informe 1 porosidad

LABORATORIO DE HIDROCARBUROS

16 de septiembre de 2014

PRACTICA 1 DETERMINACIÓN DE POROSIDAD 1.- OBJETIVOS:   

Comprender el concepto de porosidad asi como su influencia en la capacidad de la roca para almacenar fluidos. Construir una estructura que simule la composición de un determinado tipo de suelo constituido por rocas de diferente granulometría Determinar la porosidad del tipo de suelo antes mencionado aplicando los conceptos de “volumen total “y “volumen poroso”.

2.- MARCO TEÒRICO 2.1 POROSIDAD La porosidad o fracción de huecos es una medida de espacios vacíos en un material, y es una fracción del volumen de huecos sobre el volumen total, entre 0-1, o como un porcentaje entre 0-100%. El término se utiliza en varios campos, incluyendo farmacia, cerámica, metalurgia, materiales, fabricación, ciencias de la tierra, t ierra, mecánica de suelos e ingeniería. En Química, En Química, es es la capacidad de un material de absorber líquidos líquidos o gases. También gases. También es el tamaño y número de los poros de un filtro un filtro o de una membrana una membrana semipermeable.

POROSIDAD EN SUELOS En edafología, En edafología, la porosidad de un suelo viene dada por el porcentaje de huecos existentes en el mismo frente al volumen total. A efectos prácticos se calcula a partir de las densidades aparente y real del suelo:

Dónde: , es la densidad la densidad aparente del material. es la densidad la densidad real del material. Otra fórmula para la porosidad (ε) es:

Dado que la porosidad es una medida de la capacidad de almacenamiento de fluidos de un sistema, uno de los parámetros más utilizados para determinar la calidad de la roca



yacimiento es, precisamente, la porosidad de la misma. En la Tabla 1.3 se muestra la variación de la calidad de la roca yacimiento en función de sus valores de porosidad. Tabla 1.3. Calidad de la roca yacimiento en función de su porosidad. (Modificado del Curso de Propiedades de la Roca Yacimiento, Universidad Central de Venezuela, Ángel Da Silva, 2011).

2.2 Clasificación de la porosidad. La porosidad puede ser clasificada en base a dos aspectos generales: • El origen de la roca • La comunicación entre los poros

De acuerdo al origen de la roca, la porosidad puede ser dividida en primaria, la cual se origina durante el proceso de depositación de los materiales que dan origen a la roca, y secundaria (inducida), que es el resultado de procesos, tanto naturales como artificiales, posteriores a la formación de la roca. Cuando se encuentran partículas suspendidas en un fluido puede decirse que su porosidad es cercana a uno. Sin embargo, esta disminuye hasta alcanzar un valor estable a medida que los sedimentos se asientan y aumentan las fuerzas de contacto entre las partículas (Mendoza, 1998). En este sentido, los parámetros microestructurales que afectan la porosidad primaria de un sedimento no consolidado son: el tamaño, la forma (geometría) y el escogimiento de los granos. En general, las rocas con porosidad primaria presentan características más uniformes que aquellas con porosidad secundaria puesto que, después de producirse la deposición de sedimentos, la roca puede ser sometida a procesos físicos, químicos y biológicos que generan modificaciones del volumen poroso del sistema y/o a procesos geológicos de deformación que generan fisuras o desplazamiento de los granos que conforman la matriz rocosa. De aquí que algunos de los procesos que dan origen a la porosidad inducida son: la compactación mecánica, la precipitación de minerales, al disolución, el fracturamiento y la recristalización (Curso de Propiedades de la Roca Yacimiento, Universidad Central de Venezuela, Ángel Da Silva, 2011) Es de hacer notar que existen diferentes tipos de porosidad asociados a los procesos mencionados, los cuales coexisten a menudo. Entre estos tipos de porosidad se tiene: la porosidad intergranular, formada en el momento de depositación de las partículas; la porosidad intragranular, debida a la disolución parcial de los granos de la roca; la



porosidad intercristalina, relacionada a los intersticios entre los cristales; la porosidad móldica, asociada a la disolución de los materiales que rellenan los moldes de los organismos presentes en la roca; la porosidad por fractura, debida a esfuerzos tectónicos; y la porosidad por canal, vacuola o caverna, relacionada a la disolución de carbonatos. (García 2000). En la Figura 1.3 se ilustran los diferentes tipos de porosidad mencionados.

2.3 Factores que afectan la porosidad Existen diversos parámetros microestructurales que afectan la porosidad. Para fines de esta investigación es necesario mencionar cuatro de ellos: • Tipo de empaque • Efectos de borde • Tamaño, forma y distribución de los gr anos • Compactación y cementación

2.4 Determinación experimental de la porosidad



• Medición de la porosidad con el

método de embebido: es el método más sencillo de determinación de la porosidad y consiste en saturar el medio, cuyo volumen es conocido, con un fluido de densidad también conocida, y medir, tanto el volumen ocupado por el líquido, como el volumen final obtenido al saturar la muestra con el fluido. De esta forma, la diferencia del volumen de la muestra más el volumen de agua con respecto al volumen total permite determinar el volumen de poros (Oropeza, 2006). Medición óptica de la porosidad: implica el análisis microscópico de una sección fina de la muestra y se aplica cuando la estructura de micro-porosidad de la misma es isótropa. En este método se miden las áreas de los poros (no sus volúmenes), por lo que la porosidad es el cociente entre el área de dichos poros y el área total de la sección (Mendoza, 1998). •

2.5 LEY DE DARCY En 1856, en la ciudad francesa de Dijon, el ingeniero Henry Darcy fue encargado del estudio de la red de abastecimiento a la ciudad. Parece que también debía diseñar filtros de arena para purificar el agua, así que se interesó por los factores que influían en el flujo del agua a través de los materiales arenosos, y presentó el resultado de sus trabajos como un apéndice a su informe de la red de distribución. Ese pequeño apéndice fue la base de todos los estudios físico-matemáticos posteriores sobre el flujo del agua subterránea. En los laboratorios actuales disponemos de aparatos muy similares al que utilizó Darcy, y que se denominan permeámetros de carga constante (Figura 1)



Básicamente un permeámetro es un recipiente de sección constante por el que se hace circular agua conectando a uno de sus extremos un depósito elevado de nivel constante. En el otro extremo se regula el caudal de salida mediante un grifo que en cada experimento mantiene el caudal también constante. Finalmente, se mide la altura de la columna de agua en varios puntos (como mínimo en dos, como en la Figura 1). Darcy encontró que el caudal que atravesaba el permeámetro era linealmente proporcional a la sección y al gradiente hidráulico. Es decir: variando el caudal con el grifo y/o moviendo el depósito elevado, los niveles del agua en los tubos varía. Podemos probar también con permeámetros de distintos diámetros y midiendo la altura de la columna de agua en puntos más o menos próximos. Pues bien: cambiando todas la variables, siempre que utilicemos la misma arena, se cumple que:

(Ver Figura 1 para el significado de las variables) Darcy encontró que utilizando otra arena (más gruesa o fina, o mezcla de gruesa y fina, etc.) y jugando de nuevo con todas las variables, se volvía a cumplir la ecuación anterior, pero que la constante de proporcionalidad lineal era otra distinta. Concluyó, por tanto, que esa constante era propia y característica de cada arena y la llamó permeabilidad (K). Como el caudal Q está en L3/T, la sección es L2, e ∆h e ∆l son longitudes, se

comprueba que las unidades de la permeabilidad (K) son las de una velocidad (L/T). Actualmente, la Ley de Darcy se expresa de esta forma:



Dónde: q = Q/sección (es decir: caudal que circula por m2 de sección) K = Conductividad Hidráulica (mejor que “permeabilidad”)

dh/dl = gradiente hidráulico expresado en incrementos infinitesimales (el signo menos se debe a que el caudal es una magnitud vectorial, cuya dirección es hacia los ∆h decrecientes; es decir, que ∆h o dh es negativo y, por tanto, el caudal será

positivo)

Limitaciones de la Ley de Darcy La Ley de Darcy es falsa (o no suficientemente precisa) por dos razones: 1ª). La constante de proporcionalidad K no es propia y característica del medio poroso, sino que también depende del fluido El factor K, puede descomponerse así:

Dónde: K = permeabilidad de Darcy o conductividad hidráulica k = Permeabilidad intrínseca (depende sólo del medio poroso) γ = peso específico del fluido

µ = viscosidad dinámica del fluido Esta cuestión es fundamental en geología del petróleo, donde se estudian fluidos de diferentes características. En el caso del agua, la salinidad apenas hace variar el peso específico ni la viscosidad. Solamente habría que considerar la variación de la viscosidad con la temperatura, que se duplica entre 5 y 35 º C, con lo que se duplicaría la permeabilidad de Darcy y también el caudal circulante por la sección considerada del medio poroso. Afortunadamente, las aguas subterráneas presentan mínimas diferencias de temperatura a lo largo del año en un mismo acuífero. Por tanto, aunque sabemos que K depende tanto del medio como del propio fluido, como la parte que depende del fluido normalmente es despreciable, para



las aguas subterráneas a efectos prácticos asumimos que la K de Darcy, o conductividad hidráulica es una característica del medio poroso. 2ª). En algunas circunstancias, la relación entre el caudal y el gradiente hidráulico no es lineal. Esto puede suceder cuando el valor de K es muy bajo o cuando las velocidades del flujo son muy altas. En el primer caso, por ejemplo, calculando el flujo a través de una formación arcillosa, el caudal que obtendríamos aplicando la Ley de Darcy sería bajísimo, pero en la realidad, si no se aplican una gradiente muy elevada, el agua no llega a circular, el caudal es 0. En el segundo caso, si el agua circula a gran velocidad, el caudal es directamente proporcional a la sección y al gradiente, pero no linealmente proporcional, sino que la función sería potencial:

Donde el exponente n es distinto de 1. En el flujo subterráneo las velocidades son muy lentas y prácticamente siempre la relación es lineal, salvo en las proximidades de captaciones bombeando en ciertas condiciones.

3.- MATERIALES Y EQUIPO 

Recipiente

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Regla

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Piedras D = 3cm

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Piedras D = 2cm

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Piedras D = 0.5cm

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Arena fina

4.- PROCEDIMIENTO 

Utilizamos un recipiente de base 14.2 x 14.3cm y aproximadamente de altura 20cm


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Seleccionamos las piedras según la medida de su diámetro

Colocamos primero las piedras de 3cm de diámetro, luego las de 2cm, en ese momento colocamos una manguerilla, una vez colocada continuamos con las piedras de 0.5cm y por ultimo la arena fina. Cada tamaño de piedras ocupan 4cm de altura del recipiente.





Teniendo las piedras dentro del recipiente armado agregamos agua en cantidades pequeñas, y medimos el volumen de agua que utilizamos para cada tipo de piedra es decir 4cm de altura del recipiente, notamos que el agua baja con dificultad.



5.- ANÁLISIS DE RESULTADOS:

La altura para cada capa fue de 4 cm siendo un total de 16 cm y el volumen de agua utilizado para cada capa fue: V1 (capa 1)= 400 ml V2 (capa 2)= 356 ml V3 (capa 3)= 300 ml V4 (capa 4)= 267 ml

Por lo tanto el volumen total de agua fue de: V1+V2+V3+V4= 400+356+300+267 = 1 323 ml o

Hallamos el volumen de la roca para cada capa:

Capa 1 = 14.2*14.2*4 = 806.56 cm3 = 807 cm3 Capa 2 = 14.2*14.2*4 = 806.56 cm3 = 807 cm3 Capa 3 = 14.2*14.2*4 = 806.56 cm3 = 807 cm3 Capa 4 = 14.2*14.2*4 = 806.56 cm3 = 807 cm3 o

Hallamos el volumen de los espacios huecos:

Capa 1: Volumen de roca – volumen H2O = 807 cm3 – 400 cm3 = 407 cm3 Capa 2: Volumen de roca – volumen H2O = 807 cm3 – 356 cm3 = 451 cm3 Capa 3: Volumen de roca – volumen H2O = 807 cm3 – 300 cm3 = 507 cm3 Capa 4: Volumen de roca – volumen H2O = 807 cm3 – 267 cm3 = 540 cm3 Volumen total = 407+451+507+540 = 1905 cm 3 o ml o

Calculo de la porosidad total:

Relación entre el volumen de huecos (Vv) y el volumen total de la roca (Vt). Es una medida adimensional que se expresa en %. Condiciona el almacenamiento. m = Vv / Vt Capa 1: m= 407/ 807 cm3 *100 = 50 %



Capa 2: m= 451/ 807 cm3 *100 = 56 % Capa 3: m= 507/ 807 cm3 *100 = 63 % Capa 4: m= 540/ 807 cm3 *100 = 67 %

6.- CONCLUSIONES 

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De acuerdo al marco teórico expuesto se tiene entendido pero para quedar claro se enfatizó en la parte experimental la aplicación de los diferentes conceptos tanto de porosidad y entre otros Proporcionada por el laboratorio se utilizó al estructura ya construida anteriormente solo quedaba adaptarla a nuestros propósitos. Se determinaron datos de: Volumen total =1323 ml de agua Volumen de la roca = 807 ml y constante en todas las capas.



De acuerdo al cálculo de la porosidad total según los datos obtenidos va aumentando el porcentaje de 50- 67 % lo q indica que la última capa tiene mayor porosidad.

7.- BIBLIOGRAFIA http://www.agua.org.py/images/stories/biblioteca/subterraneas/javier-sanchez_flujo-enmedios-porosos---ley-de-darcy.pdf http://www.gc.usb.ve/geocoordweb/tesis/Pre/Melia%20Da%20Silva.pdf

informe 1 porosidad

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