Post on 22-Jan-2016
ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA
Theodorus KnijnenburgLuis Alejandro Medina
José Antonio MaldonadoJosé Delgadillo
REOLOGIA
Es la ciencia de la deformación y el flujo de la materia, es la parte de la física que estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación en los materiales que son capaces.
CARACTERIZACION DE LA REOLOGIA
EXPLICACIONLa resistencia o fuerza de fricción es el esfuerzo cortanteLa diferencia de las velocidades divididas entre las distancias entre las plaquetas se llama velocidad cortante.
TIPOS DE FLUIDONewtonianos
La fuerza que se aplica sobre el fluido solo afecta al área presionada, ejemplo claro de este tipo de fluido seria
En estos su gradiente de velocidad dependerá de la viscosidad de dicho líquido, lo cual quiere decir que el líquido sufrirá una más alta o baja presión de acuerdo a su velocidad y viscosidad.
Se caracteriza porque no presenta ningún tipo de resistencia ante una fuerza tangencial cortante, un ejemplo típico de un fluido newtoniano seria el agua
Se caracterizan por tener una relación de equilibrio lineal entre su tensión y su gradiente de velocidad cero a cero.
No Newtonianos
DIAGRAMA DE TIPOS FLUIDOSTIPOS DE FLUIDOS
NEWTONIANO NO NEWTONIANO
Dependientes del Tiempo
Independientes del Tiempo
Seudoplasticos y Dilatantes
Fluidos Plásticos o de Bingham
Tixotropicos
Reopecticos
FLUIDOS NEWTONIANOS
El paso de un flujo a otro depende del numero adimencional conocido como el numero de Reynolds, este factor depende como características del flujo que se mueve y el caudal del fluido que fluye.
FLUIDOS NO NEWTONIANOS
INDEPENDIENTES DEL TIEMPO
Son aquellos en el cual el valor de corte y el esfuerzo de corte no cambian con el tiempo
DEPENDIENTES DEL TIEMPO
Tienen un comportamiento no lineal dependiendo del tiempo de reposo y un valor constante del esfuerzo cortante pueden ser tixotropicos o reopecticos
INDEPENDIENTES DEL TIEMPO
1º) Fluidos Plásticos o de BinghamSu característica es que la relación de velocidad de corte esfuerzo cortante, es representado por una línea recta, que no pasa por el origen. Su comportamiento se representa por la ecuación:
Y=τ.δ.μ
Donde:τ:Esfuerzo de corteμ:Viscosidad Plásticaδ:Velocidad de cortey:Punto de cadencia
INDEPENDIENTES DEL TIEMPO2º) Seudoplasticos y Dilatantes
Su característica es que la relación de velocidad de corte y esfuerzo cortante, Se puede expresar por la ley de potencias
τ=K.δ.nDonde:τ:Esfuerzo de corteK:Medida de la Viscosidadδ:Velocidad de corteN:Es el factor de potencia, que es una medida del grado de desviación del comportamiento de un flujo newtoniano y se determina por la pendiente de una rectaSi n=1 Es un fluido NewtonianoSi n>1 Es un fluido dilatanteSi n<1 Es un fluido Pseudoplastico
DEPENDIENTES DEL TIEMPO1º) Fluidos TixotropicosEs el comportamiento que presentan algunos geles que se hacen con el movimiento, siendo este cambio reversible, aumenta su resistencia a la gelatinosidad mientras se encuentran en reposo, estos se encuentran en los lodos de perforación.
2º) Fluidos ReopecticosEstos aumentan los esfuerzos estructurados vajo un valor de velocidad de corte; incrementan el esfuerzo cortante con respecto al tiempo, a una velocidad de corte constante.
DEPENDIENTES DEL TIEMPO3º) ViscoelasticosSon aquellos cuyas propiedades viscosas muestran cierto grado de elasticidad, tiende a producir elongaciones cuando están sujetos a altos valores de velocidad de corte y a regresar a su condición inicial cuando dichos valores descienden a su nivel normal.
4º) ComplejosSon fluidos que muestran en su comportamiento mas de un tipo de los demás fluidos, es decir que fluidos bajo condiciones variables de valor de velocidad de corte, temperatura, presión y tiempo muestran propiedades tixotropicas, viscoelasticas y también de los fluidos plásticos de bingham y pseudoplasticos
DIFERENCIAS ENTRE FLUIDOS NWETONIANOS Y NO NEWTONIANOS
MEDICION EN CAMPO
Se puede hacer de dos maneras
Cuantitativa: Es para la determinación de las propiedades del flujo con el propósito de diagnosticar y aplicar un tratamiento correctivo, mediante el viscosímetro, el cual da el valor de la viscosidad plástica, el valor del punto de cedencia y el esfuerzo.
Cualitativa: Esta se realiza con el proposito de detectar una variación apreciable en las propiedades de flujo o viscosidad de embudo
MEDICION EN CAMPO
Para llevar al cabo estas mediciones se emplean algunas herramientas como ser:
Embudo de Marsh Viscosímetro de FannViscosímetro TubularViscosímetro Capilar
Las propiedades Reológicas fundamentales del lodo de perforación son:
a. Viscosidad de Embudo.b. Viscosidad Plástica.c. Punto de Cedente.d. Resistencia al Gel.
VISCOSIDAD
Es la resistencia interna del fluido al movimiento, y que gobierna la relación del esfuerzo y la velocidad.
TIPOS DE FLUJO
FLUJO TAPONFLUJO LAMINARFLUJO TURBULENTO
Los fluidos se pueden mover según tres tipos de flujos:
El paso de un flujo a otro depende de un numero adimencional conocido como el numero de Reynolds.
FLUJO TAPONSe da cuando se inicia el movimiento a muy bajas velocidades, fluyendo con un perfil de velocidades donde el vector velocidad es siempre paralelo al eje del tubo y tiene el mismo sentido y magnitud alrededor de este , a excepción de las paredes del tubo. Es decir la velocidad es constante tanto en sentido como en intensidad.
FLUJO LAMINAR
A medida que crece la velocidad de flujo , el perfil va tomando la característica parabólica con vectores de velocidad mínimo en las paredes y que va creciendo hacia el centro del tubo donde tiene su máximo valor. La velocidad es paralela a la velocidad del tubo, tiene el mismo sentido pero varia en la intensidad.
FLUJO TURBULENTO
A mayor velocidad del flujo, en este caso la velocidad se vuelve caótica, no es paralela al eje del tuvo, no tiene sentido definido y tiene distintas intensidades aun en un mismo punto.
NUMERO DE REYNOLDS
El Número de Reynolds es un numero adimencional que nos permite caracterizar la naturaleza del flujo, es decir, si se trata de un flujo laminar o de un flujo turbulento
Hidráulica
Es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma.
¿Para que son realizados los cálculos de Hidráulica?
Los cálculos de hidráulica son usados para determinar los efectos que tendrá el fluido sobre las presiones del sistema.
Para esto es necesario primero determinar las propiedades reo lógicas.
PRESIONES CRITICAS
Las presiones criticas son las presiones totales del sistema (presión de bombeo), la perdida de presión atreves de la barrena y la perdida de presión anular ( convertida en ECD)
Las presiones nominales de las bombas y los equipos superficiales, así como el numero de bombas limitan el sistema de circulación a una presión máxima admisible de circulación.
Presiones de circulación
A medida que los pozos son perforados a mayores profundidades y se instala una tubería de revestimiento, el caudal disminuye dentro de los pozos de diámetro reducido.
Las presiones de circulación aumentaran debido al aumento de la longitud de columna de perforación y del espacio anular, debido a la reducción del diámetro de la columna de perforación
Presiones de circulación
Las presiones de circulación, y por consiguiente el caudal, están directamente relacionadas con la geometría del pozo y con los materiales tubulares utilizados y de los materiales tubulares utilizados, incluyendo el equipo especial de conjunto “BAH”
PAUTAS PARA LA OPTIMIZACION DE LA HIDRAULICA
El Principal objetivo de la optimización de la hidráulica es lograr el equilibrio entre el control del pozo, la limpieza del pozo, la presión de bombeo y la densidad equivalente y la caída de presión atreves de la barrena.
La densidad y las propiedades reológicas del fluido son parámetros que afectan a la eficiencia de la hidráulica.
ECUACIONES DE HIDRAULICA DE API
Las ecuaciones de API determinan, utilizan y registran las velocidades en el espacio anular.
Los fluidos en el flujo laminar “actúan” de distinta manera que los flujos de flujo turbulento. Por esto es necesario el uso de distintas ecuaciones para determinar la perdidas de presión.
ECUACIONES DE HIDRAULICA DE API
La primera etapa en los cálculos de la hidráulica consiste en determinar la etapa de flujo que esta ocurriendo en el intervalo geométrico del pozo
LAMINAR
TURBULENTO
El flujo dentro de la tubería generalmente es turbulento.
VELOCIDAD MEDIA DE PROPAGACION EN EL MEDIO
API se refiere a la velocidad del fluido que fluye dentro un espacio anular o una tubería, como la velocidad de propagación, como la velocidad, esto supone que la totalidad del fluido esta fluyendo a la misma velocidad.
VELOCIDAD MEDIA DE PROPAGACION EN EL MEDIO
Velocidad media de propagación en la tubería Vp :
Velocidad media de propagación en el espacio anular:
Vp (Pies/Min)= 24.48 * Q (Gpm)D2 (Pulg)
Factor de Conversión Razón de Flujo
Diámetro
Velocidad de Propagacion
Vp (Pies/Min)= 24.48 * Q (Gpm)(D2
2 - D21 )(Pulg)
Factor de Conversión Razón de Flujo
Diámetro Externo
Velocidad de Propagacion
Diámetro Interno
NUMERO DE REYNOLDS
El Número de Reynolds es un numero adimensional que nos permite caracterizar la naturaleza del flujo, es decir, si se trata de un flujo laminar o de un flujo turbulento, Cuya formula General es:
NR = V * ρ
μ
Velocidad
Densidad
Viscosidad
Numero de Reynolds
*D
Diámetro
NUMERO DE REYNOLDS
El numero de Reynolds dentro la tubería es:
El numero de Reynolds Para el espacio anular es:
NRep = V * ρμ
Velocidad
Densidad
Viscosidad
Numero de Reynolds
*D
Diámetro
15.467*
Factor de Conversión
NRea = V* ρμ
Velocidad
Densidad
Viscosidad
Numero de Reynolds
*(D2 - D1)
Diámetro
15.467*
Factor de Conversión
Velocidad CriticaLa velocidad critica se usa para describir la velocidad a la cual la transición del flujo laminar al flujo turbulento ocurre, cuyas formulas son:
Velocidad Critica en la tubería (Vcp):
Cálculos de Perdida de presión
SISTEMA DE CIRCULACION
El sistema de circulación de un pozo consta de barios componentes o intervalos, cada una de los cuales esta sujeto a una Caída de presión especifica
La suma de la caída de presión en estos intervalos es igual a la perdida total de presión en el sistema o a la presión medida en el tubo vertical.
Cálculos de Perdida de presión
La perdida de presión total de este sistema se puede describir esquemáticamente como:
Diagrama esquemático para un sistema de circulación
PTotal==Pequip Superf + Pcolumna Perf + P Barrena + Pespacio Anular
Manómetro del tubo Vertical
Barrena
Salida del fluido
KellyTubo Vertical
Tubería de revestimiento o
Riser
Entrada del fluido
Portamechas
Tubería de revestimiento
corta
Herramienta de fondo
Tubería de Perforación
Cálculos de Perdida de presión
Perdida de presión del equipo superficial Las pedidas de presión superficiales incluyen las perdidas entre el manómetro del tubo vertical y la tubería de perforación. Esto incluye el tubo vertical y el Kelly.
Manómetro del tubo Vertical
Kelly
Tubo Vertical
Tubería de Perforación
Cálculos de Perdida de presión
Perdidas de presión de la columna de perforación.
La perdida de presión en la columna de perforación es igual a la suma de todos los intervalos de la columna de perforación.
Cálculos de Perdida de presiónFactor de fricción
Este factor de fricción consiste en una indicación de la resistencia de flujo de fluido en la pared de la tubería, el cual es necesario hallarlo siempre para después poder hallar la perdida de presión
Cálculos de Perdida de presión
Perdidas de presión en los intervalos de las tuberías.
Los intervalos de la columna de perforación son determinados por el DI de la tubería.La perdida de presión para cada intervalo de la columna se calcula con la siguiente formula:
Cálculos de Perdida de presión
Perdidas de presión atreves de los motores y de las herramientas
Si la columna de perforación contiene un motor de fondo, una herramienta:
•MWD•LWD•PWD
Sus perdidas de presión deben ser incluidas en las perdidas de presión del sistema para calcular la hidráulica del sistema.
Cálculos de Perdida de presión
Perdidas de presión en la Barrena (Perdida de presión por fricción en las Toberas)
La perdida de presión atreves de la barrena se calcula con la siguiente formula:
Cálculos de Perdida de presión
Perdidas de presión en el Espacio Anular
La perdida total de presión en el espacio anular es igual a la suma de todas las perdidas de presión en el intervalo anular, Los intervalos anulares son divididos por cada cambio del diámetro hidráulico.
Cálculos de Perdida de presiónFactor de fricción en el espacio anular.
El formula de fricción en el espacio anular se elije según el tipo de flujo ya sea laminar o turbulentoSi el numero de Reynolds es menos o igual a 2100 es laminar
Si el numero de Reynolds es mayor a 2100 es turbulento
Cálculos de Perdida de presiónPerdida de presión en el Intervalo Anular
La perdida de presión para cada intervalo debe ser calculado separadamente y sumada para obtener la perdida de presión total del intervalo anular. Esta ecuación se usa para calcular las perdidas de presión de los intervalos individuales.
DENSIDAD DE CIRCULACION EQUIVALENTE “ECD”
La presión en una formación durante la circulación es igual al total de las perdidas de presión de circulación anular.
Esta fuerza se expresa como la densidad del lodo ejercida sobre una presión hidrostática equivalente.
Este peso equivalente del lodo se llama densidad equivalente de circulación
Una ECD excesiva puede causar perdidas al exceder la gradiente de fractura en un pozo.
Gracias por su atención