: Factor de Desviacin: 10.73 Constante de los Gases: Temperatura R
ZRTPM g
g))((
r
Gambill propone la siguiente relacin:
T
C
o
o
g
Calor Especifico para Hidrocarburos Lquidos
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
: Calor especfico, [BTU/ lb. F]: Gravedad especfica del hidrocarburo: Temperatura, F
5.0
*00045.0388.0
oo
TCg
+=
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Gambill propone la ecuacin:
Para la mezcla de gases, conocida su composicin, se recomienda la siguiente relacin:
TnCg
Calor Especifico para Hidrocarburos Gaseosos.
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
: Calor especfico del gas, [BTU/ lb. mol F]: Nmero de tomos de carbn en la molcula de gas: Temperatura, F.
)*012.030.1(0.4 TnCg ++=
3n
=
=n
igiig CYC
1
En la cual Yi y Cgi son la fraccin molar y la capacidad trmica del componente i en la mezcla
Gambill propone la siguiente relacin:
TCo
Calor Especifico para el Agua a Temperatura deSaturacin.
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
: Calor especfico, [BTU/ lb. F]: Temperatura, F ( T< 500 F )
264 10*79.11005.60504.1 TTxCw-- +-=
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O tambin:
En la cual el valor de Cr1, es el valor del calor especfico dado enla tabla anteriormente mostrada, el cual fue medido a 90 F yPresin Atmosfrica. Vale la pena sealar que a una temperaturadada, la mayor parte del calor estar almacenado en la parteslida de la roca.
Calor Especifico para Rocas Secas.
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
TCr 00006.018.0 +=
)90(00006.01 -+= TCC rr
En una sustancia, es la mayor o menor facilidad con que transmitecalor, [BTU/ h pie F] .
Depende de la densidad, temperatura, saturacin, tipo de fluidosque la saturan y movimiento de los fluidos entre otros.
Para un medio poroso, la experiencia muestra que suconductividad disminuye con la temperatura y aumenta con ladensidad de la roca, saturacin de agua, presin y conductividadtrmica de los fluidos saturantes.
Conductividad Trmica de las Rocas
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
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Ecuacin de Tikhomirov, tiene en cuenta el efecto de latemperatura en la roca seca:
( ) ( ) ( ) ( )[ ]ln . ln ln . ln . ln .k k k kT = + - +4 98 017 161 121 1 1
53.1)6.1()( 1 -= rKLn r
Conductividad Trmica de las Rocas
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
: Conductividad trmica de la roca a temperatura T enmilicalorias /s-cm-C = (0,24175*KT) BTU/h-pie-F.
: Es la temperatura absoluta, K= C+273.17: Conductividad trmica de la roca a 20 C.
TK
vKT
Para calcular k1 Tikhomirov encontr la siguienteaproximacin:
Donde r es la densidad de la roca seca, [g/cc]
Tikhomirov obtuvo otra ecuacin que involucra la densidad, la saturacin de los fluidos y la temperatura:
Conductividad Trmica de las Rocas
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
: Conductividad trmica de la roca a temperatura T en milicalorias /s cm k = (0,24175*KT) BTU/ h-pie-F.
: Es la temperatura absoluta, K: Saturacin de agua, fraccin: Densidad de la roca seca, gr/cc
TK
r
wST
r
ln . . ( ) . lnk S Tr w= + + -327 0 6 055r
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Para los lquidos, la conductividad trmica vara entre 0.05 y 0.2 BTU/h et F, disminuyendo normalmente al aumentar la temperatura. Para estimar su valor se puede usar la siguiente relacin emprica, propuesta por Muhammedzyanov y Usmanov:
Para fracciones de petrleo y mezcla de hidrocarburos lquidos, se puede usar la siguiente relacin propuesta por Cragos:
bTTK
bTTK *0630.02074.0 -=
Conductividad Trmica de los lquidos.
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
TK
og
: Conductividad, BTU/h et F: Temperatura en K: Temperatura normal de ebullicin K
o
TKg
510*31.206835.0 --=
: Gravedad especfica del Aceite: Conductividad en BTU/h et F: Temperatura F
Vargapieik y Zimina, recomienda la siguiente relacin para elcalculo de la conductividad del vapor a altas temperaturas:
Conductividad Trmica del Vapor
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS
TKv : Conductividad trmica del vapor, BTU/h-pie-F.
: Temperatura, C.
3112852 10*6059.210*0091.610*39.310*017.1 TTTKv---- -++=
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TRATAMIENTO DEL AGUA DIAGRAMA DE FLUJO
P-2
POZOS DE AGUA
FILTRACION
333 G.P.M C/U
500 G.P.M C/U MAX.
F-2
F-1
F-3
P-1
P-3
P-1
S-3
S-2
S-1
TREN PRIMARIO DE SUAVIZACION 215
G.P.M C/U MAX.
TREN SECUNDARIO DE SUAVIZACION 215 G.P.M
C/U MAX
TK DE SALMUERA
50 MMBTU1500 PSI MAX
TK
ALMACENAMIENTO
20.000 Bls.
TK DE QUIMICOS
50 MMBTU1500 PSI MAX
P-2
Bomba de Agua
Agua de alimentacin
Precalentamiento del Agua
Seccin ConvectivaAire para combustin
Combustible
A la seccin convectiva
A la seccin convectiva
Desde la seccin convectiva
Separador
Vapor hacia el pozo
Gases de Combustin
Muestra de Agua
Seccin de Radiacin
GENERACIN DEL VAPOR
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Las eficiencias de los generadores se encuentran dentro delrango de 80% y 85%, con diseos especiales se puedesobrepasar difcilmente el 90%.
Las fallas ms comunes en los generadores se deben a fallas enlos sistemas de tubera:
Falla natural, debido a la exposicin de algunos tramos a lasllamas de combustin, Precipitaciones o taponamientos por mal tratamiento de agua
y malas condiciones de combustin. La disminucin de la eficiencia trmica es un indicador de
problemas operacionales dentro del generador
EFICIENCIA DEL GENERADOR
100*min100*
=
-==
liberadoCaloristradosuCalor
LiberadoCalorperdidocalorliberadoCalorEGenerador h
Tipo : Gen de paso nico con serpentn de flujo en serie.
Calidad del Vapor : 80 % - 85 %.Calor Generado : 50 MMBTU / hrCondicin de Operacin : Esttico.Consumo Promedio : 80 g.p.m (2740 Bls / da).Eficiencia de Operacin : 90 %. Temperatura Operacin : 550 F (1050 psia).
GENERADORES DE VAPOR ESTATICOS