II. CONCEPTOS BSICOS DE COMPORTAMIENTO DE FASES

El trmino fase define a alguna parte homognea y fsicamente distinta de un sistema, la cual es separada de las otras partes del sistema por algn lmite definido.

Por ejemplo: hielo, agua lquida y vapor de agua son tres fases. Cada una es homognea y fsicamente distinta y hay lmites definidos entre el hielo y el agua, entre el hielo y el vapor de agua y entre el agua lquida y el vapor de agua. De esta manera se puede decir que se tiene un sistema de tres fases: slido, lquido y gas. Una fase en particular no necesita ser continua

SUSTANCIAS PURASPrimero se considerar un sistema que consiste tan solo de una sustancia pura. Estos sistemas se comportan en forma diferente a como lo hacen los sistemas de dos o ms componentes. En particular, el principal inters en el estudio del comportamiento de fases, es determinar las condiciones de temperatura y presin para las cuales las diferentes fases pueden existir.

Diagrama de fase para una sustancia pura.

Un diagrama de fase es un grfico de la presin contra la temperatura que muestra las condiciones bajo las cuales las distintas fases de una sustancia pueden estar presentes

Diagrama de fase tpico de una

sustancia pura

Vaporizacin de una sustancia pura a temperatura constante

Diagrama de fase tpico de una sustancia pura, con dos lneas de expansin isotrmica: 123 debajo de Tc, 45 encima de Tc.

Diagrama de presin - volumen para una sustancia pura

Punto de burbuja y punto de roco.

Considere la expansin a temperatura constante ilustrada por la lnea 13 de la figura anterior. El punto en el cual las primeras molculas dejan el lquido y forman una pequea burbuja de gas, es llamado punto de burbuja. El punto en el cual solamente queda una pequea gota de lquido, es conocido como punto de roco.

Punto de burbuja y punto de roco.El punto de burbuja y el punto de roco estn indicados en los cambios agudos en la pendiente a lo largo de la isoterma. Para una sustancia pura, la presin en el punto de burbuja y en el punto de roco es igual a la presin de vapor de la sustancia a la temperatura de inters.

Domo de saturacin.

MEZCLAS DE DOS COMPONENTESEl ingeniero de petrleos normalmente no trabaja con sistemas de dos componentes; usualmente las mezclas consisten de muchos componentes. Sin embargo, es instructivo observar las diferencias en el comportamiento de fases entre las mezclas de dos componentes y las sustancias puras. Esas diferencias se pueden ampliar a mezclas de multi - componentes.

Punto de burbuja y punto de roco.Considere la expansin a temperatura constante en la figura 3.6 representada por la lnea 12. A la presin P1 la mezcla es lquida, el lquido se expande hasta que la presin alcanza un punto en el cual unas pocas molculas son capaces de dejar el lquido y formar una pequea burbuja de gas. Este punto es conocido como de burbuja, Pb.

Punto crtico.La definicin de punto crtico como se usa para una sustancia pura, no se puede aplicar a una mezcla de dos componentes. En una mezcla de dos componentes, el lquido y el gas pueden coexistir, a temperaturas y presiones por encima del punto crtico. Observe que el domo de saturacin existe a temperaturas ms altas que la temperatura crtica y presiones ms altas que la presin crtica.

Punto crtico.Podemos ver ahora que la definicin de punto crtico es simplemente aquel en el cual la lnea de punto de roco y de burbuja se juntan. Una definicin ms rigurosa de punto crtico es el punto en el cual todas las propiedades del lquido y del gas llegan a ser idnticas.

Diagramas de fase para mezclas de dos componentes.

Diagramas de fase para mezclas de dos componentes.

Diagramas de fase para mezclas de dos componentes.La siguiente figura muestra datos de fase para ocho mezclas de metano y etano, entre las lneas de presin de vapor del etano puro y metano puro. Observe, que el domo de saturacin de cada una de las mezclas se encuentra entre las lneas de presin de vapor de las dos sustancias puras y que las presiones crticas de la mezcla se encuentran por encima de las presiones crticas de los dos componentes puros. La lnea a trazos representa los puntos crticos del domo de mezclas de metano y etano.

Diagrama de fases de mezclas de

Metano y Etano

Cricondentrmica y cricondenbrica.

La temperatura ms alta en el domo de saturacin es llamada cricondentrmica. La presin ms alta en el sobre de saturacin es llamada cricondenbrica. Esas condiciones son ilustradas en la siguiente figura.

Cricondentrmica y cricondenbrica.

Condensacin retrgrada.Otra caracterstica de un sistema de dos componentes se ilustra en la siguietne figura. Recuerde que para una sustancia pura un descenso en la presin causa un cambio de fase de lquido a gas en la lnea de presin de vapor.Igualmente en el caso de un sistema de dos componentes un descenso en la presin ocasiona un cambio de fase de lquido a gas a temperaturas por debajo de la temperatura crtica.

Condensacin retrgrada.

La regin de condensacin retrgrada ocurre a temperaturas entre la crtica y la cricondentrmica. Una situacin retrgrada similar ocurre cuando la temperatura es cambiada a presin constante entre la presin crtica y la presin cricondenbrica.

Condensacin retrgrada.

Diagrama presin - volumen para unamezcla de dos componentes

Diagrama de presin volumen

Diagramas TernariosLa convencin usual es graficar el componente liviano en la cima y el componente pesado en la parte baja izquierda. La composicin es usualmente graficada en trminos de fraccin molar o porcentaje molar

Mezclas de Tres ComponentesDiagramas Ternarios: Figura 2-25 McCain

Diagramas TernariosEl punto 1 representa el componente puro B. El punto 2 representa una mezcla de 30% molar de A y 70% molar de C. El punto 3 representa una mezcla de 50% de A, 30% de B y 20% C.

Diagramas TernariosLa lnea 21 representa la composicin de todas las mezclas formadas por la adicin del componente B a la mezcla original de los componentes A y C.

Diagrama de fases para tres componentesEl metano es el componente ms liviano y se grafica en la cima. La lnea de punto de roco yace sobre la parte superior de la envolvente de saturacin y la lnea de punto de burbuja yace a lo largo de la parte inferior. Las lneas de equilibrio son rectas pero no horizontales, ya que son determinadas experimentalmente.

Apendice Diagrama presin - temperatura de los cinco fluidos de yacimiento

Clasificacin de yacimientos y criterios para diferenciar el tipo de fluido de yacimiento.

Apendice Diagrama presin - temperatura de los cinco fluidos de yacimiento

Diagrama presin - temperatura de los cinco fluidos de yacimiento

Diagrama presin - temperatura de los cinco fluidos de yacimiento

Diagrama presin - temperatura de los cinco fluidos de yacimiento

Diagrama presin - temperatura de los cinco fluidos de yacimiento

Diagramas presin - temperatura superpuestos

Diagramas presin - temperatura superpuestos

Diagrama presin - temperatura de los cinco fluidos de yacimiento

Composicin tipica de fluidos de yacimientoCOMPONENTE C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7+ MWC7+ GOR API DE TANQUE LQUIDO COLOR 625 34.3 Pesado Negro ACEITE NEGRO 48,83 2,75 1,93 1,60 1,15 1,59 42,15 225 ACEITE VOLTIL 64,36 7,52 4,74 4,12 3,97 3,38 11,91 181 2000 50,1 Medio Naranja GAS CONDENSADO 87,07 4,39 2,29 1,74 0,83 0,60 3,80 112 18200 60,8 Liviano GAS RICO 95,85 2,67 0,34 0,52 0,08 0,12 0,42 157 105000 54,7 Agua Blanco GAS SECO 86,67 7,77 2,95 1,73 0,88

Composicin tpica en porcentaje molar de fluidos de yacimiento

Composicin tpica de fluidos de yacimientoCOMPONENTES TPICOS DE FLUIDOS DE YACIMIENTO GAS NATURAL HIDROCARBURO Metano Etano Propano Butanos Pentanos Hexanos Heptanos+ NO HIDROCARBUROS Nitrgeno Dixido de Carbono Sulfuro de Hidrgeno Helio 70-98 % 1-10% Trazas-5 % Trazas - 2% Trazas -1 % Trazas - % Trazas - % Trazas -15 % Trazas -5 % Trazas -3 % ms de 5 %, usualmente Trazas o nada

GAS DE UN POZO QUE PRODUCE TAMBIEN PETROLEO LIQUIDO HIDROCARBURO Metano Etano Propano Butanos Pentanos Hexanos Heptanos+ NO HIDROCARBUROS Nitrgeno Dixido de Carbono Sulfuro de Hidrgeno Helio 45-92 % 4-21 % 1-15 % -7 % Trazas -3 % Trazas -2 % 0-1 % Trazas -ms de 10 % Trazas -4 % 0- Trazas-6 % Nada

Composiciones tpicas de gases del petrleo

Clasificacin de yacimientos y criterios para diferenciar el tipo de fluido de yacimiento.IDENTIFICACIN DE LOS FLUIDOS DE YACIMIENTO EN EL CAMPOACEITE NEGRO Produccin inicial relacin gas-lquido Gravedad API de lquido inicial en el tanque Color de lquido en el tanque < 1.750 ACEITE VOLTIL 1.750- 3.200 GAS RETROGRADO > 3.200 GAS RICO GAS SECO

> 15.000

100.000

< 45

> 40

> 40

Por encima de 70

No hay lquidos

Oscuro

Colores claros

Colores ms claros

Transparente

No hay lquidos

ANLISIS DE LABORATORIO ACEITE ACEITE GAS NEGRO VOLTIL RETROGRAD O Cambio de fase en el yacimiento % molar del heptano plus Factor volumtrico de formacin del aceite en el punto de burbuja Punto de burbuja > 20 % 2 Punto de Roco

GAS RICO

GAS SECO No hay cambio de fase < 0,7 --

No hay cambio de fase