La aplicación de procesos de recuperación térmica exige el conocimiento previo de las propiedades térmicas de los fluidos envueltos, tales como el petróleo, el gas, el agua y su vapor. También las propiedades térmicas de las rocas desempeñan un papel importantísimo, ya que gran parte del calor inyectado es absorbido por estas, pero no las abordaremos en este artículo.
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¡Entonces comencemos!
Propiedades térmicas de los hidrocarburos
Dentro de los procesos de recuperación térmica mejorada, las propiedades térmicas más importantes de los hidrocarburos son: calor específico, densidad y viscosidad.
Calor especifico de los hidrocarburos
Se define como calor especifico de una sustancia a la cantidad de calor requerida para aumentar en un grado la temperatura de la unidad de masa de la sustancia, específicamente de 60 °F a 61 °F, respecto a la requerida para elevar un grado la temperatura de igual volumen o masa de agua. En general depende de la temperatura pero no muy marcadamente.
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Densidad del petróleo
La densidad, la gravedad específica o los grados API denotan la relación correspondiente de peso específico y de fluidez de los crudos con respecto al agua. Esta puede ser menor que la del agua en el caso de crudos livianos y medianos que suelen tener una densidad alrededor de 0,75 o mayor que la del agua en crudos pesados y extra-pesados con una densidad de 1,1 aproximadamente, abarcando crudos en el rango de 57,2 a -3 °API (American Petroleum Institute).
La densidad del petróleo en función de la temperatura, varía considerablemente dentro de la variedad existente de petróleos, por lo que debe ser determinada experimentalmente para resultados más precisos.
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Viscosidad del petróleo
La viscosidad del petróleo es uno de los parámetros claves en los procesos de recuperación térmica. Esta disminuye considerablemente con el aumento de la temperatura. Se ha podido observar, tanto a condiciones de laboratorio, como en aplicaciones de campo, que tal reducción es mayor en tanto más viscoso es el petróleo considerado. La viscosidad indica la resistencia que opone el crudo al flujo interno y se expresa en centipoise (cps). La viscosidad de los crudos en el yacimiento puede ir desde 0,2 hasta más de 1.000 centipoise.
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Propiedades termodinámicas del agua y el vapor
El agua es uno de los elementos naturales que ofrece mejores propiedades térmicas, bien sea en su estado líquido o en forma de vapor, y unido a su abundancia sobre la tierra, ha despertado un importante interés desde hace muchos años en la aplicación de métodos térmicos en la recuperación de petróleo.
Un buen entendimiento de las propiedades térmicas de este fluido, es determinante en el logro de altos niveles de eficiencia en la utilización de su energía calórica en las operaciones de producción de hidrocarburos.
Temperatura de saturación del agua
Esta es la temperatura a la cual el agua produce su ebullición o comienza a evaporarse a una determinada presión. También es conocida como punto de ebullición y aumenta al aumentar la presión.
Calor especifico del agua y del vapor
El calor específico es la capacidad que tiene una sustancia para absorber calor y se mide como el número de BTU necesarios para aumentar la temperatura de una libra de una sustancia en 1 °F. Evidentemente, entre mayor sea el calor especifico de una sustancia, mayor será la cantidad de vapor que debe absorber para que se produzca un determinado aumento de temperatura y por lo tanto mayor será la cantidad de calor liberado al bajar su temperatura.
El calor específico de una sustancia no es constante, al contrario depende de la temperatura y la presión a la cual se mide. Después del amoniaco líquido, el agua es la sustancia liquida con mayor calor especifico (1 BTU/lb-°F a 14.7 lpca y 60 °F). De tal forma que el agua es capaz de contener y transportar más calor que ningún otro líquido a la misma temperatura.
En cuanto al vapor, el calor especifico es mucho menor (0.56 BTU/lb-°F a 14.7lpca y 60 °F) y al igual que el agua varia muy poco con temperatura, por lo que para efectos prácticos pueden considerarse constantes, en ambos casos.
¿Porque es importante conocer los efectos de la temperatura en los fluidos?
Como se dijo anteriormente, el aumento de la temperatura puede causar una reducción drástica de la viscosidad. Por ejemplo, un crudo de 1000 cps a 80 °F (27 °C), si su temperatura es elevada a 350 °F (177 °C), su viscosidad se vera reducida a 1 cp. La reducción de la viscosidad del agua seria de 1cp a 0,15 cp. Queda claro, que la razón de movilidad podría mejorar como resultado del desplazamiento del petróleo más por la presencia de calor que por desplazamiento del agua como tal.
Las permeabilidades relativas son también afectadas por incrementos de temperatura, esto es atribuido a la presencia de arcillas y minerales de la roca. Así también ocurren cambios en la humectabilidad y en el ángulo de contacto con aumentos de temperatura. Adicionalmente, la permeabilidad relativa al agua parece disminuir, mientras que la permeabilidad relativa al petróleo aumenta. Es decir, el petróleo viene a ser más movible como resultado de un aumento en la temperatura, aun sin considerar la disminución de la viscosidad.
Bibliografía y fuentes citadas:
- https://www.glossary.oilfield.slb.com/es
- https://www.southportland.org/files/3713/9387/3165/Heavy_Oil_and_Tar_Sands.pdf
- El Pozo Ilustrado - 4ta Edición – 1998, De Efraín E. Barberii (Author)
- https://www.nakasawaresources.com/wp-content/uploads/2020/07/2020-012-VISCOSIDAD-THERMAL-RECOVERY.pdf