16 noviembre 2008

Factor Volumétrico de Formación del Gas Bg
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El gas natural es una mezcla homogénea de hidrocarburos, en su mayoría livianos como el metano y etano y en menores proporciones propano butano y otros hidrocarburos más pesados. Además contiene impurezas como el H2S, N2, CO2, He y vapor de agua.

El factor volumétrico de formación del gas, Bg, es un parámetro que relaciona el volumen que ocupa un gas condiciones de presión y temperatura de yacimiento con el volumen que ocupa la misma masa de gas en superficie a condiciones estándar (14,7 psia y 60ºF). Se puede expresar:
Debemos recordar que el comportamiento de los gases está determinado por la ecuación de estado de los gases. Sin embargo, esta ecuación hace distinción entre los denominados gases ideales y gases reales.

Un gas ideal es aquel modelo en el cual

  • el volumen que ocupan las moléculas es insignificante con respecto al volumen ocupado por el gas,

  • se desprecian las fuerzas de atracción y repulsión entre las moléculas o entre las moléculas y las paredes del recipiente que las contiene, y

  • se consideran perfectamente elásticos los choques de las moléculas que lo componen.

La ecuación de estado para gases ideales se expresa de la siguiente forma:

Donde:

  • P = presión del gas, psia

  • V = volumen que ocupa el gas, ft3

  • n = número de moles, lbmol

  • R = constante universal, 10.73 psia*ft3/(lbmol*ºR)

  • T = tempratura del gas, ºR
Sin embargo a condiciones de yacimiento, como son altas temperaturas y presiones, esta ecuación no describe correctamente el comportamiento de los gases. Se dice entonces que el gas tiene un comportamiento real, y hay q considerar las fuerzas de atracción y repulsión entre moléculas así como el volumen q éstas ocupan, a diferencia del modelo ideal en el cual eran despreciados. Existen distintas ecuaciones que introducen factores y parámetros para corregir este comportamiento, una de las más sencillas es la que utilizan el factor de compresibilidad de los gases Z.

El factor Z es un factor calculado experimentalmente comparando el volumen real que ocupan n moles de gas a ciertas condiciones de presión y temperatura con el volumen ideal o teórico que debería ocupar la misma masa de gas a dichas condiciones; y para cada gas, el factor Z tiene distintos valores al variar las condiciones de P y T. Sin embargo todos los gases tiene el mismo factor de compresibilidad cuando se encuentran a iguales condiciones de presión reducida y temperatura reducida, por la tanto Z es una función de las propiedades reducidas de los gases.


Donde:

P, T : presión y temperatura a la cual queremos determinar Z
Pc, Tc : presión y temperatura crítica del gas puro

Standing y Katz desarrollaron una gráfica que permite determinar el Z a partir de las propiedades reducidas.

El gas natural es una mezcla de varios componentes gaseosos, por lo cual no se puede tener valores d propiedades críticas para todas las mezclas existentes; pero es posible determinar parámetros que describan a la mezcla, considerando sus componentes y las proporciones de ellos. Hablamos entonces de propiedades pseudoreducidas y pseudocríticas.

Para el gas natural:

Y entramos a la gráfica de Standing y Katz con las propiedades pseudoreducidas de la mezcla de gases.

El gas natural está compuesto además de hidrocarburos gaseosos livianos de una serie de componentes hidrocarburos más pesados y en menores proporciones, por lo que se ven agrupados y denominados heptano plus (C7 +). Como se trata de otra mezcla gaseosa particular para cada caso, sus propiedades críticas no son fijas, sino que dependen de la mezcla, principalmente del peso molecular y de la gravedad específica. Los siguientes gráficos nos permiten hallar tanto la presión como la temperatura crítica para el heptano plus.

Debemos tener en cuenta que el gas natural frecuentemente tiene en su composición una serie de elementos no hidrocarburos o contaminantes, y es necesario corregir el efecto que éstos tienen en el cálculo de las propiedades pseudocríticas. La presencia de nitrógeno no afecta sustancialmente el valor de Z, pero el sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono causan grandes errores que pueden ser remediados corrigiendo previamente la temperatura y presión pseudocríticas calculadas antes.

El factor de ajuste de componentes no hidrocarburos є es determinado a partir de las concentraciones de H2S y CO2 en la mezcla con el gráfico de Wichert y Aziz.

Con todo lo anterior podemos calcular el factor de compresibilidad Z del gas natural a partir del conocimiento de su composición, a cualquier condición de presión y temperatura. Entonces, volvamos al cálculo del factor volumétrico de formación Bg considerando el gas natural como un gas real:

A condiciones de superficie, el factor de compresibilidad es aproximadamente 1, y son conocidas la presión y temperatura.

El comportamiento del FVF de gas Bg, con respecto a la presión en el yacimiento está expresado en el siguiente gráfico. Nunca tiene el valor de cero, sino que es asintótico a cero para elevadas presiones.

Referencias bibliográficas:
McCain, William D. "Properties of Petroleum Fluids". 2nd Edition.
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