Propiedades del gas natural

Para entender y predecir el comportamiento de yacimientos de petróleo y de gas como una función de presión, el conocimiento de las propiedades físicas de los fluidos del yacimiento deben ser conocidas. Estas propiedades, por lo general son determinadas por experimentos de laboratorio realizados sobre las muestras de fluidos obtenidas de pozos. En ausencia de éstas propiedades experimentales, el trabajo de caracterización y estudio de yacimientos sería muy difícil.

En éste artículo serán estudiadas las propiedades del gas natural, y para ello es necesario conocer un poco acerca del gas.
Un gas, es definido como un fluido homogéneo de viscosidad y densidad baja, que no tiene ningún volumen definido, pero se amplía para completamente rellenar el espacio donde es colocado. Generalmente, el gas natural es una mezcla de gases de no hidrocarburo e hidrocarburo. Los gases de hidrocarburo que normalmente son encontrados en un gas natural son metano, etano, propano, butano, pentano, y las pequeñas cantidades de hexano y más componentes pesados. Los gases de no hidrocarburo (impurezas), incluyen el dióxido de carbono, el sulfúro de hidrógeno, y el nitrógeno.

El conocimiento y relación de la presión, volumen y temperatura (PVT), y otras propiedades químicas de los gases son indispensable para el desarrollo de un yacimiento de petróleo o gas.

Entre las propiedades podemos encontrar:
1.- Peso molecular del gas (PMg).
2.- Gravedad específica (GE).
3.- Densidad del gas .
4.- Viscosidad del gas (ug).
5.- Factor de compresibilidad del gas (Z).
6.- Factor volumétrico de formación del gas (Bg).
7.- Volumen específico (v).
8.- Compresibilidad isotérmica del gas (Cg).

1.- Peso molecular del gas (PMg):
Es la unión de la de los pesos moleculares de cada elemento que conforman el gas natural. Las unidades del peso molecular son: Kgr/Kmol ó Lb/lbmol.
El gas natural, es una mezcla de componentes y es por ello que el peso molecular del gas se obtiene sumando la fracción molar de cada i-esimo componente por su respectivo peso molecular.

2.- Gravedad específica (GE):
Es la relación de la densidad de una sustancia a la densidad de una sustancia de referencia. Para efectuar la relación entre ambas sustancias, es necesario que ambas se encuentren a la misma presión y temperatura. Si asumimos un comportamiento de gas ideal para ambas sustancias, la gravedad específica se puede expresar en función de los pesos moleculares de cada sustancia.

GE = GEgas / GEaire

GE = PMg / PMaire

Siendo el peso molecular del aire seco=29 lb/lbmol.
Ambas relaciones son válidas y su unidad es: adimensional.


3.- Densidad del gas :
Es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia en estudio. En el caso del gas natural se puede demostrar que la densidad del mismo será:


4.- Viscosidad del gas (ug):
Es la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad del esfuerzo cortante, que se aplica a una porción de fluido para que adquiera movimiento (viscosidad dinámica).
Hay distinto tipos de viscosidad , siendo las de mayor estudio la dinámica y la cinemática, siendo ésta última la resistencia que se genera al fluir un fluido bajo el efecto de la gravedad.
La viscosidad de los gases tendrán el siguiente comportamiento:
– A bajas presiones (menor a 1500 lpc), un aumento de la temperatura aumentará la viscosidad del gas .

– A altas presiones (mayor a 1500 lpc), un aumento de la temperatura disminuye la viscosidad.

– A cualquier temperatura, si se aumenta la presión la viscosidad aumenta.

– La viscosidad será mayor, a medida que el gas posea componentes más pesados.

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5.- Factor de compresibilidad del gas (Z):
Es un factor de corrección introducido en la ecuación general de los gases y será obtenido experimentalmente dividiendo el volumen real de n moles de un gas a presión y temperatura, por el volumen ideal ocupado por la misma masa de gas a iguales condiciones de presión y temperatura.

La ecuación a usar será de de los gases ideales pero con el factor Z como corrección:
P.V = Z. n. R. T

El factor Z, es función de propiedades pseudo reducidas, es decir, Z= f: ( Ppr , Tpr ).
Por ello es necesario encontrar una serie de parámetros que nos permitirán encontrar el factor Z, entrando en una gráfica adecuada, con Ppr y Tpr.


Para hallar las propiedades pseudo criticas se pueden determinar a través de la composiciones molares de cada componente del gas natural ó a través de la gravedad específica del mismo.
Para determinar Z, por la gráfica es necesario conocer algunos parámetros que se enuncian a continuación:


Con las propiedades pseudo críticas hallamos las pseudo reducidas y con éstas el valor de Z de la gráfica.

Para cuando el gas posee componentes no hidrocarburos será necesario introducir una corrección de las propiedades pseudo críticas, la cual se determinará por medio de las siguientes ecuaciones, y obtenidas las propiedades pseudo reducidas, hallar el factor Z.
Ahora vamos a corregir por la presencia de sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono. El error E, se puede determinar gráficamente o analíticamente por la ecuación suministrada.
Con las correcciones ya hechas, volvemos a el cálculo de las propiedades pseudo reducidas y hallamos Z de la gráfica.

6.- Factor volumétrico de formación del gas (Bg):
Es un factor que relaciona el volumen de gas en el yacimiento a presión y temperatura con el volumen de la misma masa de gas en superficie a condiciones normales presión de 14,7 lpc y 60 °F.


7.- Volumen específico (v):
Es definido como el volumen ocupado ocupado por una masa de gas, es decir, el volumen dividido entre la masa. Para gas ideal es el inverso de la densidad.

8.- Compresibilidad isotérmica del gas (Cg):
La variación de la compresibilidad de un fluido con la presión y temperatura es de gran importancia para los cálculos de ingeniería de yacimientos. Para una fase liquida, la compresibilidad es pequeña y se asume en ocasiones constante, pero para los gases no sucede lo mismo. La compresibilidad isotérmica del gas es el cambio en el volumen por unidad de cambio de presión.
Para gas ideal, Z=1 constante, y la compresibilidad es Cg= 1/P

Bibliografía:
1.- Material de ingeniería de yacimientos I y II, de los profesores Gustavo Prato y Ángel Da silva respectivamente.
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