información vapor

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26/08/2014 1 Temperatura de Saturación del Agua Es la temperatura donde se alcanza el punto de Ebullición a una presión dada o donde la presión de vapor del agua y la presión externa se equilibran. 225 . 0 * 1 . 115 P Ts = Calor Especifico Es la capacidad que tiene una unidad de masa para almacenar calor, cuando su temperatura se incrementa una unidad, es proporcional a la masa y sus unidades son: . A mayor calor especifico de una sustancia, mayor será la cantidad de calor que debe absorber para que se produzca un determinado aumento de temperatura, por lo tanto será mayor la cantidad de calor liberado al enfriarse . Calor especifico del agua; Cw = 1.0 BTU / Lb ºF a 14.7 lppc y 60 ºF Calor especifico del Vapor; Cs = 0.56 BTU / Lb-ºF F lb BTU 0 - PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR ( ) ( ) 1 2 1 2 T T h h C - - = Calor Sensible Corresponde al calor que se suministra a un liquido manteniendo su presión constante, donde se aumenta la temperatura hasta la Temperatura de saturación correspondiente a dicha presión. Es proporcional a la Presión. 0.2574 w P * 91.0 h = Calor Latente de Vaporización Es la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de agua, a la Temperatura de Saturación, para evaporarla completamente. Es inversamente proporcional a la presión. A la presión crítica el calor latente será naturalmente cero. [ ] Lb BTU P P L / * 10 * 22 . 2 * 1328 513 . 1 3 08774 . 0 - - - = PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR

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Métodos de Recobro Térmico

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  • 26/08/2014

    1

    Temperatura de Saturacin del Agua

    Es la temperatura donde se alcanza el punto de Ebullicin a unapresin dada o donde la presin de vapor del agua y la presin externase equilibran.

    225.0*1.115 PTs =Calor EspecificoEs la capacidad que tiene una unidad de masa para almacenar calor,cuando su temperatura se incrementa una unidad, es proporcional a lamasa y sus unidades son: . A mayor calor especifico de unasustancia, mayor ser la cantidad de calor que debe absorber para quese produzca un determinado aumento de temperatura, por lo tantoser mayor la cantidad de calor liberado al enfriarse .

    Calor especifico del agua; Cw = 1.0 BTU / Lb F a 14.7 lppc y 60 F

    Calor especifico del Vapor; Cs = 0.56 BTU / Lb-F

    FlbBTU 0-

    PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPORPROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR

    ( )( )12

    12

    TThhC

    --

    =

    Calor Sensible

    Corresponde al calor que se suministra a un liquido manteniendosu presin constante, donde se aumenta la temperatura hasta laTemperatura de saturacin correspondiente a dicha presin. Esproporcional a la Presin.

    0.2574w P*91.0h =

    Calor Latente de Vaporizacin

    Es la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masade agua, a la Temperatura de Saturacin, para evaporarlacompletamente. Es inversamente proporcional a la presin. A lapresin crtica el calor latente ser naturalmente cero.

    [ ]LbBTUPPL /*10*22.2*1328 513.1308774.0 -- -=

    PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPORPROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR

  • 26/08/2014

    2

    Calidad del Vapor

    Es la fraccin por peso del vapor seco contenido en una libra devapor hmedo. La calidad del vapor es muy importante paracalcular la cantidad de calor o entalpa en una libra de vaporhmedo. PS

    Vapor de calidad x

    (1-x) agua

    PS

    1 Lb de agua

    PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR

    PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR

    CALIDAD DEL VAPORLa calidad del vapor hace referencia a la relacin en pesovapor/lquido presente en la mezcla, es decir un vapor de calidad del80%, significa que el 80% (en peso) es vapor y el 20% es agua liquida.Cuando este vapor es totalmente seco, ( X = 100%) se conoce comovapor saturado.

    Ejemplo: Vapor hmedo de calidad 60% a una presin de 800 psia,contiene 923.6 BTU/lb; el vapor seco a las mismas condicionescontiene 1199.4 BTU/lb, 275,6 BTU/lb de energa adicional.

    La calidad se relaciona con el contenido energtico, ya que a mayorcalidad, mayor contenido de energa.A medida que se aumenta la presin, la diferencia en la entalpa entreel vapor hmedo y el vapor saturado se hace menor.

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    Entalpa del Vapor Hmedo

    Una libra de vapor hmedo contendr el total del calorsensible ms una cantidad de calor latentecorrespondiente a la fraccin de lquido que se haevaporado.

    Lxhh wvh +=: Entalpa del vapor hmedo, BTU/lb.: Entalpa del agua saturada, BTU/lb.: Calor latente, BTU/lb.: Calidad del vapor, fraccin.X

    Lhh

    w

    vh

    PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR

    PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR

    GRAFICO DE ENTALPAS PARA EL VAPOR

    Agua saturada

    Calor latente deVaporizacin L

    Vapor secoY

    Saturado.P1

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    Volumen Especifico del Vapor y el Agua Caliente

    El volumen especifico es el volumen ocupado por la unidadde masa de una sustancia, pie3/Lb.

    Volumen especifico del agua saturada, w (pie3/lb)

    Volumen especifico del vapor saturado, s (pie3/lb)

    Volumen especifico del vapor hmedo, h (pie3/lb)

    PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR

    PROPIEDADES TERMICAS DEL VAPOR

    ( ) swh xx nnn +-= 1

    CONVERSIONES: ENERGA-VOLUMEN-MASA

    1 Libra vapor hmedo aprox. 1000 BTU

    1 pie3 de gas 1000 BTU

    1 Barril de agua 350 libras

    3500001

    1000 350

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    CONCEPTOS FUNDAMENTALESLa energa propia del yacimiento es la responsable del flujo de fluidoshacia el pozo, no siempre es suficiente para desplazar el aceite,especialmente en formaciones someras de crudo pesado. La inyeccinde vapor implica una ventaja adicional a la de desplazamientomecnico por presin diferencial, ya que el vapor transfiere su energaen forma de calor hacia el fluido, provocando cambios fsicos quehacen mas fcil su desplazamiento haca el pozo.

    El vapor es un fluido ideal para adicionar energa al yacimiento, debidoa su alto contenido de calor por libra:

    1 Lb de agua saturada a una Presin de 1000 psia y 544.6 F contiene:542.6 BTU/lb1 Lb de vapor saturado a una Presin de 1000 psia y 544.6 F contiene:1196.4 BTU/lb

    El vapor contiene 2.2 veces la energa del agua saturada.

    Propiedades del Agua y del Vapor

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    PERDIDAS DE CALOR A TRAVS DEL SISTEMA DE INYECCIN CCLICA DE VAPOR

    PERDIDAS DE CALOR A TRAVS DEL SISTEMA DE INYECCIN CCLICA DE VAPOR

    ESPACIAMIENTO Y DISTANCIAS ENTRE POZOS

    ACRES Distancia (L) Distancia Pozos10 660 9335 467 660

    2.5 330 4671.25 233 3300.625 163 231

    2.5 acres

    10 acres

    466

    22lre =

  • 26/08/2014

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    Es la mas utilizada de las ecuaciones para determinar la viscosidaddel petrleo liquido. La ecuacin fue propuesta por Andrade ydemostrada por Reynolds y Guzman, tiene la forma:

    ::

    :

    TByA

    m

    ( )TBA 1'loglog +=m

    ECUACIN DE ANDRADEECUACIN DE ANDRADE

    Viscosidad en centipoiseConstantesTemperatura Absoluta

    TBAe=m

    Transformando la ecuacin:

    Los Valores de A y B se pueden determinar conociendo los valoresde la viscosidad a dos temperaturas diferentes.

    FR oo

    BB 3026,2'=

    REPRESENTACIN GRFICA DE LA ECUACIN DE ANDRADE

    REPRESENTACIN GRFICA DE LA ECUACIN DE ANDRADE

    La grfica se hace en papelsemilogaritmico, donde segenera una lnea recta entreel punto de ebullicin y elpunto de congelacin, o deprecipitaciones de lasparafinas.

    Congelacin

    T1

    Punto Normal de Ebullicin

    om

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    ( )( ) ( )( )8.0logloglog8.0loglog 11

    ++

    =+ v

    TTnv

    ECUACIN DE WALTHER Y UNA DE LAS CARTAS ASTM

    ECUACIN DE WALTHER Y UNA DE LAS CARTAS ASTM

    Gravedad API

    Temperatura

    Visc

    osid

    ad, S

    Su

    12

    14

    20

    30

    35

    ::::

    1

    1

    nTvv Viscosidad cinemtica a T en cst

    Viscosidad a T1, en cst

    Temperatura inicial en F

    Constante

    Conociendo el valor de v1 a T1 y cualquierotro valor de v a otra temperatura T, sepuede hallar el valor de la constante n y deesta manera hallar una viscosidad acualquier temperatura.

    Homework

    : Capacidad calrica roca saturada, BTU/pie3 F.: Saturaciones de petrleo, agua y gas [fracciones]: Densidades correspondientes, [lb/pie3]: Calor especfico, [BTU/ lb. F]

    ( ) ( ) rrgggwwwooo CCSCSCSCM rfrrrfr -+++== 111

    rgwo

    rgwo

    gwo

    CCCC

    SSSM

    ,,,,,,

    ,,rrrr

    Rocasaturada

    MatrizAguaGas

    Aceite

    30% 70%

    CAPACIDAD CALRICA DE LAS ROCAS SATURADAS

    CAPACIDAD CALRICA DE LAS ROCAS SATURADAS

    Fmlb

    BTUpie

    mlb3

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    CAPACIDAD CALORFICA

    Capacidad calrica a 14.7 psia y 60 F

    Btu/ lb-F Btu/ pie3

    Arenisca (Seca) 0.20 34.0

    Agua 1.00 62.4

    Gas 0.52 0.022

    DIFUSIVIDAD TRMICA DE LAS ROCASDIFUSIVIDAD TRMICA DE LAS ROCAS

    hrpie

    PieBTU

    FpiehrBTU

    2

    3

    calordeentoAlmacenamicalordeFlujo

    MK

    =

    =

    =

    Caracteriza la rapidez con la que vara la temperatura de un material(solido y/o Medio poroso)

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    10

    Roca rLb/pie3

    CrBTU/lb

    F

    KrBTU/hr pie F

    Drpie 2 /hr

    T=60P = 1 atm Seca Saturada Seca Saturada Seca Saturada Seca Saturada

    Arenisca 130 142 0.183 0.252 0.507 1.542 0.0213 0.0445

    Arenisca arcilla 119 132 0.202 0.288 0.400 1.500 0.0167 0.0394

    Limolita 120 132 0.204 0.276 0.396 1.510 0.0162 0.0414

    Arcilla 145 149 0.192 0.213 0.603 0.975 0.0216 0.0307

    Caliza 137 149 0.202 0.266 0.983 2.050 0.0335 0.0517

    Arena fina 102 126 0.183 0.339 0.362 1.590 0.0194 0.0372

    Arena gruesa 109 130 0.183 0.135 0.322 1.775 0.0161 0.0933

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    Se puede calcular por la siguiente ecuacin recomendada por Farouq Ali:

    To

    Fo

    T

    )(

    )( 060r

    r

    263

    60

    102375.010565.0034125.1)()( TxTx

    Fo

    To

    o

    -- +-rr

    Densidad del Petrleo.

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    :Temperatura F

    : Densidad del petrleo, [lb/pie3]

    : Densidad del petrleo a T, en las mismas unidades en que se haya tomado Fo o60)(r

    Somerton W. - Thermal Properties and Temperature Related Behavior of Rock Fluid Systems

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    Puede tomarse como el inverso de su volumen especfico, en funcin de la temperatura.

    Densidad del Agua.

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    Twr : Densidad del agua, lb/pie3

    : Temperatura en F

    )10*57.610*25.36.6(10*3.201602.01 2425 TTw

    --- ++-+=r

    Puede tomarse como el inverso de su volumen especfico de los valores ledos en tablas o calculados en correlaciones. Todo a la misma temperatura.

    Densidad del Vapor.

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    v

    v

    Vr : Densidad del Vapor, lb/pie3

    : Volumen Especifico, pie3/lb

    ( ) ( )rv T v TV

    1

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    Se puede calcular por la Ley de los Gases:

    Densidad de los Hidrocarburos Gaseosos

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    TRZMP

    g

    gr : Densidad del Gas, lb/pie3: Presin, psia: Peso Molecular del Gas: Factor de Desviacin: 10.73 Constante de los Gases: Temperatura R

    ZRTPM g

    g))((

    r

    Gambill propone la siguiente relacin:

    T

    C

    o

    o

    g

    Calor Especifico para Hidrocarburos Lquidos

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    : Calor especfico, [BTU/ lb. F]: Gravedad especfica del hidrocarburo: Temperatura, F

    5.0

    *00045.0388.0

    oo

    TCg

    +=

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    Gambill propone la ecuacin:

    Para la mezcla de gases, conocida su composicin, se recomienda la siguiente relacin:

    TnCg

    Calor Especifico para Hidrocarburos Gaseosos.

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    : Calor especfico del gas, [BTU/ lb. mol F]: Nmero de tomos de carbn en la molcula de gas: Temperatura, F.

    )*012.030.1(0.4 TnCg ++=

    3n

    =

    =n

    igiig CYC

    1

    En la cual Yi y Cgi son la fraccin molar y la capacidad trmica del componente i en la mezcla

    Gambill propone la siguiente relacin:

    TCo

    Calor Especifico para el Agua a Temperatura deSaturacin.

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    : Calor especfico, [BTU/ lb. F]: Temperatura, F ( T< 500 F )

    264 10*79.11005.60504.1 TTxCw-- +-=

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    O tambin:

    En la cual el valor de Cr1, es el valor del calor especfico dado enla tabla anteriormente mostrada, el cual fue medido a 90 F yPresin Atmosfrica. Vale la pena sealar que a una temperaturadada, la mayor parte del calor estar almacenado en la parteslida de la roca.

    Calor Especifico para Rocas Secas.

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    TCr 00006.018.0 +=

    )90(00006.01 -+= TCC rr

    En una sustancia, es la mayor o menor facilidad con que transmitecalor, [BTU/ h pie F] .

    Depende de la densidad, temperatura, saturacin, tipo de fluidosque la saturan y movimiento de los fluidos entre otros.

    Para un medio poroso, la experiencia muestra que suconductividad disminuye con la temperatura y aumenta con ladensidad de la roca, saturacin de agua, presin y conductividadtrmica de los fluidos saturantes.

    Conductividad Trmica de las Rocas

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

  • 26/08/2014

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    Ecuacin de Tikhomirov, tiene en cuenta el efecto de latemperatura en la roca seca:

    ( ) ( ) ( ) ( )[ ]ln . ln ln . ln . ln .k k k kT = + - +4 98 017 161 121 1 1

    53.1)6.1()( 1 -= rKLn r

    Conductividad Trmica de las Rocas

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    : Conductividad trmica de la roca a temperatura T enmilicalorias /s-cm-C = (0,24175*KT) BTU/h-pie-F.

    : Es la temperatura absoluta, K= C+273.17: Conductividad trmica de la roca a 20 C.

    TK

    vKT

    Para calcular k1 Tikhomirov encontr la siguienteaproximacin:

    Donde r es la densidad de la roca seca, [g/cc]

    Tikhomirov obtuvo otra ecuacin que involucra la densidad, la saturacin de los fluidos y la temperatura:

    Conductividad Trmica de las Rocas

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    : Conductividad trmica de la roca a temperatura T en milicalorias /s cm k = (0,24175*KT) BTU/ h-pie-F.

    : Es la temperatura absoluta, K: Saturacin de agua, fraccin: Densidad de la roca seca, gr/cc

    TK

    r

    wST

    r

    ln . . ( ) . lnk S Tr w= + + -327 0 6 055r

  • 26/08/2014

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    Para los lquidos, la conductividad trmica vara entre 0.05 y 0.2 BTU/h et F, disminuyendo normalmente al aumentar la temperatura. Para estimar su valor se puede usar la siguiente relacin emprica, propuesta por Muhammedzyanov y Usmanov:

    Para fracciones de petrleo y mezcla de hidrocarburos lquidos, se puede usar la siguiente relacin propuesta por Cragos:

    bTTK

    bTTK *0630.02074.0 -=

    Conductividad Trmica de los lquidos.

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    TK

    og

    : Conductividad, BTU/h et F: Temperatura en K: Temperatura normal de ebullicin K

    o

    TKg

    510*31.206835.0 --=

    : Gravedad especfica del Aceite: Conductividad en BTU/h et F: Temperatura F

    Vargapieik y Zimina, recomienda la siguiente relacin para elcalculo de la conductividad del vapor a altas temperaturas:

    Conductividad Trmica del Vapor

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    PROPIEDADES TRMICAS DE LAS ROCAS SATURADAS

    TKv : Conductividad trmica del vapor, BTU/h-pie-F.

    : Temperatura, C.

    3112852 10*6059.210*0091.610*39.310*017.1 TTTKv---- -++=

  • 26/08/2014

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    TRATAMIENTO DEL AGUA DIAGRAMA DE FLUJO

    P-2

    POZOS DE AGUA

    FILTRACION

    333 G.P.M C/U

    500 G.P.M C/U MAX.

    F-2

    F-1

    F-3

    P-1

    P-3

    P-1

    S-3

    S-2

    S-1

    TREN PRIMARIO DE SUAVIZACION 215

    G.P.M C/U MAX.

    TREN SECUNDARIO DE SUAVIZACION 215 G.P.M

    C/U MAX

    TK DE SALMUERA

    50 MMBTU1500 PSI MAX

    TK

    ALMACENAMIENTO

    20.000 Bls.

    TK DE QUIMICOS

    50 MMBTU1500 PSI MAX

    P-2

    Bomba de Agua

    Agua de alimentacin

    Precalentamiento del Agua

    Seccin ConvectivaAire para combustin

    Combustible

    A la seccin convectiva

    A la seccin convectiva

    Desde la seccin convectiva

    Separador

    Vapor hacia el pozo

    Gases de Combustin

    Muestra de Agua

    Seccin de Radiacin

    GENERACIN DEL VAPOR

  • 26/08/2014

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    Las eficiencias de los generadores se encuentran dentro delrango de 80% y 85%, con diseos especiales se puedesobrepasar difcilmente el 90%.

    Las fallas ms comunes en los generadores se deben a fallas enlos sistemas de tubera:

    Falla natural, debido a la exposicin de algunos tramos a lasllamas de combustin, Precipitaciones o taponamientos por mal tratamiento de agua

    y malas condiciones de combustin. La disminucin de la eficiencia trmica es un indicador de

    problemas operacionales dentro del generador

    EFICIENCIA DEL GENERADOR

    100*min100*

    =

    -==

    liberadoCaloristradosuCalor

    LiberadoCalorperdidocalorliberadoCalorEGenerador h

    Tipo : Gen de paso nico con serpentn de flujo en serie.

    Calidad del Vapor : 80 % - 85 %.Calor Generado : 50 MMBTU / hrCondicin de Operacin : Esttico.Consumo Promedio : 80 g.p.m (2740 Bls / da).Eficiencia de Operacin : 90 %. Temperatura Operacin : 550 F (1050 psia).

    GENERADORES DE VAPOR ESTATICOS