Presión CapilarRogelio Obispo Cerón INGENIERO PETROLERO INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Villahermosa , Tab. Diciembre 2011 [email protected] Presión Capilar: Es la diferencia de presión entre el fluido de la fase no mojante y la fase mojante Pruebas de Presión imbibición Las pruebas de presión capilar de drenaje tienden a duplicar la acumulación de petróleo en el yacimiento y se emplean para estimar las saturaciones iniciales de agua. Drenaje es el Capilar: Las mas importantes son: La de drenaje y la de proceso mediante el cual se fuerza a una fase no-mojante a desplazar del medio poroso a la fase mojante Las pruebas de presión capilar por imbibición se usan para predecir la extracción de petróleo por empuje de agua. Imbibición, es un proceso espontáneo, por el cual la fase mojante desplaza a la fase no mojante del yacimiento La fig. 2 contiene las curvas de presión capilar de drenaje y la imbibición en el mismo núcleo. Los valores positivos de la presión capilar denotan que la presión de la fase petrolífera es mayor que la presión en la fase acuífera. Para una presión capilar negativa, la presión en la fase acuífera es más alta ¿Cómo se realiza una prueba de Presión Capilar?: En la preparación de una muestra de núcleo para hacer la Prueba de presión capilar de drenaje, se extrae todo el fluido y la muestra se seca antes de saturarla con un fluido humectante bajo más alta presión. Para lograr un contraste entre el fluido humectante y el no humectante, generalmente se emplea un líquido para la fase humectante y un gas para la no humectante. A serious drawback is the limitation in pressure. The constant can range from 5.5.Métodos de Presión Capilar: Advantages and disadvantages of the method are listed. since most equipment is limited to about 5 atm.8 to 7. and a large number of samples can be run in a relatively short time. Small and large samples can be used. The mercury injection method is primarily used for obtaining pore size distribution data. Mercury-air capillary pressure curves have been found to be similar to waterair capillary pressure curves when the mercury-air pressure is divided by a constant. and the choice of fluids is not restricted. P in lab. 10 atm Minutes Days Dynamic Gas-water Gas-oil Oil-water (Imbibition) Drainage 1-10 atm Days The centrifuge can reach capillary pressures higher than the porous plate method. 2-5 atm. The porous plate method is the simplest method conceptually and it must be regarded as the standard method. Test time Weeks Mercury injection Centrifuge Hg-air Gas-water Oil-water Gas-oil Drainage Imbibition Drainage 100 atm. since it is destructive method. . Method Porous plate Fluid type Oil-water Gas-water Gas-oil Pc curve type Imbibition Drainage Max. depending on the nature of the rock. se realiza con software especializado Al comienzo de una prueba de presión capilar por imbibición la muestra de núcleo contiene agua a la saturación irreducible y el volumen remanente de poros está lleno de petróleo . que generalmente es un aceite de baja viscosidad. Además.Se han usado 2 métodos para las pruebas de presión capilar de drenaje: El de la centrífuga y el de estado restaurado. pueden simularse presiones capilares más altas con la centrífuga que con el método por restauración. El líquido producido acumulado se anota para cada velocidad. cuya velocidad de rotación determina la presión capilar. Método de la centrífuga: La muestra saturada con un solo líquido se pone en la centrífuga. como el kero¬sene. El liquido. El primero se usa más porque el tiempo y los costos son mucho menores que los requeridos por el método de estado restaurado. La prueba termina cuando se obtiene un aumento en la velocidad de la centrifuga. El resultado final es un gráfico de presión capilar versus la fase de saturación por humectabilidad. La centrífuga se hace girar a baja velocidad constante hasta que el líquido deje de fluir. El cálculo de la distribución de la saturación a lo largo del núcleo y la conversión de la velocidad de la centrífuga a presión capilar. como lo sería por gas bajo presión. es extraído del núcleo por la fuerza centrífuga. no importa cuán alta sea la presión capilar negativa. no puede desplazarse.1.). Solamente en la prueba de imbibición con la centrífuga son posibles presiones capilares negativas. es el resultado de que el petróleo que es forzado en los poros de la roca no puede por fuerza deslizarse fácilmente. Esta prueba define la región de baja saturación de petróleo de la curva. El gas debe removerse del crudo porque el ambiente en la centrífuga está a presión atmosférica. La prueba de imbibición duplica el desplazamiento de petróleo por el agua de yacimientos. 2 La mayoría de las pruebas de presión capilar por imbibición se hacen en la centrifuga. llamada enlace de histéresis. En este caso la muestra del núcleo se rodea de agua mientras está girando Un procedimiento de reciente creación permite que se hagan pruebas de presión capilar por imbibición en la centrífuga. La temperatura del yacimiento se mantiene en la centrifuga y el núcleo se satura con agua y con petróleo libre de gas del yacimiento.(Sor). si el agua ha sido desplazada por el petróleo. El final de la prueba es la saturación residual de petróleo. El núcleo debe cortarse y preservarse en condiciones que retengan la verdadera humectabilidad. Esto ocurre cuando la presión de la fase humectante (agua) es mayor que la presión de la fase no humectante. que constituye la parte importante para determinar la eficiencia de la extracción de petróleo por empuje de agua .Parte del petróleo. correspondiente a la saturación irreducible. El área entre las curvas de presión capilar por drenaje y la de imbibición (fig. como se muestra en la Fig. a seudo-condiciones del yacimiento.Estas condiciones de saturación podrían existir al final de una prueba capilar de drenaje por imbibición. Fuerzas Capilares Fenómeno de Capilaridad P2 Fase no-mojante Fase mojante P1 Interfaz . Fuerzas Capilares Capilaridad en el Yacimiento Zona de Transición Fuerzas capilares afectan: Distribución de fluidos Eficiencia de recuperación . P1 Interfaz (P1 < P2) . no necesariamente mojante.Presión Capilar Las fuerzas capilares se manifiestan a través de un diferencial de presión en la interfaz entre la fase mojante / no-mojante llamado presión capilar (Pc) Por convención P2 es la presión de la fase mas densa. por lo que Pc puede ser negativa P2 2R Fase no-mojante Fase mojante P1 Pc = P2 . o)gh =(w. Profundidad P h Zona de Transición Pc Pc=(w.o) h/ 144 .Presión Capilar en el Yacimiento Presión vs. Ecuación de Young-Laplace Esta ecuación explica el diferencial de presión creado (Pc) en función de la interacción roca-fluidos P2 2 cos Pc = R = Tensión Interfacial (fluido-fluido) = Angulo de Contacto (fluido-roca) R = Radio Característico (roca) 2R Fase no-mojante Fase mojante P1 . indican las fuerzas capilares (Pc) asociadas a cada fracción del volumen poroso de la roca . mayores serán las fuerzas capilares presentes que retendrán la fase mojante Las curvas de Presión Capilar.Curvas de Presión Capilar El tamaño y distribución de los poros en la rocayacimiento varía Mientras mayor sea la proporción de poros pequeños. Este efecto se conoce como histéresis Cuando se reduce la saturación de la fase mojante el proceso es de drenaje saturación de la fase mojante el proceso es de imbibición Cuando se aumenta la .Histéresis Las medidas de Pc/Sw dependen de la historia del proceso. End-points de Curvas Pc Swi Pc Sor 0 1 . amarilla . Histéresis. variación verde. Esto refleja la diferencia de los ángulos de contacto con la superficie que corresponden tanto al avance y al retroceso del agua. drene imbibición entre las curvas en color Curva punteada. así como al ocupamiento de los espacios porosos de distinto tamaño por petróleo y agua en la historia de saturación Curva en rojo.El fenómeno de histéresis en las curvas de permeabilidad relativa y presión capilar en función de la saturación consiste en la variación de dicha curva para los procesos de imbibición y drenaje. Las curvas Pc deben ser convertidas a condiciones de campo. .Conversión de Pc Las medidas de laboratorio por lo general se hacen con fluidos distintos a los del yacimiento. .Conversión de Pc Valores Típicos de . Aplicación de Curvas Pc Identificación de Tipos de Roca . K. y probadas con diferentes fluidos () .Normalización de Pc Función de J-Leverett permite promediar y escalar curvas Pc de varias muestras con diferentes . se tiene en cuenta que la permeabilidad tiene unidades L2. la fuerza interfacial y la geometría del poro. Esta función tiene una gran importancia y una relación fuerte con el mejor entendimiento del comportamiento del yacimiento. Algunos de estas aplicaciones son: recuperación de inyección de agua. luego el radio en la Ec. .FUNCIÓN J de LEVERETT O CURVA PROMEDIA de PRESIÓN CAPILAR El hecho que las curvas de presión capilar de casi todos los materiales naturalmente porosos tienen muchas características en común y ha conducido a introducir algunas ecuaciones generales desde el punto de vista adimensional. La Función J de Leverett es una herramienta poderosa para el desarrollo de técnicas nuevas y veloces de mejoramiento de procesos que intentan obtener un punto de vista más exacto de la distribución de los fluidos del yacimiento. distribución de presiones y saturaciones en yacimientos dinámicos y otros.5. Basado en el hecho que la presión depende de la porosidad. Leverett definió su función adimensional de saturación la cual la llamó la función J. inicialización de modelos de simulación. que mejoran la distribución inicial de la saturación de agua para una representación tridimensional. Para derivar J. de Pc se substituye por (k/φ)0. J(Sw) = Pc / σ raiz k / φ Esta función adimensional sirve muy bien en muchos casos para remover discrepancias en las curvas de presión capilar y las reduce a una curva común. Entre más cerca de la horizontalidad o entre más plana sea la curva de presión capilar es más uniforme el tamaño de los poros dentro de la roca . Si el proceso de recuperación moviliza aceite. La pendiente de la curva de presión capilar durante drenaje. La histéresis del ángulo de contacto y la rugosidad de las superficies son posibles contribuyentes a la histéresis de las permeabilidades relativas.Las curvas de permeabilidad relativa también sufren de histéresis que está relacionada con la histéresis de las curvas de presión capilar. el camino de saturación cambia de imbibición a drenaje o viceversa. es una buena medida cualitativa del rango de distribución del tamaño del poro. creando un banco de petróleo con saturación incrementada de petróleo. la condición inicial del yacimiento estará sobre uno de los caminos de desplazamiento. Yacimientos que son candidatos a ser inyectados con agua usualmente tienen saturaciones de petróleo inferior a la inicial. Luego. Permite ayudar a la identificación de facies/unidades de flujo .Normalización de Pc La normalización J permite agrupar aquellas muestras que tengan la misma distribución del espacio poral. aunque tengan Phi-K diferentes. 2 Swc 0.4 Saturacion de agua irreductible 0.ACEITE 1.0 AGUA SATURACION DE AGUA ( % Volumen de Poros ) ROC/ 16/08/ 2002 .8 Swc= Saturacion de agua critica Sor= Saturacion de aceite residual Kro= Permeabilidad relativa al aceite Krw 0.0 0 20 40 60 Sor 80 100 0.0 1 SATURACION DE AGUA ( % Volumen de Poros ) 100 ALTURA SOBRE EL CONTACTO AGUA-ACEITE ( m ) 80 ACEITE 60 ACEITE Y AGUA 40 20 Swi 0.0 Nomenclatura 0. Presion Capilar y Altura sobre el CONTACTO AGUA .0 0 20 40 60 80 100 0.6 Kro Kro= Permeabilidad relativa al agua Swi= 0.Correlacion de Permeabilidades Relativas. Aplicaciones de Pc Inicialización de Fluidos / Cálculo de POES SWL PCW 1-SOWCR SWU . Aplicación de Curvas Pc Impacto en reservas recuperables Sor Swc . tubos para la salida de flujo y un panel de control para controlar la presión. Los datos obtenidos pueden ser usados para calcular la presión capilar vs curvas de saturación. El panel de control incluye un visualizador digital de presión. 50 Hz Presión de aire requerida 0. 2 reguladores de baja y alta presión y un set de válvulas de control. cada una de 10 bar de presión. La celda de desaturación está hecha en acero inoxidable y está equipada en su base con un gran plato cerámico usado para placas porosas semi-permeables. CARACTERÍSTICAS Diámetro 40 mm Longitud 80 mm Desaturación mínima 0.150 psi (10 bar) . La celda de desaturación consiste en un recipiente de presión. sellos. con una tapa fácil de abrir y a la vez hermética.CELDA PRESIÓN CAPILAR para PROPÓSITOS EDUCACIONALES La celda de desaturación para propósitos educacionales permite desaturar un núcleo consolidado por el método de plato poroso. Un plato poroso en cerámica es proporcionado con el sistema. Una balanza de precisión puede ser usada para mediciones de saturación de núcleo.1 psi Presión en el plato de cerámica 10 bar Partes en contacto 316 acero inoxidable Alimentación eléctrica 220 VAC. La celda de desaturación está hecha en acero inoxidable y está equipada en su base con un gran plato cerámico usado para placas porosas semi-permeables. 5 bar y 15 bar Partes en contacto 316 acero inoxidable Alimentación eléctrica 220 VAC. con una tapa fácil de abrir y a la vez hermética.CELDA MULTI-MUESTRAS a PRESIÓN CAPILAR La celda de desaturación multi-muestras permite desaturar un set de muestras de núcleo consolidadas por el método de placas. CARACTERÍSTICAS Diámetro 300 mm Desaturación máxima 200 psi Desaturación mínima 0. 2 reguladores de baja y alta presión y un set de válvulas de control.1 psi Presión en el plato de cerámica 3 bar. La celda de desaturación consiste en un recipiente de presión. Tres placas en cerámica son proporcionadas con el sistema. Los datos obtenidos pueden ser usados para calcular la presión capilar vs curvas de saturación. cada una de 3. El panel de control incluye un visualizador digital de presión. 50 Hz Presión de aire requerida 0. Un humificador de gas está provisto para asegurar una evaporación mínima durante el proceso de desaturación. 5 y 15 bar de presión. tubos para la salida de flujo y un panel de control para controlar la presión. sellos.200 psi (15 bar) . Una balanza de precisión puede ser usada para mediciones de saturación de núcleo. permite determinar rápidamente las características de la presión capilar y/o a presión atmosférica y/o presión de sobrecarga de hasta 6 muestras en forma simultánea. la operación se detendrá automáticamente.1 bar (– 407 psi) Velocidad de regulación: ± 1 rpm Temperatura: 5 °C (@velocidad = 0) a +90°C Velocidad: desde 200 hasta 4500 RPM Radio largo: 26 cm Alimentación: 400 V 3 ~ + N BENEFICIOS Prueba de presión capilar (1 a 2 días) . Está equipado con una cámara digital que permite al operador medir el desplazamiento de los volúmenes de fluidos en cada una de las celdas (cámaras porta-núcleos) en forma secuencial. es decir si la temperatura de referencia se excede de un valor mínimo. Puede también.5plg de diámetro a velocidades rotacionales de hasta 4500RPM.2 bar (+90 psi) Imbibición Petróleo-Agua: 0 a -8. El sistema está equipado con un sensor que identifica el desequilibrio del rotor. CARACTERÍSTICAS Computadora: Drene Petróleo-Agua : 0 a 6.Un sobre-calentamiento detiene la centrífuga. Un control de velocidad digital con la posibilidad de fijar rampas de velocidad a intervalos específicos y un control preciso de la temperatura . EL óptimo diseño de las cámaras de muestra ofrece la posibilidad de girar núcleo de muestra de hasta 1.4 bar (– 121 psi) Drene Aire-Agua: 0 a 20.9 bar (+303 psi) Imbibición Aire-Agua: 0 a -28.CENTRIFUGA REFRIGERADA a PRESIÓN CAPILAR La centrífuga refrigerada. ser utilizado para preparaciones rápidas de muestras restaurando la muestra a las condiciones de estado en caso de pruebas subsecuentes en varios equipos. 5 m3/h Presión final de vacío 10-3 mbar.000 psi . Alimentación: 220 VAC.SISTEMA de PRESIÓN CAPILAR por MERCURIO Sistema manual utilizado para la medición de presión capilar y el estudio de la morfología del poro.000 psi) Temperatura ambiente Diámetro del núcleo 1” o 1. el transductor de presión de poro con visualizadores digitales y un manómetro para el vacio. 50Hz Alimentación del nitrógeno: 2.5” Longitud del núcleo hasta 3 pulgadas Velocidad de la bomba al vacío 2. El instrumento usa una bomba operada manualmente para inyectar mercurio equipada con un retenedor de núcleo con casquillo para la apertura del compartimento que permite operaciones de carga/descarga fáciles y una visualización completa del nivel de mercurio. CARACTERÍSTICAS Rango de presión hasta 140 bar (2. El panel de control incluye un regulador de presión de poro. donde el mercurio se inyecta dentro de muestra a un volumen conocido desde el vacío hasta una presión de 2000 psi (140 bar). Basado en el método Purcell.