Heavy Oil Sp

7/30/2019 Heavy Oil Sp

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Computer Modelling Group, Ltd.

TUTORIAL 2010

Ajustando la Ecuacin de Estado(EOS) de Peng Robinson para

Cotejar un PVT de Petrleo Pesado.

Usando

WinProp

Dif. Lib. Calc.

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0 200 400 600 800 1000 1200

Pressure (psia)

Gas-OilRatio(scf/stb)

1.020

1.025

1.030

1.035

1.040

1.045

RelativeOilVolume

(rb/stb)

GOR Exp. GOR ROV Exp. ROV


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En este ejemplo se realizar un ajuste de la ecuacin de estado de Peng-Robinson con lafinalidad de cotejar el comportamiento de las fases de un crudo pesado.

Abra el Launcher de CMG que se encuentra en el escritorio.

Seleccione men Projects, y luego Add Project Busque el directorio haciendo clic en Browse Salve el proyecto con el siguiente nombre Tutorial_Winprop Hagaclic en OK para ir de nuevo al Launcher.

Abra WinProp (hacienda doble clic en el Icono)

En este momento deber aparecer una pantalla como la siguiente:

La letras U es la columna del estatus, indicando que aun dichas secciones seencuentran no definidas.


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Haga doble clic en Titles/EOS/UNITS y en el espacio de Comment coloqueCaracterizacin del Fluido (PVT).

Selccione la EOS de Peng-Robinson (1978)en unidades psia & deg F y mole. Haga clicen OK.

Haga doble clic en la seccin de Components Selection/Properties Haga clic en Options > Insert library components, y seleccione los componentes en el

siguiente orden manteniendo la tecla ctrl. Oprimida:

N2 CO2 C1 C2 C3 IC4 NC4 IC5 NC5 FC6

Haga clic en OK. Deber aparecer una pantalla como esta:


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Haga clic en OK nuevamente para regresar al men principal de Winprop. Haga doble clic en Composition y escriba los siguientes valores de composicin (use el

archivo, Datos.xls):

Haga clic en OK. Observar un mensaje indicndole que las composiciones no suman 1 o100%. Acepte el mensaje. Salve el archivo de datos con el nombre de PVT_Original_Composition.dat. Coloque el cursor justo en la caja que se encuentra debajo de Composition e introduzca

la opcin de Plus Fraction Splitting (haga clic en el men de Characterization > PlusFraction Splitting).

Haga doble clic en esta nueva seccin, y en la ficha de General seleccione la opcin deExponential para definir el Tipo de Funcin de Distribucin y active la opcin de NoLumpingen el Nmero de Pseudos-Componentes.

Coloque en First Single Carbon Number in Plus Fraction el nmero de carbonos delprimer componente que conforma la fraccin pesada del crudo (7).

Deje por defecto el resto de las opciones (Critical Properties Correlation and Outputlevel).

Vaya a la ficha de Distribution e introduzca la fraccin Molar (0.00855) del componenteque precede a la fraccin pesada (Mole Fraction of Component Preceding PlusFraction).

Deje todos los otros parmetros en los valores por defecto.


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En la fichaSample 1 coloque los siguientes valores:

donde:

MW+: Peso Molecular de la fraccin pesada (C7+).

SG+: Gravedad Especifica de la fraccin pesada (C7+).Z+: Fraccin Molar de la fraccin pesada (C7+)

Haga clic en OK. Salve el archivo de datos con el nombre de PVT_Plus_Fraction_Splitting.dat. Luego haga clic en File > Run Observe el archivo .out (haga clic en File > View Output).

En este punto usted puede observar claramente que le nmero de carbonos deloutput se incremento a 24 componentes ms que la composicin originalintroducida en la seccin anterior.

Cierre el archivo .out. Haga clic en File > Update Component Properties acepte el siguiente mensaje y salve el

archivo de datos como PVT_Sat_Pres_Calc_ Split_Weight.dat

Ahora borre la seccin de Plus Fraction Splitting. Coloque el cursor en la caja justo debajo de la seccin Composition. Vaya el men de Calculation y agregue la seccin de Saturation Pressure.


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Haga doble clic sobre ella, y coloque los siguientes datos:

Realizaremos el cotejo de la presin de saturacin del fluido con los datos obtenidosen el laboratorio.

Haga clic en OK. Salve el archivo y corra. Observe el archivo de salida.En este momento existe una diferencia notable entre la presin de saturacin obtenida delPVT experimental (500 psia) y la obtenida a travs de Winprop (850.890 psia). Entoncesluego de varias sensibilidades se determin que la mejor manera de cotejar la presin desaturacin era convertir a cero los exponentes de iteracin de los hidrocarburos(hydrocarbon interaction coefficient exponent), activar la opcin de Volume Shiftdependientes de la temperatura (temperature-dependent volume shifts) y ajustar laPresin Crtica de los pseudo-componetes ms pesados por medio de la regresin.

Haga un slo clic sobre la caja que contiene la seccin de Saturation Pressure.


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Vaya al men de Regression y seleccione Start luego haga clic en la caja justo debajode la seccin de Saturation Pressure y de nuevovaya al men Regression pero estavez seleccione End.

Haga doble clic en Regretion Parameters y en la ficha de Component Propertiesseleccione la opcin Pc(atm) del C30+.

Haga clic en OK. Vaya a la seccin Component Selction/Properties, y en la ficha de Component active

el box de Use temperatura dependent volume shift. Luego vaya al la ficha de Int. Coef y haga clic en la caja HC-HC Group/Apply value to

multiple non HC-HC pairs

Seleccione HC-HC y cambie a cero (0) el valor de Exponent Value Haga clic Ok y posteriormente en Ok nuevamente. Salve el archivo de datos con el nombre PVT_Sat_Pres_Calc_Split_Pc.dat, corra y

observe sus resultados en el .Out

Una vez cotejada la presin de saturacin, procederemos a realizar un agrupamiento de lasfracciones ms pesadas del experimento, este procedimiento es conocido como Lumping.

Luego de un anlisis detallado del comportamiento de cada uno de los pseudos-componentes de las fracciones pesadas, se decidi agrupar estos componentes de lasiguiente manera: del C7 al C15, del C16 al C29 y el C30+ representando la fraccinpesada. Para realizar este procedimiento debe seguir las siguientes instrucciones:

Seleccione File > Update Component Properties y luego salve el archivo de datos comoPVT_Component_Lumping.dat

Ahora puede borrar las secciones Regretion Parameters y End Regretion del archivo.


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Vaya al men de Characterization y agregue la opcin de Component Lumping justodespus del clculo de la presin de saturacin y abra dicha seccin.

Seleccione la opcin Define lumping scheme in grid below Para asignar el nuevo grupo a cada uno de los componentes, se debe hacer clic en las cajas

correspondientes a dichos componentes en la columna Scheme. Haga clic en cada fila deesa columna para asignar el grupo a cada componente. Repita esto hasta el FC6, y luego

para agrupar desde el C7 hasta el C15, seleccione directamente la fila del C15 y asagrupar estos componentes en el grupo 11. Repita el mismo procedimiento para agruparlos carbonos desde el C16 hasta el C29 y luego el C30+. Como se muestra


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Haga clic en OKCon la finalidad de verificar si el esquema de agrupamiento sigue representando elcomportamiento de las fases existente antes de dicho cambio, es necesario verificar si elclculo de la presin de saturacin es el mismo antes y despus del Lumping.

Haga clic sobre Saturation Pressure, copie y pguelo (Edit/Copy, Edit/Paste) justodespus del Component Lumping.

Salve el archivo como PVT_Sat_Pres_Calc_Lump.dat, corra y observe sus resultados enel archivo de salida .out.

Tal y como podemos observar, hasta este momento hemos simplificado el nmero decomponentes presentes y aun se logra cotejar el comportamiento del fluido.

Seleccione File > Update Component Properties y luego salve el archivo de datos comoPVT_Oil_Specific_Gravity_Diff_Lib.dat

En este momento se proceder a incluir la data obtenida a travs de la prueba diferencial

con la finalidad de realizar el ajuste del Bo, Rs y o.

En este archivo de datos puede borrar el Component Lumping y el ltimo calculo deSaturation Pressure.

Seleccione la caja justo debajo de Saturation Pressure y luego haga clic en el men deLab > Differential Liberation.

Tal y como lo realiz en pasos anteriores, agregue una Regresin sobre el experimentode Liberacin diferencial.


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Haga doble clic en Diferencial Liberation y llene la seccin como se muestra acontinuacin (use el archivo, Datos.xls):

Notas:

En la prueba de liberacin diferencial, la presin de saturacin o burbujeodebe ir en la primera casilla. Observe el comentario que se muestra No.Of pres. levels (first row reserved for sat. Pres). Por esta raznobservaran que la presin de 500 psi (Pb), se encuentra posicionada porencima de los 1000 psi.

En este caso particular de la prueba de liberacin diferencial, la data deviscosidad fue determinada hasta una presin de 1000 psi y no as losdatos de Oil FVFyGOR, por lo que result necesario modificar unpoco los datos de la prueba diferencial y agregarles el valor -1 donde nose tienen datos de Oil FVF y GOR para indicarle al programa quecalcule por interpolacin los valores necesarios a esas presiones.


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Basados en procedimientos de ensayo y error se pudo observar que paraeste crudo en particular, resulta muy difcil ajustar los valores dedensidad del crudo a condiciones de Temperatura de yacimiento y las

densidades del crudo a condiciones de temperatura de superficie ( o). Laprincipal causa de este fenmeno es el alto coeficiente de expansintrmico del fluido el cual no puede ser representado por una sola ecuacinde estado. Por esta razn se utilizar la activacin de un segundo set deecuacin de estado que permita representar las densidades del crudo anivel de superficie mientras que el primer set, seguir representando laspropiedades del crudo a temperatura de yacimiento.

Para realizar lo antes mencionado, siga el siguiente procedimiento:

Cercirese de colocarle a Oil FVF (rb/stb), GOR(scf/stb) y Oil Viscosity(cp) un pesode cero (0), mientras que a la gravedad especfica del petrleo un peso de uno (1).

Haga clic en OK. Haga doble clic en la seccin de Component Selction/Properties y en la ficha de

Component desactive el box de Use temperatura dependent volume shift

Luego en el men de Options active el segundo set de EOS, para poder ajustar el valorde SG.

Haga clic en OK. Vaya a la seccin Regresion Parameters y en setselection seleccione Secondset.

Ahora realice regresiones del Volume Shift para el C30+ para este segundo set de EOS.


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Clic en OK, salve y corra, Observe los resultados en el output.De esta manera ha logrado realizar un match del valor de la gravedad especfica del

petrleo residual a condiciones Standard. Ahora es necesario ajustar la curva de FVF yRs de la data experimental. Esto se realizar por medio de la regresin del VolumenShift del C30+ para elprimer set de EOS.

Clic en File >Update component properties. Salve como PVT_Oil_FVF&GOR_Diff_Lib.dat Haga doble clic de nuevo sobre Diferencial Liberation y excluya la SG de la regresin

colocando cero en la peso del valor, tal yo como se muestra a continuacin:

Haga clic en OK. Haga regresiones sobre el Volume Shift para la fraccin ms pesada (C30+) para elprimer

set de ecuacin de estadoy remueva la regresin del segundo set de EOS.

Haga clic en Ok, salve, corra y observe los resultados en Excel. Para ello haga clic enFile/Create Excel plots.


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Seleccione File > Update Component Properties y luego salve el archivo de datos comoPVT_Oil_Viscosity_Diff_Lib_ Jossi.dat

Para realizar el ajuste de viscosidad, es necesario remover el peso de todos los otrosparmetros y asignarle ahora un peso de uno (1) a la viscosidad para slo realizarregresiones sobre esta propiedad. Debe observar algo similar a lo siguiente:

Vaya a la seccin Regressions Parameters y remueva la regresin del volume Shiftrealizada anteriormente para el primer set de ecuaciones de estado. Vaya a la ficha Viscosity Parameters y seleccione todos los parmetros disponibles para

la regresin de la viscosidad utilizando la correlacin de Jossi-Stiel-Thodos.


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Haga clic en OK. Salve, corra y observe los resultados en Excel.Este tipo de crudo altamente viscoso tiene un comportamiento No Newtoniano (plstico)y por ende resulta muy difcil encontrar una correlacin directa entre la viscosidad ycualquier otro parmetro. Como parte de este ejercicio se cotejar el comportamiento de laviscosidad a travs de la activacin del modelo de Pedersen, luego los coeficientes de estemodelo sern regresionados con la finalidad de ajustar los valores de viscosidad obtenidospor el simulador con los valores obtenidos en las mediciones de laboratorio.

Haga doble clic en Component Selection/Properties, vaya a la ficha de Viscosity yseleccione el modelo de Pedersen Corresponding States Model.

Haga clic en OK.

Haga doble clic en Regretion Parametersy vaya a las ficha de Viscosity Parametersy verifique que todos los parmetros para la regresin de la viscosidad utilizando lacorrelacin de Pendersen estn activados.

Haga clic en OK. Salve como PVT_Oil_Viscosity_Diff_Lib_Pedersen.dat, corra y observe los resultados

en EXCEL. Ajuste la escala de valores para observar los resultados.

Si aun no se alcanzan los valores esperados, quizs resulte necesario ampliar de ciertamanera los lmites de clculos (Variable Bounds) en la seccin Regression Parameters.

Primero de abrir el archivo *.Outy ubicar la siguiente seccin:

Observe el valor final obtenido para las variables (Final Value), y comprelos con losbordes mximo y mnimo.


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En este ejemplo el valor final de las variables MU 1 y MU 4, alcanzaron el borde mximoy si la respuesta de viscosidad no logra ajustarse a la de la prueba diferencial, entonces esnecesario aumentar los bordes mximos en la ficha Variable Bounds de la seccin

Regression Parameters como se muestra a continuacin:


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De ser necesario puede tambin ajustar los bordes mnimos. Guarda el dataset con unnuevo nombre (PVT_Oil_Viscosity_Diff_Lib_Pedersen_Variable Bounds.dat) y vuelvaa correrlo. Si la viscosidad aun no es ajustada repita el procedimiento. Al final, debe

observar una imagen similar a la siguiente:

Seleccione File > Update Component Properties y luego salve el archivo de datos comoPVT_Characterized_Thirteen-Components.dat

Borre las casillas de regresiones utilizadas para el ajuste de la viscosidad.Como exportar los resultados a nuestros diferentes simuladores.

Simulacin de Petrleo Negro Simulador Imex

Seleccione la casilla debajo de la prueba de liberacin diferencial. Seleccione en el men principal la opcin Simulator PVT/Black Oil PVT Data.

Dif. Lib. Calc.

Regression Summary

0.00E+0

1.00E+3

2.00E+3

3.00E+3

4.00E+3

5.00E+3

6.00E+3

7.00E+3

0 200 400 600 800 1000 1200

Pressure (psia)

OilViscosity(cp)

Final Oil Visc. Exp. Oil Visc.


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Haga doble clic sobre la nueva casilla creada Black Oil PVT Data y seleccione lasopciones como se muestran:

En la ficha Sat. Pressure ingrese la temperatura de yacimiento, y la presin desaturacin:

En la ficha Pres. levels ingrese la columna de presiones que desea visualizar en su PVT-Black Oil o de Imex, y deje el resto de las opciones por defecto. Es recomendable iniciarcon la presin a condiciones de superficie e ir incrementando hasta alcanzar un nivel de


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presin que se ajuste al comportamiento del yacimiento y del proceso que se desea modelar.Observe que en esta columna, la primera casilla se reserva para la presin de saturacin yno es posible editarla:

Nota: Observe la posibilidad de ingresar las condiciones de separacin, as como el nmero depruebas.

En la ficha Water Properties ingrese la salinidad del agua de formacin (supongamos10000 ppm), la presin de burbujeo del agua (observe que se sugiere utilizar la delcrudo), y por ltimo una presin de referencia (por lo general se asigna la presin delyacimiento, en este ejercicio utilizaremos 750 psi).


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Haga clic en el botn Apply para calcular las propiedades restantes del agua por medio decorrelaciones (se realiza cuando no existen datos disponibles).

Nota: Por defecto, WinProp asigna para la viscosidad del agua cero (0) dependencia de lapresin. Como informacin, usted puede calcular esta dependencia a travs de lasiguiente formula:

)P-(Pcvw rww i

Donde:

P, es la presin de la fase agua-petrleo, (psi).

Pr, es la presin de referencia (generalmente es asignada como la presin deyacimiento), (psi).

wi, es la viscosidad inicial del agua (si Pr = Pi), o la viscosidad del agua a lapresin de referencia, (cps).

cvw, es la dependencia de la presin sobre la viscosidad del agua, (cps/psi)

Tpicos valores de este parmetro a diferentes temperaturas son los siguientes:

@ 77 F = 0.0 cp/psi

@ 122 F = 1.3e-6 cp/psi

@ 167 F = 1.7e-6 cp/psi

Si usted dispone de pruebas de laboratorio, entonces puede ingresar este dato directamente.


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Deje el valor de cero (0) como dependencia de la presin sobre la viscosidad. En la ficha Oil properties ingrese una gravedad API de 8.8, y deje las opciones para la

dependencia de la presin sobre la viscosidad, y la compresibilidad del crudo como semuestran:

En la ficha Gas properties deje las opciones por defecto, sin embargo, observe laposibilidad de ingresar la densidad o gravedad especifica del gas.

Haga clic en OK para aceptar todos los cambios realizados. Vaya a File/Save para salvar el archivo.


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Simulaciones Trmicas, Qumicas y de Procesos Avanzados Simulador Stars

Haga clic sobre la casilla inmediatamente inferior al PVT de Imex Black Oil PVT Data. En el men principal vaya nuevamente a la opcin Simulator PVT, y seleccione esta ves

la opcin para exportar al simulador StarsCMG STARS PVT Data

Haga doble clic sobre la ltima casilla creada. En la ficha Calc. Type seleccione laprimera opcin (Basic STARS PVT data) como se muestra:

En la ficha Basic PVT Controls asigne los siguientes valores y opciones:


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En la ficha Density/Surface Control seleccione la opcin Surface Conditions yopciones de optimizacin de densidad y coloque los valores que se muestran:

Haga clic en OK para aceptar los valores y opciones ingresadas.

Nota: Como es conocido, Stars es un simulador semi-compocicional que trabaja con constantesde equilibrio, por tal razn es imperativo introducir los datos necesarios que permitangenerar y exportar las constantes de equilibrio que tomaran en consideracin el

comportamiento y la interaccin entre las fases.

Agregue una nueva casilla de CMG STARS PVT Data, y seleccione en esta oportunidadla opcin Gas-Liquid K-Value Tablesen la ficha Calc. Type, como se muestra:


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En la ficha K-Value coloque los siguientes valores para generar las tablas de constantesde equilibrio:

Deje por defecto, las opciones seleccionadas en la ficha Feed/Controls/Plots.

Haga clic en OK para aceptar los valores y opciones ingresadas.


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Simulaciones Composicionales Simulador Gem

Para exportar la ecuacin de estado EOS que reproduce el comportamiento composicionalde las fases, es necesario ingresar los datos en el formato del simulador GEM.

Vaya nuevamente al men principal y seleccione la opcin CMG GEM EOS Model alexpandir las opciones de la categora Simulator PVT.

Haga doble clic sobre casilla creada, y seleccione la opcin Print component propertiesfor GEM to PVT_CHARACTERIZED.GEM, como se muestra:

Haga clic en OK para aceptar las opciones ingresadas. Salve el archivo y crralo. Observe en el directorio donde se encuentra el archivo guardado, que se han creado tres

archivos diferentes con las siguientes extensiones *.imx, *.str, y *.gem, quecorresponden a cada uno de nuestros simuladores.

Nota: Como podr observar se han exportados los tres modelos de fluidos de un crudo pesado,de 8.8 grados API con un alto nmero de componentes (13), que son necesarios en

simulaciones donde el cambio de fases tiene mayor importancia que los tiempos desimulacin, sin embargo, en procesos donde no se requiere un gran detalle de lacaracterizacin del fluido, pero si una pronta respuesta en los resultados de simulacin,como lo son los procesos trmicos, se hace necesario reducir el nmero de componentesen la menor cantidad posible. El siguiente ejercicio, mostrar como podemos realizareste nuevo agrupamiento de componentes (Lumping), sin alterar el comportamiento denuestro fluido.


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Reduccin de 13 Componentes a 2 Seudo-Componentes Component Lumping

Haga clic debajo de la casilla CMG EOS GEM Model. Vaya en el men principal a Calculations/Two-phase Envelope e inserte esta nueva

forma.

Haga doble clic sobre la nueva casilla creada, y coloque las mnimas y mximas presiones ytemperaturas como se muestra:

Haga clic en OK. Salve el modelo y crralo, para generar el grfico de Presin vs. Temperatura. Haga clic sobre el icono de Excel para exportar los grficos. Debe observar algo similar a

lo siguiente:

P-T Diagram

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Temperature (deg F)

Pre

ssure(psia)

2-Phase boundary


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26

Salve el modelo con otro nombre, PVT_Characterized_Four-Components.dat. Haga clic sobre la casilla Black Oil PVT Data.

Vaya al men principal y seleccione Characterization/Component Lumping. Haga doble clic sobre la forma Component Lumping, y seleccione la opcin de agrupar

manualmente los componentes:

Nota: Se desea agrupar los trece (13) componentes hasta un mnimo de cuatro (4) seudo-componentes conformados por (N2 a C1), (C2 a C07toC15), (C16toC29) y (C30+) yque a su vez permitan reproducir el comportamiento anterior.

Haga clic sobre la casilla del componente C1, para asignar el primer grupo o seudo-componente. Haga clic sobre la casilla del seudo componente C07toC15 para asignar elsegundo grupo,sobre C16toC29 para el tercer grupo y C30+como cuarto componentedel nuevo modelo de fluidos.

Haga clic en OK Haga clic con el botn secundario del ratn sobre las casillas de los PVT y exclyalos(excepto la forma Two-phase Envolope) de los clculos como se muestra:


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Salve el modelo y crralo. Haga clic sobre el icono de Excel para exportar el grfico de Presin vs. Temperatura.

Debe observar algo similar a lo siguiente:

Abra el archivo Excel de la corrida anterior PVT_Characterized_Thirteen-Components.xls y copie los datos con los que fue construido el grfico de Presin vs.Temperatura y pguelos en el nuevo archivo de Excel y grafique ambas curvas en unmismo Plot para la comparacin. Al final debe observar algo similar a lo siguiente:

P-T Diagram

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Temperature (deg F)

Pressure(psia)

2-Phase boundary

P-T Diagram

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Temperature (deg F)

Pressure(psia)

Four Components Thirteen Components


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Nota: Como puede observar, el comportamiento del nuevo modelo de fluidos sigue uncomportamiento similar al caso base de trece componentes, pudindose inferir que se halogrado un buen ajuste del PVT de laboratorio con un modelo de WinProp con tan slo

cuatro (4) componentes.

Si desea observar un mejor ajuste, pruebe agrupando los siguientes componentes:

(N2 a C1)(C2 a NC5)(FC6)(C07toC15)(C16toC29), y(C30+)

P-T Diagram

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Temperature (deg F)

Pressure(psia)

Four Components Six Components Thirteen Components

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