Bases del comportamiento de fases

Curso de Comportamiento de Fases - 2013
1
COMPORTAMIENTO DE
FASES
Ing. Javier Andrés Martínez P.
1. BASES DEL COMPORTAMIENTO
DE FASES EN SISTEMAS DE
HIDROCARBUROS
Ing. Javier Andrés Martínez P.

2
02/09/2013 10:17 3
INTRODUCCION
El término “fase” es definido como cualquier parte
homogénea de un sistema que es físicamente
distinta y separada de otras partes del sistema por
fronteras definidas. Por ejemplo, el hielo, el agua
líquida y el vapor de agua constituyen tres fases
separadas de la sustancia pura H2O porque cada
una es homogénea y físicamente diferente de las
otras; por otra parte, cada una está claramente
definida por las fronteras existentes entre ellas. Si
una sustancia existe en una fase sólida, líquida o
gaseosa, se determina por la temperatura y la
presión que actúa sobre la sustancia.
02/09/2013 10:17 4
INTRODUCCION
Se sabe que el hielo (fase sólida) puede cambiar a
agua (fase líquida) incrementando su temperatura y
al aumentar aún más la temperatura, el agua cambia
a vapor (fase vapor). Este cambio de fases es
denominado “Comportamiento de Fases”.
Los sistemas de hidrocarburos encontrados en
yacimientos de petróleo son conocidos por mostrar
un comportamiento multifásico sobre un amplio rango
de presiones y temperaturas. Las fases más
importantes que ocurren son:
• Fase Líquida (Petróleo Crudo o Condensados)
• Fase Gaseosa (Gases Naturales)

3
02/09/2013 10:17 5
INTRODUCCION
Las condiciones bajo las cuales estas fases
existen es un asunto de considerable
importancia práctica. Las determinaciones
experimentales o matemáticas de estas
condiciones están convenientemente
expresadas en diferentes tipos de diagramas
comúnmente llamados Diagramas de Fases.
02/09/2013 10:17 6
SISTEMAS DE COMPONENTES
PUROS
El tipo más simple de sistemas de hidrocarburos
considera que contiene un componente. La
palabra “componente” se refiere al número de
especies atómicas o moleculares presentes en una
sustancia. Un sistema de un componente está
compuesto enteramente de una clase de átomo o
molécula.
La comprensión cualitativa de la relación entre
temperatura T, presión P y volumen V de
componentes puros proporcionan unas bases
excelentes para la compresión del comportamiento
de fases de mezclas complejas.

4
02/09/2013 10:17 7
PUROS
Suponga que una cantidad fija de un
componente puro se coloca en un cilindro
provisto de un émbolo sin fricción a una
temperatura fija T1. Además considere que la
presión inicial ejercida sobre el sistema es lo
suficientemente baja que todo el sistema está en
Estado de Vapor.
02/09/2013 10:17 8
PUROS

5
02/09/2013 10:17 9
PUROS
En el punto crítico la tenemos la Presión Crítica Pc y
Volumen Crítico Vc respectivamente. La última
isoterma de la figura anterior tiene un punto de
inflexión en el punto crítico. Esta isoterma es llamada
temperatura crítica Tc del componente puro. Estas
observaciones se pueden representar por la siguiente
relación:
En el Punto Crítico
02/09/2013 10:17 10
PUROS
El punto crítico describe el estado crítico del
componente puro y representa el estado limitante
para la existencia de dos fases (Ej. Líquido y gas).
La temperatura Crítica de un componente puro se
define como la temperatura por encima de la cual
el vapor y el líquido no puede coexistir
independientemente de la presión. Del mismo
modo la presión Crítica se define como la presión
por encima de la cual el vapor y el líquido no
pueden coexistir independientemente de la
temperatura.

6
02/09/2013 10:17 11
PUROS
En otras palabras el punto crítico es el valor de
presión y temperatura más alto al cual las dos
fases coexisten.
Una definición más generalizada aplicable a
cualquier sistema es: “El punto crítico es el
punto en el cual todas las propiedades
intensivas del gas y líquido son iguales”.
02/09/2013 10:17 12
PUROS
Una propiedad intensiva es aquella que tiene
el mismo valor para cualquier parte de un
sistema homogéneo y es independiente de la
cantidad de materia presente. Ej. Presión,
temperatura, densidad, composición y
viscosidad.
Una propiedad extensiva es aquella cuyo valor
es determinado por la cantidad de materia
presente. Ej. Masa y volumen.

7
02/09/2013 10:17 13
PUROS
Muchas propiedades características de las
sustancias puras han sido compiladas en
tablas, gráficas y correlaciones. Estas
propiedades proporcionan información vital
para calcular las propiedades termodinámicas
tanto de sustancia puras como de mezclas.
PUROS
PRESION DE VAPOR
Es la presión que ejerce la fase gaseosa o
vapor de una sustancia sobre la fase líquida y
en la que ambas fases se encuentran en
equilibrio termodinámico, para una temperatura
determinada; su valor es independiente de las
cantidades de líquido y vapor presentes
mientras exista este equilibrio. El valor límite de
esta presión es el punto crítico.
02/09/2013 10:17 14Curso de Comportamiento de Fases - 2013

8
02/09/2013 10:17 15
PUROS
CURVA DE PRESIÓN DE VAPOR
(Línea AC)
Si P < Pv El sistema está
enteramente en la fase vapor.
Si P > Pv El sistema está
enteramente en la fase Líquida.
Si P = Pv El sistema está en
equilibrio Líquido - Vapor.
PRESIÓN DE VAPOR
02/09/2013 10:17 16
PUROS
Pv = Presión de Vapor, Psia
Pc = Presión crítica, Psia
T = Temperatura, °R
Tc = Temperatura crítica, °R
Tr = Temperatura reducida
 = Factor acéntrico
De acuerdo a Lee and Kesler (1975) la Pv es:

9
02/09/2013 10:17 17
PUROS
Ejemplo 1: Un propano puro es retenido en una celda
de laboratorio a 80°F y 200 Psia. Calcular la presión
de vapor y determinar el “estado de existencia” de la
sustancia (Gas o Líquido)
Solución.
Obtener las propiedades críticas de tablas
Tc =666.01°R
Pc = 616.3 Psia
 = 0.1522
02/09/2013 10:17 18
PUROS
Calcular la Temperatura Reducida:
Resolver para los parámetros A y B:
Resolver Pv aplicando la ecuación de Lee and
Kesler:
Como P > Pv la celda contiene propano en estado
líquido.

10
02/09/2013 10:17 19
PUROS
DENSIDAD
La densidad se define como la relación entre la masa de
una sustancia y el volumen total ocupado por esta. En el
equilibrio líquido-vapor, se debe tener en cuenta la
densidad de cada una de las fases presentes.
Las densidades de las fases saturadas de un componente
puro puede ser graficadas como una función de la
temperatura. Al incrementar la temperatura, la densidad
del liquido saturado decrece, mientras que la densidad del
vapor saturado se incrementa. En el punto crítico las
densidades del líquido y del vapor convergen.
02/09/2013 10:17 20
PUROS

11
PUROS
El promedio aritmético de las densidades de
líquido y vapor es una función lineal de la
temperatura. La línea recta de la densidad
promedio contra la temperatura hace fácil de
definir la intersección con la curva de
densidades. Esta intersección da entonces la
temperatura y densidad crítica.
02/09/2013 10:17 Curso de Comportamiento de Fases - 2013 21
02/09/2013 10:17 22
PUROS
Matemáticamente, esta relación se expresa como:
En el punto crítico se expresa como:
c = Densidad crítica de la sustancia, Lbm/ft3
L = Densidad del líquido saturado, Lbm/ft3
V = Densidad del vapor saturado, Lbm/ft3
T = Temperatura, °R
a,b = Intercepto y pendiente línea recta

12
02/09/2013 10:17 23
PUROS
Este diagrama de densidad-temperatura es útil
para calcular el volumen crítico de
datos de densidad. La determinación experimental
del volumen crítico a veces es difícil, ya que
requiere la medición precisa de un volumen a alta
temperatura y presión.
Sin embargo, es evidente que la recta que se
obtiene mediante el trazado de la densidad media
se cruza con la temperatura crítica, en la densidad
crítica. El volumen crítico molar se obtiene
dividiendo el peso molecular por la densidad crítica
02/09/2013 10:17 24
PUROS
El diagrama densidad-Temperatura también puede
ser usado para determinar el estado del
componente puro. Suponga que se conoce la
densidad total del sistema, ρt, a una temperatura
dada. Si la densidad total es igual o menor que ρv,
el sistema está compuesto de vapor. Similarmente
si ρt, es mayor o igual que ρL, el sistema está
compuesto de líquido. Si la densidad total del
sistema está entre ρv y ρL, el vapor y el líquido
están presentes.

13
02/09/2013 10:17 25
PUROS
Para calcular los pesos de liquido y vapor
presentes, los siguientes balances de peso y
volumen son impuestos:
Donde:
mL,mv,mt: masa de líquido, de vapor y total
presente.
VL,Vv,Vt: Volumen de líquido, de vapor y total
presente
02/09/2013 10:17 26
PUROS
Combinando las dos ecuaciones anteriores e
introduciendo la densidad, la ecuación resultante
es:

14
02/09/2013 10:17 27
PUROS
EJEMPLO 2: Diez libras de un hidrocarburo son
colocados en una vasija de 1 ft3 a 60°F. Las
densidades del líquido y vapor que coexisten son
25 Lb/ft3 y 0.05 Lb/ft3, respectivamente. Calcular
las masas y volúmenes de las fases líquida y
vapor.
Solución:
Calcular la densidad total del sistema
02/09/2013 10:17 28
PUROS
Como la densidad total del sistema está entre las
densidades de las fases, el sistema está
compuesto tanto de líquido como de vapor.
Calcular el peso de la fase vapor:

15
02/09/2013 10:17 29
PUROS
Calcular los volúmenes de las fases líquida y
vapor:
02/09/2013 10:17 30
PUROS
Rackett (1970) Propuso una ecuación generalizada para
predecir la densidad del líquido saturado de componentes
puros:
MW =Peso Molecular sustancia Pura
R = Constante de los gases, 10.73 ft3Psia/lb-mol °R
Zc = Factor de compresibilidad crítico

16
02/09/2013 10:17 31
PUROS
Spencer and Danner (1973) modificaron la Ec. De Rackett,
reemplazando el factor de compresibilidad crítico, con un
parámetro llamado Factor de Compresibilidad de Rackett,
ZRA, el cual es único para cada componente:
Los valores de ZRA están dados en tablas. Si el valor no está
disponible Yamada and Gunn (1973) sugirieron la siguiente
correlación:
02/09/2013 10:17 32
PUROS
Ejemplo 3: Calcular la densidad saturada de
líquido del propano a 160°F usando:
a. La ecuación de Rackett
b. La ecuación modificada de Rackett
Solución
Obtener las propiedades críticas de tablas:
Tc =666.01°R
Pc 616.3 Psia
MW = 44.097
Vc = 0.0727 lb/ft3

17
02/09/2013 10:17 33
PUROS
Calcula Zc y Tr:
a. La ecuación de Rackett:
b. La ecuación modificada de Rackett. ZRA = 0.2766
02/09/2013 10:17 34
SISTEMAS BINARIOS
Una característica particular de un sistema de
componentes puros, es que a una temperatura fija,
las dos fases (Líquido y Vapor) pueden existir en
equilibrio a una sola presión; esta es la presión de
Vapor. Para un sistema binario, las dos fases
pueden existir en equilibrio a varias presiones a la
misma temperatura y su comportamiento se hace
más complejo debido a la introducción de una nueva
variable: la composición.
Una de las características más importantes en un
sistema binario es la variación de las propiedades
termodinámicas y físicas con la composición. Por lo
tanto, es importante especificar la composición de la
mezcla en fracción molar o fracción por peso.

18
02/09/2013 10:17 35
SISTEMAS BINARIOS
Se acostumbra designar uno de los componentes
como el componente más volátil y el otro como el
menos volátil, dependiendo de su presión de
vapor relativa a una temperatura dada.
Suponga que el experimento descrito
anteriormente es repetido, pero esta vez
introducimos en el cilindro una mezcla binaria de
composición conocida. Considere que la presión
inicial, P1 ejercida sobre el sistema a una
temperatura fija T1, es lo suficientemente baja que
el sistema entero esté en Estado de Vapor.
02/09/2013 10:17 36
SISTEMAS BINARIOS

19
SISTEMAS BINARIOS
El punto 1 representa la presión inicial que actúa
sobre el sistema. Como la presión se incrementa
isotérmicamente, se alcanza el punto 2. Aquí una
cantidad infinitesimal de líquido se condensa (Pd
de la mezcla). El proceso de condensación
continua hasta alcanzar el punto 3 donde sólo
quedan trazas del gas (Pb de la mezcla). Luego,
la presión se eleva abruptamente hasta el punto 4
con un descenso del volumen.
02/09/2013 10:17 38
SISTEMAS BINARIOS
Ahora observamos la repetición del
experimento con un progresivo
aumento de la temperatura. Se
observan varias isotermas.
AC. Curva de Puntos de Burbuja
BC. Curva de Punto de rocío
C. Punto Crítico.
ABC. Envolvente de dos Fases
Fuera de la Envolvente una sola fase
puede existir.

20
02/09/2013 10:17 39
SISTEMAS BINARIOS
SISTEMAS BINARIOS
02/09/2013 10:17 40
En el gráfico anterior se observa que la relación
presión-Temperatura no se puede representar con una
simple curva de presión de vapor. Las líneas
punteadas dentro de la envolvente de fases ABC son
llamadas “líneas de calidad” y describen las
condiciones de presión y temperatura bajo las cuales
se presentan iguales volúmenes de líquido. Las curvas
de puntos de burbuja y rocío, representan 100% y 0%
de líquido respectivamente.

21
02/09/2013 10:17 41
SISTEMAS BINARIOS
SISTEMAS BINARIOS
En el gráfico anterior se muestra el efecto del
cambio de composición del sistema binario
sobre la forma y la localización de la envolvente
de fases. Dos de las líneas representan las
curvas de presión de vapor del metano y etano
respectivamente, las cuales terminan en el
punto crítico. Cinco de las curvas representan
la envolvente de fases para varias mezclas de
metano y etano.

22
SISTEMAS BINARIOS
02/09/2013 4302/09/2013 10:17 43
Cuando uno de los componentes se vuelve
predominante, la mezcla binaria tiende a exhibir
una relativa envolvente de fases estrecha y
muestra propiedades críticas cercanas al
componente dominante. El tamaño de la
envolvente de fases se amplía notablemente ya
que la composición de la mezcla se distribuye
uniformemente entre los dos componentes
SISTEMAS BINARIOS
DIAGRAMA PRESION/COMPOSICION
El diagrama de presión/composición, comúnmente llamado
el diagrama p/x, es otro medio de describir el
comportamiento de fases de un sistema binario, así como
su cambio en la composición total, a una temperatura
constante. Se construye mediante el trazado de las
presiones del punto de rocío y del punto de burbuja como
una función de la composición.
Las líneas de punto de burbuja y punto de rocío de un
sistema binario se extraen a través de los puntos que
representan estas presiones cuando la composición del
sistema se cambia a una temperatura constante.

23
SISTEMAS BINARIOS
SISTEMAS BINARIOS
El punto A en la figura representa la presión
de vapor (punto de rocío, punto de burbuja)
del componente más volátil, mientras que el
punto B representa la del componente
menos volátil. Suponiendo una composición
de 75% en peso del componente 1 (es
decir, el componente más volátil) y 25% del
componente 2, esta mezcla se caracteriza
por una presión del punto de rocío
representada como el punto C y una
presión del punto de burbuja por la letra D.
Las diferentes combinaciones de los dos
componentes producen valores diferentes
para las presiones del punto de burbuja y
del punto de rocío. La curva ADYB
representa la curva de presión de burbujeo
para el sistema binario como una función de
la composición, mientras que la línea ACXB
describe los cambios en la presión del
punto de rocío con los cambios en la
composición del sistema a una temperatura
constante.

24
SISTEMAS BINARIOS
El área de debajo de la línea del punto
de rocío representa vapor, el área por
encima de la línea del punto de burbuja
representa líquido, y el área entre estas
dos curvas representa la región de dos
fases, donde el líquido y vapor coexisten.
En el diagrama, la composición se
expresa en porcentaje en peso del
componente menos volátil, aunque la
composición también se puede expresar
términos de porcentaje en peso del
componente más volátil, en cuyo caso el
punto de burbuja y las líneas de punto de
rocío tienen la pendiente opuesta.
Además, la composición puede ser
expresada en términos de porcentaje en
moles o fracción molar.
SISTEMAS BINARIOS
Los puntos X y Y en los extremos
de la línea horizontal XY
representa la composición de la
coexistencia de la fase vapor
(punto X) y la fase líquida (punto Y)
que existen en equilibrio a la
misma presión. En otras palabras,
las composiciones del vapor y
líquido que coexisten en la región
de dos fases están dadas por wV y
wL, y representan los porcentajes
en peso del componente menos
volátil en el vapor y el líquido,
respectivamente.

25
SISTEMAS BINARIOS
SISTEMAS BINARIOS
En el diagrama p/x que se muestra en
la figura, la composición se expresa
en términos de la fracción molar del
componente más volátil. Supongamos
que un sistema binario con una
composición total z existe en el estado
de vapor y se representa por el punto
A. Si la presión en el sistema se
incrementa, sin cambio de fase hasta
la presión P1 se alcanza el punto de
rocío, B. A esta presión del punto de
rocío, una cantidad infinitesimal de
líquido se forma y su composición se
da por x1. La composición del vapor
todavía es igual a la composición
original z.

26
SISTEMAS BINARIOS
A medida que la presión se incrementa,
se forma más líquido y las
composiciones del líquido y vapor
coexistentes se dan mediante la
proyección de los extremos de la línea
recta, horizontal a través de la región
de dos fases del eje composición. Por
ejemplo, en P2, el líquido y el vapor
están presentes y las composiciones
están dadas por x2 e y2. En la presión
P3, el punto de burbuja, C, es
alcanzado. La composición del líquido
es igual a la composición original z con
una cantidad infinitesimal de vapor
todavía presente en el punto de burbuja
con una composición dada por Y3.
SISTEMAS BINARIOS
02/09/2013 10:17 52
Ejemplo:
El siguiente es un diagrama P-X a una
temperatura de 260°F para una mezcla de C4 y
C6. A 200 Psi con una composición total del
sistema de C4 de 60%, cual es la composición
de cada una de las fases?
Repetir para una presión de 100 Psi y una
composición de C4 de 25%.

27
SISTEMAS BINARIOS
SISTEMAS BINARIOS
REGLA DE FASES DE GIBBS:
Los llamados “diagramas de fases” representan
esencialmente una expresión gráfica de la “regla de fases”,
la cual permite calcular el número de fases que pueden
existir en equilibrio en cualquier sistema:
F= Número de grados de libertad o número de variables
requeridas para determinar el estado de un sistema en
equilibrio.
P= Número de fases
C= Número de componentes constitutivos del sistema.

28
02/09/2013 10:17 55
SISTEMAS BINARIOS
Los grados de libertad para un sistema incluyen
las propiedades intensivas, tales como la
temperatura, la presión, la densidad y la
composición de las fases. Estas variables
independientes deben especificarse para definir
el sistema completamente. En un sistema de
componentes puros (C=1), dos fases (P=2),
hay solamente un grado de libertad. Por lo
tanto, solamente la presión o la temperatura
necesita ser especificada para determinar el
estado termodinámico del sistema.
02/09/2013 10:17 56
DIAGRAMAS TERNARIOS
Son diagramas que representan el equilibrio
entre las distintas fases que se forman
mediante tres componentes, como función de la
temperatura.
Se representa mediante un triangulo equilátero,
en el que cada uno de los vértices representa el
100% de un componente puro y cada lado
representa la composición (en fracción en peso
o molar) del correspondiente componente.

29
02/09/2013 10:17 57
DIAGRAMAS TERNARIOS
Un punto interno del triángulo representa una mezcla
cuya composición se obtiene trazando líneas paralelas
a los lados del triángulo. La suma de las proporciones
de los componentes es siempre una constante e igual
a 1 (Fracción molar).
Normalmente, la presión no es una variable
indispensable en la construcción de diagramas
ternarios, y por lo tanto se mantiene constante.
02/09/2013 10:17 58
nC5 C3
C1
Gas
p=14.7 Psia
C1
nC5
2-phase
Liquid
p=380 Psia
C3 nC5
C1
C3
2-phase
Liquid
p=500 Psia
C1
2-phase
Liquid
nC5
p=1500 Psia
2-phase
Liquid
C1
nC5
p=2000 Psia
C1
nC5 C3
Liquid
p=2350 Psia
DIAGRAMAS TERNARIOS

30
02/09/2013 10:17 59
DIAGRAMAS TERNARIOS
02/09/2013 10:17 60
DIAGRAMAS TERNARIOS
El equilibrio de fases puede ser representado en un
diagrama ternario mediante “Líneas Tie”, que unen las
composiciones de la fase líquida y vapor que están en
equilibrio a una presión y temperatura dada. Cualquier
mezcla con una composición total a lo largo de la
“Línea Tie” tiene la misma composición en equilibrio
en el líquido y el gas (xi y yi), pero las cantidades
relativas sobre una base molar de gas y líquido (ng y
nL) cambian linealmente.

31
02/09/2013 10:17 61
DIAGRAMAS TERNARIOS
Composición de la mezcla en la
fase gaseosa, yi
Composición total de la
Mezcla zi
Composición de la mezcla en
la fase Líquida, xi
02/09/2013 10:17 62
DIAGRAMAS TERNARIOS

32
02/09/2013 10:17 63
SISTEMAS MULTICOMPONENTES
El comportamiento de fases en sistemas de
hidrocarburos multicomponentes es muy similar al
de sistemas binarios. Sin embargo, el sistema se
vuelve más complejo debido al gran número de
diferentes componentes, y los rangos de presión y
temperatura en los cuales existen dos fases se
incrementan significativamente.
02/09/2013 10:17 64
Los diagramas P-T de sistemas multicomponentes se
usan esencialmente para:
 Clasificar Yacimientos
 Clasificar los Sistemas de Hidrocarburos
 Describir el comportamiento de fases del fluido de
yacimiento
Para entender completamente el significado de los
diagramas P-T, es necesario definir los siguientes
puntos clave:

33
02/09/2013 10:17 65
● Cricondentérmico (TCT): Es definido como la
máxima temperatura por encima de la cual el
líquido no puede ser formado
independientemente de la presión.
● Cricondenbárico (PCb): Es la máxima presión
por encima de la cual el gas no puede ser
formado independientemente de la temperatura.
● Punto Crítico (PC): Para una mezcla
multicomponente es referida como el estado de
presión y temperatura al cual todas las
propiedades intensivas del líquido y del gas
son iguales.
02/09/2013 10:17 66
 Envolvente de Fases: Es la región encerrada
por la curva de puntos de burbuja y de rocío,
donde el gas y el líquido existen en equilibrio.
 Líneas de Calidad: Describen las
condiciones de presión y temperatura para
iguales volúmenes de líquido.
 Curva de Puntos de Burbuja: Es definida
como la línea que separa la región de fase
líquida de la región de dos fases.
 Curva de Puntos de Rocío: Es definida
como la línea que separa la región de la fase
gas de la región de dos fases.

34
02/09/2013 10:17 67
02/09/2013 10:17 68
Los diagramas Ternarios también pueden aproximarse
a un Comportamiento de Fases Multicomponente
agrupándolos en 3 pseudocomponentes.
 Pesados (C7
+)
 Intermedios (C2-C6, CO2,...)
 livianos (C1, N2)

35
02/09/2013 10:17 69
02/09/2013 10:17 70
CLASIFICACION DE LOS YACIMIENTOS Y
FLUIDOS DEL YACIMIENTO
La apropiada clasificación de un yacimiento
requiere el conocimiento del comportamiento
termodinámico de las fases presentes en el
yacimiento y las fuerzas responsables del
mecanismo de producción. El comportamiento de
un fluido de yacimiento se determina por la
localización del punto que representa la
Temperatura Ti y Presión inicial Pi, la forma de su
diagrama de fase y la posición de su punto crítico.

36
02/09/2013 10:17 71
De acuerdo a lo anterior los yacimientos se
clasifican en dos tipos:
1. Yacimientos de aceite – Si la Temperatura del
yacimiento, Ty, es menor que la Temperatura
crítica Tc.
2. Yacimientos de Gas - Si la Temperatura del
yacimiento Ty es mayor que la Temperatura
crítica Tc.
02/09/2013 10:17 72
YACIMIENTOS DE ACEITE
Dependiendo de la presión inicial Pi, estos a su vez se
subclasifican las siguientes categorías:
 Yacimiento Subsaturado: Si la presión inicial del
yacimiento, Pi, es más grande que la presión del punto de
burbuja, Pb del fluido de yacimiento. Inicialmente solo se
presenta la fase líquida.
 Yacimiento Saturado: Si la presión inicial del yacimiento es
menor o igual que de la presión del punto de burbuja del
fluido de yacimiento. Tiene un comportamiento bifásico con
una zona gaseosa suprayaciendo una zona líquida.

37
02/09/2013 10:17 73
Los aceites crudos cubren un amplio rango en
propiedades físicas y composiciones químicas y
comúnmente se clasifican en los siguientes tipos, de
acuerdo al diagrama de fases:
 Black Oil
 Petróleo Volátil
Los yacimientos de aceite poseen una amplia variedad
de moléculas intermedias y muy grandes por lo que
sus diagramas de fase son extremadamente grandes y
cubren un amplio rango de temperatura.
02/09/2013 10:17 74
CLASIFICACION DE LOS YACIMIENTOS
Y FLUIDOS DEL YACIMIENTO
BLACK OIL
 Consta de una amplia variedad de especies
químicas incluyendo moléculas grandes, pesadas
y no volátiles.
 Su diagrama de fase cubre un amplio rango de
temperatura.
 El punto crítico está bien por encima de la
pendiente de la envolvente de fase.
Este tipo de fluido de yacimiento también se conoce
como petróleo crudo de baja reducción o
petróleo normal.

38
02/09/2013 10:17 75
DIAGRAMA DE FASE BLACK OIL
02/09/2013 10:17 76
CARACTERÍSTICAS DE CAMPO Y
LABORATORIO:
 GOR menor de 2000 scf/STB
 API menor de 45
 Temperatura de yacimiento menor de 250 ºF
 Factor volumétrico menor de 2.0 (crudos de
merma baja)
 Color verde oscuro a negro
 Composición de C7
+ > 30%

39
02/09/2013 10:17 77
PETRÓLEO VOLATIL
 Contienen relativamente menos moléculas pesadas y
más intermedias que los Black Oils.
 El rango de temperatura es algo más pequeño.
 La temperatura crítica está cercana a la temperatura
del yacimiento.
 Las líneas de iso-volúmenes no están espaciadas
pero están trasladas por encima de línea del punto
de burbuja.
Los petróleos volátiles también se conocen como
petróleos crudos con alta reducción, y petróleos
cercanos-críticos.
02/09/2013 10:17 78
DIAGRAMA DE FASE
PETROLEO VOLATIL

40
02/09/2013 10:17 79
LABORATORIO:
 GOR entre 2000 y 8000 scf/STB
 API entre 45 y 60
 Factor volumétrico mayor a 2.0 (crudos de
merma grande)
 Color café claro a verde
+ > 12.5%
02/09/2013 10:17 80
YACIMIENTOS DE GAS
Los yacimientos de gas, en los cuales predomina
el metano, tienen diagramas de fase relativamente
pequeños. A su vez de acuardo a su diagrama de
fases se subclasifican en tres categorías:
 Gas Retrógrado
 Gas Húmedo
 Gas Seco

41
02/09/2013 10:17 81
GAS RETROGRADO
 Diagrama de fase es algo más pequeño que para los
petróleos.
 El punto crítico está más por debajo en el lado izquierdo
de la envolvente por tener menos hidrocarburos pesados
que los petróleos.
 La temperatura crítica menor que la temperatura del
yacimiento.
 La temperatura cricondentérmica es mucho mayor que la
temperatura del yacimiento.
Los gases retrógrados se conocen también como
gases condensados retrógrados, gases
condensados o condensados.
02/09/2013 10:17 82
DIAGRAMA DE FASE GAS
RETROGRADO

42
02/09/2013 10:17 83
LABORATORIO:
 GOR entre 8000 y 150000 scf/STB
 API mayor de 60
 Color claro o ligeramente coloreado
+ < 12.5%
02/09/2013 10:17 84
GAS HUMEDO
 El diagrama de fase con moléculas predominantes
muy pequeñas, estará por debajo de la temperatura
de yacimiento.
 Gas húmedo no significa que el gas es humedecido
con el agua; se refiere a los hidrocarburos líquidos
que se condensan a condiciones de superficie.
El líquido en superficie normalmente se conoce
como condensado, y el gas del yacimiento se
conoce como gas condensado.

43
02/09/2013 10:17 85
HUMEDO
02/09/2013 10:17 86
LABORATORIO:
 GOR mayor de 150000 scf/STB
 API mayor de 60 en superficie
 Color claro en superficie
 No hay formación de líquido en el yacimiento

44
02/09/2013 10:17 87
GAS SECO
 El gas seco es principalmente metano con algunas
moléculas intermedias.
 El gas seco indica que el gas no contiene suficientes
moléculas pesadas para formar hidrocarburos
líquidos en la superficie.
 La mezcla de hidrocarburos es solamente gas en el
yacimiento y a condiciones normales del separador
en superficie caen por fuera de la envolvente de fase.
Un yacimiento de gas seco se conoce simplemente
como yacimiento de gas.
02/09/2013 10:17 88
SECO

45
02/09/2013 10:17 89
LABORATORIO
 No hay producción de líquido en superficie
 Composición esencial de metano
02/09/2013 10:17 90
COMPOSICIONES
TIPICAS
Componente
Black
Oil
Volátil Retrógrado Húmedo Seco
CO2 0.02 0.93 2.37 1.41 0.10
N2 0.34 0.21 0.31 0.25 2.07
C1 34.62 58.77 73.19 92.46 86.12
C2 4.11 7.57 7.80 3.18 5.91
C3 1.01 4.09 3.55 1.01 3.58
C4 1.25 3.00 2.16 0.52 1.72
C5 0.64 1.92 1.32 0.21 0.50
C6 1.61 1.75 1.09 0.14 -
C7
+ 56.40 21.76 8.21 0.82 -
MW C7
+ 274 228 184 130 -
GOR 300 1490 5450 105000 -
º API 24 38 49 57 -

46
02/09/2013 10:17 91
Envolventes para diferentes mezclas
con proporciones distintas de los
mismos componentes hidrocarburos
02/09/2013 10:17 92
EJEMPLO
 Asuma que ha descubierto un yacimiento que
contiene una mezcla de etano y n-heptano.
 Las condiciones iniciales de yacimiento son de
1300 Psia y 300ºF.
 Las condiciones finales de yacimiento son de 400
Psia y 300ºF.
 Condiciones de separador de 100 Psia y 150ºF.
 Como clasificaría los fluidos del yacimiento bajo
las siguientes condiciones cambiantes de la
mezcla: 100% etano, 90–10, 70-30, 50-50, 30-70
y 100% n-heptano.

47
02/09/2013 10:17 93
EJEMPLO
02/09/2013 10:17 94
EJEMPLO
Separador
Presión Ycto

48
02/09/2013 10:17 95
EJEMPLO
Presión Ycto
Separador
02/09/2013 10:17 96
EJEMPLO
Presión Ycto
Separador

49
02/09/2013 10:17 97
EJEMPLO
Presión Ycto
Separador

Bases del comportamiento de fases

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Bases del comportamiento de fases

Similar a Bases del comportamiento de fases (20)

Bases del comportamiento de fases