PRACTICA No. 6 DETERMINACIÓN DE LA SATURACION POR EL MÉTODO DE LA DESTILACIÓN - EXTRACCIÓN
DANIEL FRANCISCO PAREDES AQUITE LUIS HERNAN MUÑOZ MONTES MAIREN ALEJANDRA QUINTERO TITIMBO
COD.2009287401 COD.2009288361 COD.2009287459
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA PETRÓLEOS NEIVA 2012
PRACTICA No. 6 DETERMINACIÓN DE LA SATURACION POR EL MÉTODO DE LA DESTILACIÓN - EXTRACCIÓN
DANIEL FRANCISCO PAREDES AQUITE COD.2009287401 LUIS HERNAN MUÑOZ MONTES COD.2009288361 MAIREN ALEJANDRA QUINTERO TITIMBO COD.2009287459
TRABAJO PRESENTADO EN LA ASIGNATURA ANALISIS DE NUCLEOS GRUPO 01 - SUBGRUPO 01 PROFESOR: RICARDO PARRA PINZON
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA PETRÓLEOS NEIVA 2012
ÍNDICE
1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVoOGENERAL 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2. ELEMENTOS TEÓRICOS 3. PROCEDIMIENTO 3.1. DIAGRAMA DE FLUJO 4. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO 4.1. TABLA DE DATOS 4.2. MUESTRA DE CÁLCULOS 5. TABLA DE RESULTADOS 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 7. FUENTES DE ERROR 8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 9. RESPUESTA A CUESTIONARIO BIBLIOGRAFÍA
1. OBJETIVOS 1.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar la porosidad de una muestra por el método de saturación.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Comprender el principio de Arquímedes y aplicar dicho principio para la determinación de la porosidad de una muestra.
Para mejorar la exactitud de la prueba, se requiere conocer claramente el proceso de saturación de la muestra.
Identificar las ventajas y desventajas del método de saturación.
2. ELEMENTOS TÈORICOS PRINCIPIO La porosidad efectiva de una muestra, se puede determinar sometiéndola a una saturación con un líquido de densidad conocida y calculando gravimétricamente los volúmenes porosos y total. La porosidad es una medida de la capacidad de almacenamiento del yacimiento; de tal manera que para determinar la cantidad de hidrocarburos presentes en dicho yacimiento, es necesario determinar la fracción del volumen poroso ocupado por cada uno de los fluidos presentes. Dicha fracción de volumen poroso, ocupado por agua, petróleo o gas, es precisamente lo que se denomina saturación de fluidos. La distribución de los fluidos en un yacimiento es resultado de la segregación natural, producto de las diferencias de densidades en los fluidos que saturan el medio poroso.
POROSIDAD Desde el punto de vista de ingeniería de yacimientos, la porosidad describe el espacio en la roca no ocupado por algún mineral o material sólido, lo que permite el almacenamiento de los fluidos. Se define por la razón:
Donde, Φ = Porosidad
Vp = volumen poroso o espacio vacio Vt = volumen bruto de la roca La proporción de los espacios porosos en la roca depende del tamaño y empaquetamiento de los granos que la forman. Así, la porosidad es mayor en los sedimentos no consolidados que en aquellos sometidos a litificación, ya que la conversión de los sedimentos en roca sedimentaria origina la pérdida de la porosidad como consecuencia de la compactación y la cementación.
Tipos de porosidad La porosidad de una roca de yacimiento puede clasificarse de dos formas: 1. Según la comunicación de los poros 2. Según el origen de la porosidad
Clasificación de la porosidad de acuerdo a la interconexión del volumen poroso:
De acuerdo a la interconexión del volumen poroso, la porosidad se define en porosidades absoluta, efectiva y no efectiva.
Porosidad absoluta: se define como la razón entre el espacio poroso total en la roca y el volumen bruto. Es aquella porosidad que considera el volumen poroso de la roca esté o no interconectado. Porosidad efectiva: se define como el porcentaje del espacio poroso interconectado con respecto al volumen total de la roca. Esta propiedad es la que normalmente miden los porosímetros comerciales y es en realidad la que interesa ya que finalmente ésta permitirá que haya flujo de fluidos Porosidad no efectiva: es la diferencia que existe entre la porosidad absoluta y efectiva. Clasificación geológica de la porosidad
1. Porosidad primaria o intergranular. La cual se desarrolló al mismo tiempo que los sedimentos fueron depositados. Rocas sedimentarias con este tipo de porosidad son: areniscas (detríticas o clásticas) y calizas (no detríticas). La porosidad es primaria cuando se origina paralela a la formación de la roca y está condicionada principalmente por los intersticios entre los granos, intersticios entre los fragmentos de conchas, cavidades de naturaleza primaria en la roca o sus elementos componentes. 2. Porosidad secundaria, inducida o vugular: se denomina Porosidad Secundaria a aquella que se origina sobre la roca luego que ésta se ha formado; puede resultar de procesos químicos como disolución, dolomitización, recristalización, etc. o procesos físicos como fracturamiento, diaclasamiento etc. en la roca.
En términos generales para rocas sedimentarias se considera una porosidad igual a 5% como baja, entre el 5%-15% como media y mayor del 15% como alta; las calizas pueden tener alta porosidad secundaria. A Las rocas ígneas y metamórficas frescas, en general se les atribuye una porosidad de 1%.
SATURACIÓN DE FLUIDOS, Sf 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.
MÈTODO DEL DINAMOMETRO Y LA BALANZA: El volumen total de los aparatos se muestra en la figura 1 y es igual al peso inicial de la muestra saturada (o parcialmente saturada con peso estabilizado) en aire menos el peso cuando la muestra es sumergida, dividido por la densidad del líquido donde la muestra es sumergida. El volumen total del aparato se muestra en la figura 2 y es igual al peso de la muestra saturada sumergida en el líquido dividido por la densidad de este líquido. V T
W W a
s
L
Método del Dinamómetro
V T
W s
L
Método de la Balanza
Las precauciones para este método son: Tener cuidado al hacer el diseño del montaje. El arreglo muestra como ambas muestras y el alambre (Hilo) son totalmente sumergidos durante un tiempo, la muestra no debe estar soportada en ningún momento por el embase que contiene el
líquido, y solamente una cantidad del alambre (diámetro máximo de 1 milímetro) penetra la superficie del líquido. El alambre y el fluido deben estar limpios. Es esencial usar una densidad correcta del fluido para la temperatura a la que está el líquido en el momento de sumergir la muestra. La densidad del líquido debe conocerse con un mínimo margen de 0.005 gr/cm 3. Un error de 0.005 gr/cm 3 hace desviar los resultados de la porosidad en 0.5 puntos (La porosidad es expresada en porcentaje). La densidad de los fluidos puede ser medida con un picnómetro, con un medidor digital eléctrico de densidad, con balanzas para gravedad específica, o esta puede ser calculada usando silicio estándar disponible del Instituto Nacional de Normalización y Tecnología. V ss
W ss
ss
Donde: Vss = Volumen de silicio estándar Wss = Peso en el aire de silicio estándar ρss = Densidad del silicio estándar del Instituto Nacional de Normalización y Tecnología. F
W ss
W rss
ss
Donde: ρF = Densidad del fluido en el cual el silicio es sumergido.
Wrss = Peso sumergido del silicio estándar.
3. PROCEDIMIENTO 3.1. DIAGRAMA DE FLUJO:
Pesar la muestra limpia y seca W m habiendo tenido la recaución de mantenerla en un Conectar la campana de saturación a la bomba de vació al li uido saturante. Colocar la muestra en la campana de saturación a licar vacío or cerca de 8 horas Abrir la cámara de vacío lentamente y dejar la que la resión atmosférica actué con el lí uido or 15 minutos. Retirar la muestra y pesarla en un recipiente sumergido en agua (W s). Sacar la muestra, limpiar el líquido sobrante y pesarla, W a
M TODO DE LA BALANZA
M TODO DEL DINAM METRO
Sumergimos la muestra en un recipiente con agua que está sobre la balanza y determinamos su eso ws
Sumergimos la muestra sostenida a un dinamómetro en un recipiente con agua y determinamos su eso w
Calculamos la porosidad efectiva por este método
Calculamos la porosidad efectiva por este método
4. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO 4.1. TABLA DE DATOS Identificación de la muestra Temperatura de laboratorio Número de la muestra Fluido desplazante Porosidad hallada por expansión de Helio
27°C 183 Agua destilada 21%
Datos Peso de la muestra limpia y seca (Wm), gramos Peso de la muestra saturada (Wa), gramos Peso de la muestra sumergida (Ws), gramos Peso de la muestra saturada (Ws*), gramos Ws: dinamómetro Ws*: balanza
129.9 143.2 84 62.70
4.2. MUESTRA DE CÁLCULOS
Cálculo de la porosidad efectiva: Método del dinamómetro Diagrama de cuerpo libre para el tapón:
Como el tapón se encuentra en equilibrio se deduce que:
∑ Volumen poroso efectivo será:
Finalmente para el sistema:
Se halla la porosidad efectiva por el método del dinamómetro.
Se compara con el valor de porosidad efectiva obtenido en la prueba de porosidad por expansión de helio (21%) y se toma como valor teórico:
[ ] [ ]
Cálculo de la porosidad efectiva: método de la balanza Diagrama de cuerpo libre para el tapón:
Como el tapón se encuentra en equilibrio se deduce que:
∑
Volumen poroso efectivo será:
Finalmente para el sistema:
Se halla la porosidad efectiva por el sistema:
Se compara con el valor de porosidad efectiva obtenido en la prueba de porosidad por expansión de helio (21%) y se toma como valor teórico:
[ ] [ ]
5. TABLA DE RESULTADOS
MÉTODO
POROSIDAD EFECTIVA
% ERROR
Dinamómetro
22.47
7
Balanza
21.21
1
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS La porosidad que determina este método es efectiva, tiene en cuenta el volumen de poroso que está interconectado y por el cual va a fluir el fluido saturante, en este caso agua destilada; en el yacimiento podría ser aceite, agua y/o gas o una mezcla de todos. El valor de la porosidad efectiva ( ) por saturación de fluidos determinado es de de 22.47% (método del dinamómetro) y 21.21% (método de la balanza) para la muestra 183, al compararlo con la hallada mediante expansión de helio, cuyo valor fue de 21%, se obtiene un porcentaje de error de 7% y 1% respectivamente. Estos porcentajes de error son muy pequeños lo que confirma la validez de los métodos utilizados en la práctica, en especial el método de la balanza. E
Para analizar la porosidad calculada por los dos métodos (dinamómetro y balanza), se toma como referencia el dato obtenido en la práctica de porosidad por expansión de Helio debido a sus ventajas y grado de confiabilidad (se ve reflejado en el procedimiento y los equipos utilizados); mientras que la práctica de porosidad por saturación de fluidos es muy artesanal y de una forma más directa se ve atado a los errores humanos.
7. FUENTES DE ERROR
Ocurre pérdida de fluido de la muestra mientras ésta se transporta a la balanza. Una fuente de error importante es que la muestra no haya quedado 100% saturada, por lo que al pesar la muestra saturada de agua se obtendría un peso menor que cuando la muestra está completamente saturada. La manipulación de la muestra sin las precauciones del caso durante esta prueba y en pruebas anteriores ocasiona la perdida de granos en el corazón, lo que a su vez hace que disminuya los pesos finales obtenidos.
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES
La porosidad efectiva de una muestra, se puede determinar al someterla a una saturación con un líquido de densidad conocida y calculando gravimétricamente los volúmenes poroso y total. Para ello es muy importante tener en cuenta el proceso de saturación de la muestra, especialmente el tiempo de inmersión y las características del líquido saturante, con el fin de llenar todo el espacio poroso interconectado. Se determinó la porosidad efectiva de la muestra 183, se saturó con agua destilada, luego se utilizó el dinamómetro y la balanza para las mediciones del peso bajo determinadas situaciones, y finalmente se halló la porosidad por medio de diagramas de cuerpo libre y relaciones sencillas. Para ambos casos se presentó un bajo margen de error respecto a la porosidad hallada mediante el método de expansión de Helio, lo que representa validez de la práctica realizada. El método presentado en la experiencia de saturación por fluidos es de gran valor para efectos de trabajo en campo, debido a la rapidez con que se ejecuta y que el porcentaje de error que presenta es bajo relativamente. El valor de la porosidad de la muestra 183 (21%), se asemeja al empaquetamiento romboedral que presenta una porosidad de 25.9%. Se reconocieron las ventajas y desventajas del método para determinar la porosidad por saturación de fluidos. Una ventaja relevante es su pequeño margen de error respecto a la prueba de expansión de Helio; y una gran desventaja es la forma en que satura el fluido la muestra, se pueden presentar dos casos: el primero que no se sature en totalidad el espacio poroso interconectado y segundo, que al momento de sumergir la muestra se saturen espacios porosos que se abren paso desde la superficie de la muestra hacia dentro de la misma y no están interconectados pero tienen capacidad de retener liquido saturante.
RECOMENDACIONES Mejorar el equipo utilizado en la práctica para garantizar los valores obtenidos tanto en el laboratorio como en la muestra de cálculos.
Un punto importante sería instalar una polea fija o un mecanismo que garantice la estabilidad que la muestra debe tener al momento de hacer la lectura del peso de esta sumergida en el fluido.
9. RESPUESTA A CUESTIONARIO 1. ¿Qué factores petrofísicos afectan la porosidad de una roca? Tipo de empaque: El incremento de la presión de confinamiento hace que los granos pobremente clasificados y angulares muestren un cambio progresivo de empaquetamiento aleatorio a un empaque más cerrado, reduciendo con ello la porosidad. Según el tipo de empaque se tiene los siguientes valore de porosidad: Tipo de empaque
Porosidad
Cúbico,
47.6 %
Romboedral
25.9 %
Ortorrómbico
39.54 %
Tetragonal esfenoidal
30.91 %
Grado de cementación o consolidación: Son cementos: carbonato de calcio, carbonato de magnesio, carbonato de hierro, limonita, hematita, dolomita de sulfato de calcio, arcillas, y combinación de estos. Las areniscas altamente cementadas presentan bajas porosidades. Lo contrario ocurre con rocas poco consolidadas. La cementación toma lugar tanto en el tiempo de mitificación como
en el proceso de alteración de las rocas causada por agua circulante. De la calidad del material cementante dependerá la firmeza y compactación de la roca. Se tiene, entonces, formaciones consolidados, poco consolidados y no consolidados.
Geometría y distribución de granos: Se debe a la uniformidad o clasificación de los granos. Dicha clasificación depende, a su vez, de la distribución del tamaño del material, tipo de depositacion, características actuales y duración del proceso sedimentario. Cuando los granos son más redondeados proporcionan más homogeneidad al sistema y por ende la porosidad será mayor. Presión de las capas suprayacentes: Las capas suprayacentes pueden compactar el yacimiento y reducir el espacio poroso. La compactación tiende a cerrar los espacios vacíos, forzar el fluido a salir y permitir un mayor acercamiento de las partículas minerales, especialmente en rocas sedimentarias de grano fino. Presencia de partículas finas: La arcillosidad afecta negativamente la porosidad. 2. ¿Qué precauciones se deben tener para el líquido saturante? El liquido saturante debe ser de naturaleza química inerte, debido a que este fluido no puede interactuar con los fluidos de la roca a pesar de que se supone debe estar seca, ni a afectar las condiciones petrofísicas de la misma, además debe tener la propiedad de llenar los espacios porosos de manera efectiva por lo cual debe ser de baja viscosidad para que llene el espacio interconectado el espacio interconectado.
3. ¿Qué ventajas y desventajas presenta el método utilizado? Ventajas: a) Muchas muestras pueden ser manipuladas al mismo tiempo. b) Proporciona una medida directa de volumen del poro. c) Valores exactos pueden ser logrados si la técnica es usada apropiadamente. d) La muestra puede estar totalmente saturada con líquido para otra prueba que puede desearse. e) Es una prueba no destructiva. Limitaciones: a) El procedimiento es lento con respecto al tiempo de la operación total de medida.
b) El procedimiento es básicamente exacto, pero limitado a muestras que estén saturadas al 100% y que el peso saturado substancialmente esté determinado. c) El fluido saturante puede reaccionar con la roca. d) No se recomiendan núcleos que contienen orificios en la superficie para la determinación de porosidad por este método debido a la pérdida potencial de líquido por los orificios durante el proceso del peso. Si el líquido se pierde, este volumen no sería incluido en el volumen poroso, y erróneamente una baja porosidad será calculada. e) El líquido debe ser inadecuado para las pruebas subsecuentes y tiene que ser eliminado. f) No pueden usarse líquidos que pueden lixiviar o ser causa del aumento de matriz.
4. Explique otros métodos se emplean para determinar la porosidad de una muestra. Arquímedes (boyancia) inmersión de mercurio : Este método se rige por el
principio de Arquímedes. Se sumerge la muestra en mercurio y el volumen de mercurio desplazado por el tapón se determina gravimétricamente mediante una balanza sobre la cual va montado el recipiente que contiene el mercurio. Se determina el bulk volumen como la masa de mercurio desplazada sobre la densidad del mercurio medida a la temperatura que se realiza la prueba. Este método también se puede realizar con otro tipo de fluido diferente al mercurio, como tolueno, aceite refinado, entre otros.
Desplazamiento de mercurio (bomba de desplazamiento volumétrica): El bulk
volumen de la muestra es medido por desplazamiento de hace directamente en el instrumento. Mercurio utilizando una bomba del desplazamiento volumétrica la cual se adjunta a la cámara de la muestra que está revestida de acero. La lectura del volumen se Ley de Boyle para una sola celda. Método usando el porosímetro Kobe: El
porosímetro Kobe consiste en una bomba de mercurio, medida de presión, válvula de gas y otro tipo de válvulas y una cámara de muestra. La muestra se sumerge en mercurio. El volumen poroso es determinado por la sustracción del volumen de mercurio necesitado para llenar la cámara de la muestra sin muestra y el volumen de mercurio necesitado para llenar la cámara con la muestra dentro. El volumen de grano es calculado con la bomba de mercurio para un volumen prefijado mediante la relación de P1*V1= P2*V2. Método de Washburn-Bunting: El procedimiento empieza por levantar la cubeta
de mercurio dentro de la cámara de muestra, donde se sumerge dicha muestra y luego dentro se calibra capilarmente. Cuando el mercurio esta sobre la llave de paso, esta se cierra. Luego se coloca la muestra en vació y el aire en los poros de
esta llenan la cámara de la muestra, luego de pocos minutos, la presión atmosférica es restaurada por el escapa de aire para llenar la cubeta de mercurio hasta que el nivel sea igual al del capilar. El volumen de aire en el calibrador capilar es igual al volumen poroso de la muestra. Método seco para densidad de grano y volumen de poro: En este
procedimiento la muestra es extraída, desecada y triturada. Una porción de ese triturado se pasa por una malla de 60 mesh y luego a una de 100 mesh, se pesa y adiciona dentro del porta-muestras. Una bomba de mercurio es usada para introducir mercurio en el porta-muestras. Calculando el volumen en la taza vacía, el volumen de muestra en la taza, puede ser determinado. Usando el peso de la muestra, la densidad de grano se puede calcular. El volumen de grano es computado dividiendo el peso de la muestra seca en la densidad de grano determinada. El volumen poroso puede ser determinado por sustracción del volumen de gano y la medida del volumen bulk de la muestra.
Método mojado para densidad de grano y volumen de poro: El bulk volumen
se mide y la muestra desecada se pesa y se tritura. Este triturado es adicionado al frasco calibrado contenedor volumétrico conociendo un volumen de fluido de peso conveniente (tolueno, agua, etc.). El volumen incrementado es igual al volumen de grano de la muestra triturada. El volumen poroso puede ser calculado por sustracción del volumen de grano y el volumen bulk.
BIBLIOGRAFÍA
PARRA, Ricardo. GUÍA DE LABORATORIO DE LA ASIGNATURA ANÁLISIS DE NÚCLEOS. Universidad Surcolombiana. Facultad de Ingeniería. Neiva, 2012. las guías son empleadas en el desarrollo del laboratorio y como base de los argumentos teóricos y muestra de cálculo del presente informe.
Para la elaboración de este informe, se tomamos como texto guía la obra de Magdalena Paris de Ferrer, Fundamentos de Ingeniería de Yacimientos, edición del 2009, editado e impreso por ediciones Astro Data, en Maracaibo, Venezuela. Capítulo 3, Propiedades de la roca. Porosidad y métodos para determinar la porosidad (sección 1 y 1.4 respectivamente). Pág. 221-237.
