Estranguladores uso y flujo de fluidos

ESTRANGULADORES

Dispositivos mecnicos que se utilizan en los pozos para provocar una restriccin al flujo para controlar el aporte de agua y arena proveniente de los yacimientos y evitar problemas superficiales de produccin de arena, desgaste superficiales y subsuperficiales como arenamiento del pozo y conificacin de agua y o gas. Los hay de dimetro fijos (positivos) y ajustables (variables).

CONDICIONES DE FLUJO SUPERFICIAL DE PRODUCCION

La cada de presin a travs de los estranguladores es generalmente muy significativa. No hay ecuacin universal para predecir la cada de presin.

FLUJO SONICO Cuando la velocidad del fluido en un estrangulador alcanza la velocidad del sonido en condiciones in situ, el flujo es snico. Bajo estas condiciones la onda de la presin despus del estrangulador no puede pasar contra la corriente porque el medio (lquido) est viajando en la direccin opuesta en la misma velocidad, existe una discontinuidad de la presin en el estrangulador la presin flujo despus del estrangulador no afecta a la presin flujo arriba. Debido a la discontinuidad de la presin en el estrangulador, cualesquier cambio en la presin flujo abajo no puede ser detectado un manmetro antes del estrangulador.

Para que exista flujo snico depende de la relacin de presin flujo (antes / despus del estrangulador). Si esta relacin es menor que una relacin de presin critica existe flujo (crtico) snico. Si es este cociente de la presin mayor o igual el cociente de la presin crtica, el flujo (subcrtico) subsnico existe.

Uso de reductores para controlar la produccin del pozo en FN

Para controlar la tasa de produccin de un pozo se debe instalar un reductor de produccin en la caja de choke que se encuentra en el cabezal del pozo. La reduccin brusca del rea expuesta a flujo provocar una alta velocidad de la mezcla multifsica a travs del orificio del reductor por lo que la produccin del pozo quedar controlada por la presin de cabezal Pwh impuesta por el reductor instalado.

Razones para controlar la tasa de produccin

- Mayor seguridad del personal al reducir la presin en superficie. - Evitar conificacin de agua y gas. - Reducir migracin de finos. - Reducir entrada de arena al pozo. - Proteger el equipo en superficie de presiones altas, erosin, turbulencia,

etc. - Mantener la produccin para cumplir con la demanda de petrleo impuesta.

Estas razones estn orientadas hacia una explotacin eficiente. Estos dispositivos son

el medio ms efectivo y econmico para controlar la produccin e incrementar el

recobro final de los yacimientos.

Cmo afecta a la produccin del pozo el uso del reductor?

Al instalar un reductor en la lnea de flujo superficial, la restriccin de este provocar

un aumento de la presin en el cabezal, Pwh, y con ello un aumento de la presin

fluyente en el fondo del pozo, Pwf, disminuyendo el diferencial de presin a travs del

rea de drenaje del yacimiento, la produccin ser menor que la obtenida cuando

produca sin reductor. Mientras ms pequeo es el orificio del reductor menor ser la

tasa de produccin del pozo y mayor la presin del cabezal del pozo.

Comportamiento de estranguladores o reductores

Flujo Crtico.- Se presenta cuando la velocidad del flujo en la vena contracta a travs

del reductor es igual a la velocidad del sonido en el medio multifsico. Los cambios de

presin abajo del reductor no afectan a la Pwh.

Cmo se manifiesta la existencia de flujo crtico?

Se manifiesta en la superficie cuando la presin de agua abajo del reductor, presin en

la lnea de flujo, Plf, sea menor del 70% de la presin agua arriba, es decir Plf/Pwh <

0.7. Plf y Pwh se expresan en unidades absolutas de presin, lpca.

Los estranguladores instalados a boca de pozo estn basados en el principio de flujo

crtico, para seleccionar uno de ellos es necesario que la presin despus de la

resctriccin no afecte a la presin en la cabeza del pozo.

Un nmero de Mach igual o mayor a la unidad asegurar esta pretensin.

M = Vf/ Vp

El nmero de Mach se define como la relacin de la velocidad real del fluido (Vf) entre

la velocidad de propagacin de la onda acstica en el fluido en cuestin (Vp).

En funcin de este se definen tres regmenes de flujo:

M < 1 el flujo es subsnico.

M > 1 el flujo es supersnico (supercrtico).

M = 1 es flujo es snico (crtico). Y es aqu donde el rea de flujo alcanza su valor

mnimo y se dice que logra una condicin de garganta cuyas propiedades se dominan

crticas y a las anteriores a ella como relaciones crticas.

El conjunto de ecuaciones que describen las condiciones de flujo isoentrpico

estacionario son:

=

2 + 1

=

2 + 1

/

=

2 + 1

/

donde:

= /

4.9.2 Desarrollo del fenmeno

Se considera un estrangulador como el de la figura, el cual est en conexin con la

cabeza del pozo que provee la presin Pth. La descarga ocurre en la tubera de

escurrimiento, la presin se denota como Pe y se denomina presin corriente abajo

del estrangulador. Se supone que la Pth es suficientemente alta para producir

condiciones de flujo snico en la garganta y flujo supersnico corriente abajo.

Mientras la Pe permanezca igual o mejor que la correspondiente al rea de salida, Pc,

no se presenta ningn efecto sobre el flujo dentro del estrangulador.

A medida que la Pe aumenta por encima de Pc, progresivamente se forman ondas de

choque oblcuas, ms fuertes, corriente abajo como se ve en las figuras b y c ( en

donde el flujo an no se ve afectado).

La figura d muestra la situacin en la cual la Pe es lo suficientemente alta para

producir una onda de choque normal en la salida; incrementos adicionales en la

presin corriente abajo hacen que el choque normal se desplace hacia atrs, dentro

del estrangulador. Corriente abajo del choque, el flujo es ya subsnico, de modo que la

velocidad y el gasto msico disminuyen y la presin aumenta. (Fig. e).

Eventualmente un aumento posterior de Pe hace que en todo el estrangulador el flujo

sea subsnico y que el gasto msico disminuya progresivamente.