DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD POR EL MÉTODO DEL POROSÍMETRO RUSKA DE EXPANSIÓN DE HELIO PDF

Preview

Summary

INFORME 4DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD POR EL MÉTODO DEL POROSÍMETRO RUSKA DE EXPANSIÓNDE HELIOPRESENTADO PORHERNÁN CAMILO MUÑOZ HERNÁNDEZCOD. 20172161841MARÍA ALEJANDRA NINCO HERRERACOD. 20172163988MARTIN FELIPE CASASCOD. 20181161126PRESENTADO AING. JAVIER ANDRÉS MARTÍNEZ PÉREZANÁLISIS DE NÚCLEOSUN...

Description

INFORME 4 DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD POR EL MÉTODO DEL POROSÍMETRO RUSKA DE EXPANSIÓN DE HELIO

PRESENTADO POR HERNÁN CAMILO MUÑOZ HERNÁNDEZ COD. 20172161841 MARÍA ALEJANDRA NINCO HERRERA COD. 20172163988 MARTIN FELIPE CASAS COD. 20181161126

PRESENTADO A ING. JAVIER ANDRÉS MARTÍNEZ PÉREZ

ANÁLISIS DE NÚCLEOS

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA DE PETRÓLEOS NEIVA-HUILA 2020-2

Contenido OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................ 3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................................. 3 MARCO TEÓRICO ................................................................................................................................ 4 MATERIALES Y EQUIPOS ..................................................................................................................... 8 PROCEDIMIENTO .............................................................................................................................. 10 TABLA DE DATOS .............................................................................................................................. 12 MUESTRA DE CALCULO..................................................................................................................... 13 TABLA DE RESULTADOS .................................................................................................................... 15 ANÁLISIS DE RESULTADOS................................................................................................................ 16 FUENTES DE ERROR ...................................................................................................................... 16 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 16 CUESTIONARIO ................................................................................................................................. 17 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 20 TALLER ........................................................................................................................................... 21

OBJETIVO GENERAL Encontrar la porosidad efectiva de la muestra de núcleo por medio de los datos brindados basados en el método del porosímetro de expansión de helio OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Comprender el concepto de porosidad y reconocer la importancia de esta propiedad • Conocer los factores que afectan la porosidad • Entender el método de calculo para encontrar la porosidad efectiva basado en los datos arrojados por el porosímetro de expansión de helio

MARCO TEÓRICO LEY DE BOYLE O LEY DE BOYLE-MARIOTTE La Ley de Boyle es una ley de los gases que relaciona la presión y el volumen de una determinada cantidad de gas, sin variación de temperatura, es decir, a temperatura constante. También se la conoce como Ley de Boyle-Mariotte porque fue formulada independientemente por el físico y químico anglo-irlandés Robert Boyle (1662) y el físico y botánico francés Edme Mariotte (1676). La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. El volumen es inversamente proporcional a la presión: • •

Si la presión aumenta, el volumen disminuye. Si la presión disminuye, el volumen aumenta.

Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión. Lo que Boyle descubrió es que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor. Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es: 𝑃∗𝑉 =𝑘 (El producto de la presión por el volumen es constante) Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presión P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá: 𝑃1 ∗ 𝑉1 = 𝑃2 ∗ 𝑉2

Que es otra manera de expresar la ley de Boyle. (ecured, s.f.) POROSIDAD Se refiere a la medida del espacio intersticial entre grano y grano, la cual representa la relación entre el volumen poroso y el volumen total de la roca VP = volumen poroso 𝑉𝑝 ∅= 𝑉𝑡 VT = volumen total TIPOS DE POROSIDAD La porosidad de una roca puede clasificarse de dos formas: −

Según la comunicación de los poros.

Porosidad Absoluta: La porosidad total o absoluta de una roca se define como la fracción del volumen total de la misma que no está ocupada por matriz. ∅𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 =

𝑉𝑝 𝑉𝑡

Porosidad Efectiva: La porosidad interconectada o efectiva se define como el volumen total de la roca que representa espacios que pueden contener fluidos y se encuentran comunicados entre sí. ∅𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 =

𝑉𝑝 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑉𝑡

Porosidad no interconectada o no efectiva: Es aquella que representa la fracción del volumen total de la roca que está conformada por los espacios que pueden contener fluidos pero no están comunicados entre sí. ∅𝑛𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 = ∅𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 − ∅𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎

−

Según su origen y el tiempo en que según su origen y el tiempo en que los sedimentos s los sedimentos se depositaron

Porosidad primaria o intergranular » »

Intercristalina Intergranular

Porosidad Secundaria, inducida o vugular » » »

Por fractura Por dolomitización Por disolución

FACTORES QUE AFECTAN LA POROSIDAD •

tipo de empaque.

Hace alusión a la forma geométrica como se distribuyen los granos en la roca, según estos se organicen, la porosidad es mayor o menor.

a) Cúbico

b) Rombohedral

El empaquetamiento cerrado es el más característico de las rocas sedimentarias donde el volumen ocupado por las esferas es aprox. 54% y el espacio restante es aprox. 26% •

Material cementante.

A medida que aumenta el material cementante, la porosidad disminuye. La calidad del material cementante dependerá la firmeza y compactación de la roca. Se tiene, entonces, formaciones consolidados, poco consolidados y no consolidados, poco consolidados y no consolidados

•

Geometría y distribución de los granos.

Refleja de manera directa la energía del ambiente sedimentario y de su capacidad para seleccionar los tamaños de las partículas que trasporta y que deposita.

•

Presencia de partículas finas de arcilla.

La arcillosidad afecta negativamente la porosidad.

•

Presión de las capas suprayacentes y confinantes.

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.

MATERIALES Y EQUIPOS • Porosímetro de expansión de Helio RUSKA

• Bomba de vacío

• Cilindro de Helio

• Cilindros de acero

• Porta muestras

PROCEDIMIENTO CALIBRACIÓN DEL EQUIPO A UTILIZAR Cerramos la válvula de vacío y el suministro de entrada de Helio, después abrimos la válvula de expansión y encendemos el equipo

Colocamos el cilindro de volumen conocido dentro de la celda y registramos el volumen

Operamos la bomba de vacío y abrimos la válvula respectivamente

Operamos la bomba de vacío, abrimos la válvula respectivamente

Cerrar las válvulas de expansión y de vacío es de 0,001 psi

Cerrar la válvula de expansión y de vacío

Ajustar el medidor de presión a 0.00 psi y abrir la válvula de suministro de Helio lentamente

La presión debe alcanzar aprox. 100 psi

Cerrar las válvulas de suministro de Helio y registrar la presión P1

Abrir la válvula de expansión, registrar la presión como P2, esperamos el equilibrio y después cerramos la válvula de vacío a la posición de venteo

Repetir 3 veces el procedimiento con cada cilindro dependiendo la precisión de los datos

Abrir la celda, sacar el cilindro de precisión y repetir la prueba con un cilindro de volumen V2

Apagar la bomba de vacío, el equipo y el cilindro de Helio

Reportar los volúmenes de las Cámaras V1 y V2

FIN

DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD EFECTIVA

Se realiza un procedimiento igual al diagrama anterior, pero esta vez registramos el volumen total del núcleo

Realizamos los cálculos para determinar la porosidad efectiva de la muestra

FIN

TABLA DE DATOS CALIBRACIÓN DEL EQUIPO

Vca1= 79.3cm3

Vca2=59.58 cm3

99,97

100

100

99,99

100 39,71

99,80 32,07

39,67

32,05

39,72

32,12

P1 (psi)

P2 (psi)

DATOS MUESTRA Longitud (cm)

6,047

Diámetro (cm)

3,823

P1 (psi)

99,57 99,71 99,67 31,83

P2 (psi)

31,77 31,86

VOLUMEN REFERENCIA CÁMARAS Vr Vc

32,40 130,80

cm3 cm3

MUESTRA DE CALCULO CALIBRACIÓN DEL EQUIPO •

Volumen de las cámaras Inicialmente se encuentra el volumen de las cámaras en donde; se realiza un promedio entre los datos obtenidos en la calibración del equipo. 𝑃1𝑝𝑟𝑜𝑚𝑉𝑐𝑎1 =

99,97 + 100 + 100 = 99,99 𝑝𝑠𝑖 3

Posteriormente se procede a encontrar el volumen de la cámara de referencia y el volumen de la cámara donde se introduce la muestra (Vr y Vc). Ecuación 1 (Vca1)   𝑃 1 𝑉𝑟 = 𝑃2 (𝑉𝑟 + 𝑉𝑐 − 𝑉𝑐𝑎 )

99,99𝑉𝑟 = 39,70𝑉𝑟 + 39,70𝑉𝑐 − (39,70 ∗ 79,3) 60,29𝑉𝑟 = 39,70𝑉𝑐 − 3148,21 𝑉𝑟 = 0,6585𝑉𝑐 − 52,22

Ecuación 2 (Vca2) 𝑃  1 𝑉𝑟 = 𝑃2 (𝑉𝑟 + 𝑉𝑐 − 𝑉𝑐𝑎 )

99,93𝑉𝑟 = 32,08𝑉𝑟 + 32,08𝑉𝑐 − (32,08 ∗ 59,58) 67,85𝑉𝑟 = 32,08𝑉𝑐 − 1911,33 𝑉𝑟 = 0,4728𝑉𝑐 − 28,17

Igualando Vr 0,6585𝑉𝑐 − 52,22 = 0,4728𝑉𝑐 − 28,17 Despejando Vc y encontrando Vr 0,1857𝑉𝑐 = 24,05 𝑉𝑐 = 129,51 𝑐𝑚3

𝑉𝑟 = 61,23 − 28,17 𝑉𝑟 = 33,06 𝑐𝑚3

DATOS MUESTRA •

Volumen de grano 𝑃 1 𝑉𝑔 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑟 (  − 1) 𝑃2

𝑉𝑔 = 129,51 − 33,06 (

99,65

31,82 𝑉𝑔 = 59,04 𝑐𝑚3

•

Volumen total

𝐷2 ∗𝐿 4 3,8232 ∗ 6,047 𝑉𝑡 = 𝜋 ∗ 4 𝑉𝑡 = 69,41 𝑐𝑚3 𝑉𝑡 = 𝜋 ∗

•

Porosidad efectiva

𝜙=

𝑉𝑡 − 𝑉𝑔

𝑉𝑡 69,41 − 59,04 𝜙= 69,41 𝜙 = 0,1494

− 1)

TABLA DE RESULTADOS •

Identificación de la muestra

Numero de muestra Longitud (cm) Dimensiones Diámetro (cm) Volumen de la muestra (cm3)

•

Calibración del equipo

Cilindro

Volumen (cm3)

1

79,3

2

59,58

Volumen Cámara 1: 33,06 cm3 •

Grupo 2 Mi 6,047 3,823 69,41

Presión (Psi) P1 P2 99,97 39,71 100 39,67 100 39,72 100 32,07 99,99 32,05 99,80 32,12

Presión promedio (Psi) P1 P2 99,99

39,7

99,93

32,08

Volumen Cámara 2: 129,51 cm3

Datos de la muestra

N° de Muestra

Volumen (cm3)

Grupo 2 Mi

69,41

Volumen de grano: 59,04 cm3

Presión (Psi) P1 P2 99,57 31,83 99,71 31,77 99,67 31,86

Presión promedio (Psi) P1 P2 99,65

Porosidad Efectiva: 0,1494

31,82

AN ANÁLISIS ÁLISIS DE RESU RESULTADOS LTADOS Entendiendo porosidad como “espacio en la roca no ocupado por mineral o material sólido, permitiendo el almacenamiento de fluidos”, la muestra de roca correspondiente arroja resultados de una porosidad efectiva moderada (10-15 %) siendo esta de 14,94 %, indica que existe interconexión entre los espacios porosos en rangos aceptables por lo que la roca de la cual fue extraída el núcleo podría ser un buen almacén para hidrocarburos y agua. La calibración del equipo esta en un rango muy bueno, pues los volúmenes de las cámaras (33,06 y 129,51 cm3) son bastante similares a los datos presentados en la guía de laboratorio (32,4 y 130,8 cm3), entonces, es correcto afirmar que la porosidad efectiva encontrada en la muestra tiene un alto nivel de confiabilidad.

FUENTES DE ERROR Debido a que los datos no fueron calculados en laboratorio con el manejo de equipo, el mal caculo de resultados es la única fuente de error, sin embargo, analizando los videos presentados por el docente, se puede decir que para la toma de datos de este laboratorio los errores están centrados en la calibración del equipo, pues requiere cuidado y debe tener un alto nivel de exactitud. El gas que puede absorber la muestra en superficie también es una fuente común de error, por tal razón es utilizado el helio es la práctica, pues este minimiza esta posibilidad.

CONCLUSIONES • Se determino con éxito la porosidad efectiva de la muestra por medio de los datos brindados por el docente basados en el porosímetro de expansión de helio • La porosidad es un concepto fundamental en la industria petrolera, es de gran interés debido a que indica la capacidad de las rocas de almacenar fluidos • El tipo de empaque, material de cementación, distribución y geometría de los granos tiene un efecto importante en la porosidad de las rocas • El núcleo correspondiente posee una porosidad efectiva de 14,94% por lo tanto se encuentra en un rango de porosidad moderado 10-15%

CUESTIONARIO ¿Explique los métodos para determinar el volumen poroso de una muestra? RTA: los métodos utilizados para determinar el volumen poroso, miden el volumen poroso efectivo, y se basan en la extracción o introducción de fluidos en el espacio poroso. A continuación, se presentarán los métodos para la determinación del volumen poroso: •

Método de porosímetro de helio: Se basa en la ley de boyle, donde un volumen conocido de helio (contenido en una celda de referencia) es lentamente presurizado y luego expandido isotérmicamente en un volumen vacío desconocido. Después de la expansión, la presión de equilibrio resultante estará dada por la magnitud del volumen desconocido; esta presión se mide.

•

Método de saturación de Barnes Este método consiste en saturar una muestra limpia y seca con un fluido de densidad conocida y determinar el volumen poroso por ganancia en peso de la muestra.

•

Método de inyección de mercurio Consiste en inyectar mercurio a alta presión en los poros de la muestra. El volumen mercurio inyectado representa el volumen poroso efectivo de la muestra.

¿Calcule las porosidades para empaquetamiento tipo rombohedral, tipo ortorrómbico y tetragonal esferoidal? RTA: sistema de empaquetamiento cubico:

Sistema de empaquetamiento tetragonal esfenoidal:

Sistema de empaquetamiento rombohedral:

¿Cuáles son los factores petrofísicos que afectan la porosidad de una roca? Explique. RTA: existen varios factores que afectan la porosidad de una roca, los cuales son el tamaño de grano y su formación, el arreglo o empaquetamiento de los granos, el contenido de arcilla, el nivel de compactación y cementación. Para poder comprender el impacto que tienen el tamaño de grano y el empacamiento en la porosidad, se considera primero un sistema con los sedimentos bien seleccionados y en un arreglo cúbico, éste tiene una porosidad del 47.64%, mientras que un arreglo romboédrico tiene una porosidad del 25.9%, como se muestra en la figura 2.3. Esto quiere decir que el tamaño de los

sedimentos (bien clasificados) no afecta a la porosidad mientras el arreglo sea el mismo, por lo que la porosidad en este ejemplo es independiente del tamaño de grano, pero depende mucho del arreglo. Sin embargo, cuando los sedimentos están mal clasificados, es decir que clastos o granos de varios tamaños se encuentran mezclados, la porosidad se reduce. Si partículas muy pequeñas están mezcladas con granos más grandes, la porosidad se ve afectada. Otro factor que tiene influencia en la porosidad es la forma (esfericidad y redondez) de los sedimentos. Usualmente en la roca del yacimiento los sedimentos pueden llegar a tener diversas formas, ya generalmente no se encuentran perfectamente redondeados. Los sedimentos irregulares, a diferencia de los redondeados, tienden a acomodarse de manera más separada y hasta cierto punto desordenado, permitiendo que el espacio vacío sea mayor, generando mayor porosidad. La compactación y la cementación, son factores que provocan la disminución de la porosidad y están relacionados con las porosidades primaria y secundaria.

¿Qué precauciones se deben tener en cuenta en el método del porosímetro de expansión de helio? RTA: las precauciones a tener en cuenta son: Tener mucho cuidado con el manejo del equipo ya que al ser un procedimiento tan exacto el mínimo error cuenta mucho, en el momento del manejo de la muestra debemos que tener cuidado con que esta no almacene aires ya que crea errores en los resultados.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de este método? RTA: Ventajas • • •

La muestra es reutilizable para otras prácticas ya que no se destruye o se afecta. La práctica es muy sencilla y rápida de hacer. La venta de este método es que las muestras pueden tener diferentes formas geométricas.

Desventajas • •

El helio es usado para minimizar la porosidad resultante, ya que esta es mayor a la porosidad original. Los cambios de presión y temperatura deben ser cálculos.

¿Por qué se usa Helio en la determinación de la porosidad? RTA: el helio se usa en la prueba ya que es un gas inerte y este no va a afectar a la muestra ni va a reaccionar con esta. También podemos decir que el helio presenta propiedades de alta estabilidad y baja reactividad. ¿Por qué la presión de paso de Helio es de 100 Psi? RTA: a la presión de 100 psi el helio actúa como un gas ideal y nos ayuda bastante ya que la práctica está relacionada con la ley de boyle. ¿Por qué es necesario hacer vacío a los cilindros de referencia (acero) y de muestra? RTA: los vacíos son pruebas que se hacen para verificar fugas en el equipo, si registra cambios en las lecturas significa que hay fugas en caso contrario el equipo está bien.

BIBLIOGRA BIBLIOGRAFÍA FÍA Arenas, M. A. (2010). Obtenido de http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2010/133941.pdf ecured. (s.f.). Educaplus.org. Obtenido de https://www.educaplus.org/gases/ley_boyle.html La comunidad petrolera. (s.f.). Obtenido de https://lacomunidadpetrolera.com/2012/09/procedimientos-para-medir-laporosidad.html lifeder. (s.f.). lifeder. Obtenido de Porosidad: características, tipos y ejemplos.: https://www.lifeder.com/porosidad-quimica/. Mesa, K. E. (2013). Obtenido de http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/6694/Tesi s.pdf?sequence=1

TALLER 1. Investigue el rango de variación de la porosidad o la porosidad promedio de los Yacimientos de petróleo del Huila y Tolima. CAMPOS DEL HUILA

RANGO DE POROSIDAD (%)

Brisas Pijao Tenay Santa Clara Dina Terciario Dina Cretáceo Palogrande cebu Tello...