DETERMINACIÓN DE LA SATURACIÓN POR EL MÉTODO DE DESTILACIÓN EXTRACCIÓN

VIVIANA ANDREA AVILA MOTTA COD. 20141126660

INGRITH YERALDIN HENAO CASTRO COD. 20132121476

GERALDINE HERNÁNDEZ ÁVILA COD. 20121111098

Mauricio

INFORME PRÁCTICA DE LABORATORIO

ANÁLISIS DE NÚCLEOS

EXPERIENCIA N°3

PROFESOR JAVIER ANDRES MARTINEZ

MONITOR JUAN PABLO BONILLA

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA INGENIRÍA DE PETRÓLEOS

NEIVA – HUILA

2015-1

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar el contenido de agua y aceite de una muestra, empleando el

método de destilación extracción con solvente

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Aplicar los conceptos básicos de balance de masa para la determinación de

saturaciones en una muestra de yacimiento.

Conocer las características de los solventes necesarios para llevar a cabo

la destilación.

Calcular la saturación de crudo, gas y agua de una muestra representativa

del yacimiento.

Conocer la aplicabilidad de los métodos de obtención de fluidos como

Dean-Stark y Soxhlet.

MARCO TEÓRICO

SATURACIÓN DE FLUIDOS

𝑠 =(𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜)

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙∗ 100%

Es la relación que expresa la cantidad de fluido que satura el medio poroso.

Conocida dicha cantidad y la extensión del volumen poroso se puede

volumétricamente determinar cuánto fluido existe en una roca.

La sumatoria de las saturaciones de todos los fluidos que se encuentran presentes

en el espacio poroso de una roca, debe ser igual a 1. Si consideramos un medio

poroso saturado

𝑆𝑜 + 𝑆𝑤 + 𝑆𝑔 = 1

Dónde:

𝑆𝑜 Saturación de petróleo.

𝑆𝑤 Saturación de agua.

𝑆𝑔 Saturación de gas

En Ingeniería de Yacimientos es indispensable conocer las propiedades del medio

poroso ya que de ellas dependen las cantidades de crudo que se puedan producir

hacia superficie. Entre dichas propiedades se cuentan: la porosidad,

permeabilidad y saturación de fluido; para entender estas propiedades se deben

conocer conceptos básicos como:

Agua innata, connata o intersticial es la saturación de agua existente en

el yacimiento al momento del descubrimiento, la cual se considera como el

remanente del agua que inicialmente fue depositada con la formación y que

debido a la fuerza de la presión capilar existente, no pudo ser desplazada

por los hidrocarburos cuando estos migraron al yacimiento.

Saturación residual de petróleo: Es el valor de la saturación por debajo

de la cual no puede reducirse la saturación del petróleo.

Saturación residual de gas: Es la saturación de gas en el yacimiento al

momento de abandonar el reservorio. Esta saturación puede medirse

mediante muestras representativas de la formación. La saturación residual

de gas se puede obtener en parte de un yacimiento invadido por agua,

siempre y cuando pueda estimarse con precisión el volumen invadido.

Saturación critica o en equilibrio de un gas: Es la saturación máxima

alcanzada en el yacimiento, al disminuir la presión por debajo del punto de

burbujeo antes de que la permeabilidad relativa al gas tenga un valor

definido, o sea antes de que el gas libre del yacimiento comience a fluir a

través de los canales de la roca.

Para determinar la saturación existen métodos directos o indirectos. En los

métodos directos se usan muestras de la formación y se les determina la

saturación en el laboratorio. Los métodos indirectos son las mediciones de presión

capilar, registros eléctricos, etc.

Un procedimiento simple para determinar el petróleo en una roca se basa en

determinar la saturación de agua en un núcleo por un método apropiado, y

posteriormente se mide la pérdida total de peso en la muestra después de ser

sometida al proceso de extracción y secamiento. La cantidad de petróleo presente

se calcula restando el peso del agua de la pérdida total de peso.

DATOS OBTENIDO EN EL LABORATORIO

MUESTRA 290

Pozo profundidad

Dimensiones Diámetro 37.65 mm

Longitud 58.96 mm

𝑽𝒕 =𝝅

𝟒𝑫𝟐𝒉 (𝒄𝒎𝟑) 387.021 𝑐𝑚3

Temperatura del laboratorio 88°F

Tabla No.1 Identificación de la muestra

Peso antes de saturar con crudo (grs)

146.31

Peso muestra limpia y seca (grs) 131.97

Peso muestra saturada con crudo/emulsión

(grs) 156.46

Peso saturado con Tolueno (grs) 144.58

Densidad del tolueno 0.8669

Volumen agua (ml) 3

API 27.4

Tabla No.2 Datos obtenido en el laboratorio

MUESTRA DE CÁLCULO

Cálculo del volumen poroso

El volumen poroso de la muestra se toma como el volumen que ocupa el tolueno

cuando la muestra está saturada, lo cual quiere decir que es el volumen de los

poros interconectados en la muestra.

Con los datos obtenidos, calculamos la masa del tolueno

𝑊𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 = 𝑊 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑛 𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 − 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎

𝑊𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 = (144.58 − 131.97)𝑔𝑟𝑠

𝑊𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 = 12.61 𝑔𝑟𝑠

Trabajando con una densidad del Tolueno de 0.8669𝑔𝑟

𝑐𝑚3 calculamos el volumen

del tolueno

𝑉𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 =𝑊𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜

𝜌𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜

𝑉𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 =12.61 𝑔𝑟𝑠

0.8669𝑔𝑟

𝑐𝑚3

𝑉𝑇𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 = 14.546 𝑐𝑚3

Como el volumen del tolueno es igual al volumen poroso de la muestra decimos

que 𝑉𝑝𝑜𝑟𝑜𝑠𝑜 = 14.546 𝑐𝑚3

Saturación de agua

Volumen de agua en la trampa reportada = 3 ml

El peso del agua acumulado en la trampa en gramos (Pw) será calculado tomando

como referencia el agua de formación analizada en el laboratorio durante la

práctica No.2 que correspondió al agua del campo San Francisco de acuerdo al

Método de Schlumberger, se obtuvo una concentración total equivalente de NaCl

de 8649.5 𝑝𝑝𝑚 =0.86495% y a esta concentración una densidad de

62.74857 𝐿𝑏

𝐹𝑡3 = 1.0113𝑔

𝑐𝑚3

Teniendo la densidad del agua acumulada en la trampa y el volumen de ella se

puede calcular el peso de agua en la trampa:

Por lo tanto:

𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝜌 𝑎𝑔𝑢𝑎 × 𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 = 1.0113𝑔𝑟

𝑐𝑚3× 3 𝑐𝑚3

𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎 = 3.0339 𝑔𝑟

% 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜) =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻2𝑂

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎× 100

% 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜) =3.0339 𝑔𝑟

146.31 𝑔𝑟× 100

% 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜) = 2,074%

La saturación del agua es:

% 𝑆𝑤 𝐴𝑔𝑢𝑎 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑉𝑝× 100

% 𝑆𝑤 𝐴𝑔𝑢𝑎 =3 𝑐𝑚3

14.546 𝑐𝑚3 × 100

% 𝑆𝑤 𝐴𝑔𝑢𝑎 = 20.624

Saturación de Aceite

Con los datos que se hallaron en el laboratorio y el peso del agua acumulada en la

trampa, calculamos el % en peso del aceite de la siguiente manera:

% 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜)

=𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎× 100

% 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜) =146.31 𝑔𝑟 − 131.97𝑔𝑟 − 3.0339 𝑔𝑟

146.31 𝑔𝑟× 100

% 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜) = 7.727%

Entonces:

𝑊𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = 𝑊 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 × % 𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 (𝑔𝑟𝑎𝑣𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜)

𝑊𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = 146.31 𝑔𝑟 × 7.727%

𝑊𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = 11.3061grs

La densidad del aceite se calcula con los datos de la formación del campo san

francisco cuyo API a 60°F es de 27.4 por lo tanto:

𝛾𝑇 =141.5

131.5 + °𝐴𝑃𝐼𝑇

𝛾𝑇 =141.5

131.5 + 27.4= 0.890

La gravedad específica hallada en la ecuación anterior está dada a una

temperatura de 60°F y como se está trabajando a temperatura de laboratorio

(88°F) se pasa esta gravedad específica a condiciones de laboratorio por medio

de la siguiente ecuación:

𝛾𝑡 = 𝛾𝑇 − 𝛼

1.8(𝑡 − 𝑇)

Obteniendo a una gravedad especifica de 0.890 los siguientes valores:

𝛼 ∗ 10−5 = 67.2

𝛾@ 88°𝐹 = 0.890 − 67.2𝑥10−5

1.8(88 − 60)

𝛾@ 88°𝐹 = 0.8795

Calculamos la densidad del laboratorio teniendo en cuenta que la gravedad

específica es la relación entre densidades referenciadas a la misma temperatura

en este caso la del laboratorio.

𝛾𝑇 =𝜌𝑡𝑥

𝜌𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑥

Tomando como densidad de referencia la densidad del agua a la temperatura del

Laboratorio del libro de Propiedades Físicas de los Fluidos de Yacimientos pagina

254, a una temperatura de 88°F la densidad es de 0,99536𝑔

𝑐𝑚3 despejando

obtenemos la densidad el aceite:

𝜌𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜 88°𝐹 = 𝛾88°𝐹 ∗ 𝜌𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑑𝑎 88°𝐹

𝜌𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜 88°𝐹 = 0.8795 ∗ 0,99536𝑔

𝑐𝑚3

𝜌𝑐𝑟𝑢𝑑𝑜 88°𝐹 = 0.879𝑔

𝑐𝑚3

De acuerdo a los datos obtenidos reemplazamos en la formula de saturación del

aceite y tenemos:

% 𝑆𝑤 𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 =

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑉𝑝× 100

% 𝑆𝑤 𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 =

11.3061𝑔

0.879𝑔

𝑐𝑚3

14.546 𝑐𝑚3× 100

% 𝑆𝑤 𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = 88.426 %

Saturación de Gas

La saturación de gas es cero, pues en el laboratorio solo se calculó la saturación

para el agua y el aceite.

Porcentaje de error

∑ 𝑆 = 𝑆𝑤 𝐴𝑔𝑢𝑎 + 𝑆𝑤 𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒

∑ 𝑆 = 0.88426 + 0.20624 = 1,0905

El cálculo de porcentaje de error se calcula con respecto a que si no existe otro

fluido que sature la roca la suma de las saturaciones en fracciones deber ser igual

a 1, de acuerdo a esto tenemos que

%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =1 − 1,0905

1∗ 100

%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 9.05%

ANÁLISIS DE RESULTADOS

FUENTES DE ERROR

Las variaciones de los resultados pueden ser ocasionadas por diferentes factores

tales como:

Inexactitud, pues el volumen de la trampa de agua fue obtenidos de

manera experimental tuvimos que aproximarlos según nuestra estimación

pues no eran exactos, y en los cálculos era muy difícil trabajar con todas

las cifras decimales por lo cual aproximamos.

Errores en las lecturas, ocasionados por una calibración inadecuada de la

balanza.

Imprecisión, porque la información de densidad y otras propiedades del

tolueno son obtenidas de información externa, lo cual genera cierto cambio

en los resultados.

Equipo, debido a que en el montaje las uniones del extractor y

condensador no son completamente herméticas, ocasionando posibles

pérdidas por la evaporación de agua. A demás puede ser posible que al

correr la prueba esta aun tuviera presencia de residuos de pruebas,

ocasionando alteraciones en los resultados obtenidos

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

Para obtener resultados más exactos en esta prueba se recomienda:

Verificar muy cuidadosamente que todos los elementos a utilizar en el

montaje y manipulación de la muestra se encuentren limpios, secos y en

excelente estado, para de esta manera evitar contaminaciones y errores en

los resultados.

Utilizar elementos de protección personal durante los procesos de

destilación y extracción con solvente.

Evitar la pérdida de agua, debidas a una temperatura de extracción

demasiado alta, o un flujo de agua insuficiente en el condensador.

CUESTIONARIO

1. Indique y explique las ventajas y desventajas que posee el método

VENTAJAS

Las determinaciones del volumen de agua por lo general son bastante

exactas.

La muestra no se daña y puede utilizarse para pruebas adicionales.

El procedimiento es sencillo y no necesita de mucha atención durante la

destilación, si se tienen en buen ajuste cada una de las uniones del

montaje.

Se utilizan temperaturas relativamente bajas (100°C), por lo tanto se

remueven muy pocos iones hidroxilo de la arcilla.

DESVENTAJAS

Largos tiempo en obtenerse el resultado de las saturaciones, lo cual

conlleva a elevados costos.

La pérdida de agua debido a que las uniones en el frasco de extracción

no son herméticas, o que las temperaturas de extracción sean demasiado

altas, o de un flujo de agua insuficiente en el condensador.

condensación del agua atmosférica cuando la humedad atmosférica es

alta.(utilizar tubos desecantes para evitar este problema.)

El agua se evapora de la muestra a temperatura ambiente cuando esta

no se instala inmediatamente en el extractor con la circulación de agua de

condensador.

La humectabilidad de la muestra puede ser alterada y ciertas arcillas

(ejemplo, montmorillonita) o yeso también pueden ser sujetos a cambios.

2. Cuáles son los solventes más conocidos para este tipo de pruebas y en

qué condiciones debemos utilizar dichos solventes.

Es posible usar solventes de tipo aromático los cuales presentan punto de

ebullición superior al del agua tales como:

Etil-tolueno (162-165°C)

Etil-benceno(135°C)

Propil-tolueno(184°C)

Otros solventes que se pueden utilizar en la determinación de esta prueba

son los siguientes:

MATERIAL DE PRUEBA

ACARREADOR DE LIQUIDO TIPO DE SOLVENTE

Aromático

Asfaltos, alquitrán, alquitrán de hulla

alquitranes libres de agua, productos

bituminosos, asfaltos líquido, alquitrán

acido.

Destilados del petróleo Petróleo, combustibles del petróleo,

aceites lubricantes

Destilados volátiles del Petróleo Grasas lubricantes.

Las características que deben cumplir son:

Presentar una temperatura de ebullición más alta que la del agua y menor

que la del crudo, de tal forma que pueda arrastrar los vapores de agua

presentes en el matraz de destilación hasta la trampa presente y se pueda

llevar a cabo la condensación del agua.

Que sea inerte, es decir, no debe reaccionar con ninguno de los

componentes que forman la muestra o que se encuentran en el medio

ambiente que rodea el sistema de destilación.

Debe presentar una densidad menor que la del agua para que después de

condensados las dos sustancias no se mezclen y se haga difícil la lectura en

la trampa del volumen de agua separado.

El solvente debe ser inmiscible con el agua, para lograr que estas dos

sustancias no se mezclen y evitar así la formación de una emulsión en la

trampa después de que estos compuestos sean condensados.

Las condiciones son que cuando la concentración de sales es mayor a 45000ppm,

no se debe trabajar con xileno, tolueno o mezclados; y a partir de 20000ppm, se

mezcla xileno con alcohol metílico o tolueno, siendo este último el más usado

porque contamina menos.

2. Que otros métodos existen para conocer la saturación de las muestras.

Diga sus ventajas y desventajas

MÉTODO DE LA RETORTA:

El método de la retorta se aplica sobre una muestra de roca pulverizada la cual se

somete a diferentes temperaturas que permiten vaporizar de forma selectiva los

fluidos presentes. Tras su condensación los fluidos son atrapados en una trampa

calibrada para su medición.

Ventajas

Corto tiempo de duración

Resultados aceptables

Desventajas

Alta temperatura de operación

Riesgo de manipulación

Elevación de costos

La existencia de cracking ocasionando perdida de líquido debido al cambio

en la moléculas

Destrucción del corazón

Las pruebas de porosidad y permeabilidad sean realizadas sobre muestras

aledañas

MÉTODO DE LA DESTILACIÓN

Ventajas:

No necesita una balanza analítica ya que el peso que se toma es del orden

de o,1 gramos

la perdida de granos durante el procedimiento no es crítica

los volúmenes de agua recolectada son grandes por consiguiente hay que

aproximarlos a 0,1 ml

Desventajas:

ocupa un espacio significativamente grande en el laboratorio

se utilizan volúmenes grandes de solventes lo cual eleva los costos

el tiempo requerido para que exista una adecuada limpieza del corazón es

mayor, lo cual retarda la entrega de los resultados.

MÉTODO DE LAVADO DE KARL FISCHER

Es un método relativamente moderno comparado a los anteriores, el cual es

adecuado para el análisis de núcleos enteros y tapones. Al insertar un tapón en el

frasco de lectura, se inyectaran solventes con propiedades previamente

conocidas, los cuales tendrán como función principal, desplazar los fluidos que se

encuentran saturando la muestra, de esta manera una computadora será la que

realizara los cálculos respectivos de la saturación de agua en una muestra.

Ventajas

Todos los niveles pueden ser determinados

presenta resultados exactos

el daño a los minerales es mínimo

extrae las sales de la muestra

Desventajas

su costo, se asume que la saturación de aceite asume que no hay perdidas

de granos en la muestra

absorbe humedad del ambiente.

MÉTODO DE EXPLORACIÓN:

Este método involucra diferentes formas de obtener la saturación de una muestra,

absorción lineal de rayos x, de rayos gamma, microondas, resonancia de ondas de

radio, etc.

Ventajas:

Suministra distribución espacial de la saturación de fluidos

las mediciones no son invasivas ni destructivas

Desventajas:

los elevados costos de los equipos.

no funciona en núcleos con arcilla, gas o ferromagnéticos.

MÉTODO DE ANÁLISIS DE CARBÓN

El contenido de humedad es una propiedad fundamental del carbón que debe

determinarse con exactitud para evaluar un estrato de carbón apropiadamente.

Ventajas:

su simplicidad

Bajo costo

Desventajas:

no se debe secar en exceso la muestra de carbón, puede ocurrir oxidación.

los resultados del contenido de humedad serán demasiado bajos si ocurre

una oxidación.

4. Explique por qué este método no es recomendable hacerlo cuando

tenemos alta presencia de arcillas. Cuál es la reacción química que se

presenta en estos casos.

Las químicas de las arcillas aunque es compleja de estudiar, dice que una arcilla

hidratable es aquella que entre sus “laminillas” de diámetro de (10° Armstrong)

tiene en medio un grupo hidroxilo, tales hidratos se dice que poseen agua de

cristalización o agua de hidratación, la cual al ser sometida a altas temperaturas

es liberada, lo que conlleva a que la saturación aparente del agua aumente. En

otras palabras las arcillas reaccionaran con el agua, disolviéndose en ella, de

modo que será imposible tener un resultado certero. Una posible solución es usar

un horno de humedad, para que posteriormente se pueda pesar la muestra seca y

así determinar un valor de saturación, pero en este caso se suman el agua

liberada por los hidratos; y por esta razón no es recomendable usar el método.

5. Cuál es el solvente a utilizar en el método deán – stark cuando la

concentración de los sólidos provenientes del agua de formación es mayor

de 20000 ppm.

Se requiere una corrección por la mayor densidad del agua salada cuando la

concentración total de sólidos se pasa de 20.000 ppm, se mezcla xileno con

alcohol metílico o tolueno, siendo este último el más recomendado porque es

menos contaminante.