Flujo Multifásico en Tuberías Verticales 4

7/24/2019 Flujo Multifsico en Tuberas Verticales 4

1/10

Flujo multifsico en tuberas verticales.

ANTECEDENTESLa existencia del ujo multifsico ! "roblemas asociados con ello# se $an

reconocido es de %&' ! desde entonces $an sido "resentadas numerosascorrelaciones ! ecuaciones "ara el ujo multifsico en tuberas verticales !$ori(ontales) sin embar*o# las contribuciones ms si*ni+cativas fueron $ec$asa "artir de %',-.

CNCE/TS 0AS1CSFlujo multifsico2Se de+ne como el movimiento concurrente de *ases libres ! l3uidos en lastuberas o ductos# los cuales "ueden existir dentro de la tubera en una me(cla$omo*4nea# en bac$es de l3uido con *as em"ujndolo# o "ueden ir viajando

"aralelamente uno con otro# entre otras combinaciones 3ue se "ueden"resentar. Al "asar los uidos "rovenientes del !acimiento a trav4s de la T/ seconsume la ma!or "arte de "resi5n dis"onible "ara llevarlos del !acimiento alas bateras de se"araci5n.

Col*amiento26elaci5n entre el volumen de l3uido existente en una secci5n de tubera a lascondiciones de ujo ! el volumen de la secci5n aludida.

1NT6D7CC18N

El "roblema de "redecir con "recisi5n las cadas de "resi5n en la tubera de

produccin (T.P.) se ha ido incrementando a muchas soluciones especializadas para

condiciones limitadas. La razn para estas muchas soluciones es que el flujo multifsico es

complejo y se dificulta su anlisis incluso para estas correlaciones estudiadas de

condiciones limitadas.

Al pasar los fluidos provenientes del yacimiento a travs de la tu!er"a de produccin# se

consume la mayor parte de presin disponi!le para llevarlos del yacimiento a las !ater"as deseparacin# por lo que es de suma importancia realizar una evaluacin precisa de la

distri!ucin de la presin a lo lar$o de dicha tu!er"a. Al hacerlo conjuntamente con un

anlisis inte$ral del sistema de produccin# es posi!le%

a. &ise'ar las tu!er"as de produccin y l"neas de descar$a.

!. Proyectar aparejos de produccin artificial (neumtico# mecnico# etc).


2/10

c. !tener presin de fondo fluyendo# sin intervenir los pozos.

d. alcular el efecto de los estran$uladores so!re el $asto.

e. &eterminar la vida fluyente de los pozos.

f. orro!orar los datos o!tenidos con las correlaciones para su ajuste.

uando el flujo es vertical las ca"das de presin por aceleracin son muy peque'as# por lo

que el $radiente de presin de!ido a la misma $eneralmente se desprecia# quedando la

ecuacin de la si$uiente forma%

Las diversas correlaciones e*istentes para el clculo de distri!uciones de presin con flujo

multifsico en tu!er"as# pueden clasificarse en tres $rupos en !ase al criterio utilizado en sudesarrollo. +n la ta!la ,.- se muestran los tres $rupos y los criterios desarrollados.

ay muchas correlaciones

9a! muc$as correlaciones 3ue dan excelentes resultados de"endiendo de lasdiferentes condiciones de ujo. 0asados en las com"araciones $ec$as "orLa:son ! 0rill# los m4todos vistos en este ca"tulo estn entre las mejorescorrelaciones "ara ujo vertical# !a 3ue "usieron es"ecial cuidado en variostama;os de tuberas# en las "ro"iedades de los uidos ! los *astos de ujo.

Estas correlaciones son las si*uientes2

< /oettmann ! Car"enter =%'->?< Duns ! 6os =%'@?< 9a*edorn ! 0ro:n =%'@-?rBis(e:sBi =%'@&?< 0e**s ! 0rill =%'&?

C61TE61S EN EL DESA66LL DE LAS C66ELAC1NES

/AT6NES DE FL7

El *as ! el l3uido u!en de mu! diversas formas dentro de la tubera vertical#de"endiendo de la velocidad de cada fase. Estas ocurrencias de ujo# se lesconoce como "atr5n de ujo.


3/10

Flujo de burbuja2La tubera se encuentra "rcticamente llena de l3uido ! la fase de *as libre se"resenta en "e3ue;as burbujas las cuales se mueven a diferentes velocidadesexce"tuando a3uellas 3ue "or su densidad tienen "e3ue;os efectos en el

*radiente de "resi5n. La "ared de la tubera esta siem"re en contacto con lafase l3uida =0e**s and 0rill# %''%?.

Flujo Slu*2La fase *aseosa es ms si*ni+cativa. Sin embar*o la fase l3uida si*ue siendocontinua# las burbujas de *as coalescente ! forman ta"ones o slu*s los cualesocu"an "rcticamente toda la secci5n transversal de la tubera. El l3uido 3uerodea la burbuja "uede moverse a bajas velocidades en forma descendente. El*as ! el l3uido tienen burbuja "uede moverse a bajas velocidades en formadescendente. El *as ! el l3uido tienen efectos si*ni+cativos en la cada de"resi5n =0e**s and 0rill# %''%?.

Flujo de transici5n o C$urn2Es cuando ocurre el cambio de la fase l3uida continua a la fase de *ascontinua. Las burbujas de *as "ueden unirse ! el l3uido "uede entrar en laburbuja. Aun3ue los efectos del l3uido son si*ni+cantes# dominan los de lafase *aseosa =0e**s and 0rill# %''%?.

Flujo anular2La fase *aseosa es continua ! la ma!or "arte del l3uido se introduce en 4staen forma de *otitas. La "ared de la tubera esta cubierta "or una "elcula de

l3uido ! las fases *aseosa controla la cada de "resi5n =Fi*.d? =0e**s and 0rill#%''%?.

C/6TA1ENT C7AL1TAT1 EN T70E61AS E6T1CALES

Cuando el ujo es vertical las cadas de "resi5n "or aceleraci5n son mu!"e3ue;as "or lo 3ue el *radiente de "resi5n debido a la misma *eneralmentese des"recia# 3uedando la ecuaci5n de la forma si*uiente2

TDS DE /6ED1CC18N DE FL7 7LT1FAS1C EN T70E61AS


4/10

C66ELAC1NES

C66ELAC1NES

/oettman ! Car"enter

/oettmann ! Car"enter desarrollaron un m4todo semi em"rico utili(andodimetros de tubera de "roducci5n de ># > G# "ul*adas en el 3ueincor"oraron la ecuaci5n *eneral de ener*a ! datos de , "o(os u!entes deaceite ! %- con bombeo neumtico. El aceite# *as ! a*ua fueron considerados"ara estar en una sola fase# ! no se trato de determinar la correlaci5n decol*amiento. Toda la "4rdida de ener*a inclu!endo el resbalamiento ! l3uidos

de emer*encia se introdujeron en un prdida de ener$"a incluyendo el res!alamiento

y l"quidos de emer$encia se introdujeron en un factor de perdida de ener$"a la cual se tomcomo constante en toda la lon$itud de la tu!er"a. Tam!in se asumi el flujo vertical de

aceite# $as y a$ua como tur!ulento# adems de no tomar en cuenta los patrones de flujo.

La correlacin de Poettmann y arpenter si$ue siendo usada e*tensamente en los campos

!ajo las si$uientes condiciones%

/ Tu!er"as de 0# 0 1 y , p$.

/ 2iscosidades menores a 3 cp.

/ 45L menores a -#366 pies,7!l.

/ 5astos mayores a 866 !pd.

9ancher y :ro;n o!tuvieron una correlacin para tu!er"as de 0 pul$adas de dimetro

interno# y se ajusta con mayor precisin que la correlacin de Poettmann y arpenter para

$astos !ajos y altas 45L.

&uns y 4os

+l mtodo de &uns y 4os es el resultado de una investi$acin de la!oratorio a $ran escala

con modificaciones y ajustes usando datos de campo.

&uns y 4os esco$ieron una apro*imacin un poco diferente que la mayor"a de los

investi$adores. +l $radiente de presin es e*presado como una fraccin del $radiente de

l"quido hidrosttico ( $ L < ). +llos definieron ar!itrariamente el $radiente de presin

esttica como el peso del volumen por lae densidad in=situ y desarrollaron correlaciones

para la friccin en la pared de la tu!er"a de sus e*tensos datos de la!oratorio para cada una

de las tres amplias re$iones de flujo. Aunque ellos usaron en un punto espec"fico un !alance


5/10

de presin en lu$ar de un !alance de ener$"a# sus ecuaciones son un !alance de ener$"a

termodinmico. +l $radiente total incluye un $radiente son un balance de ener*atermodinmico. El *radiente total inclu!e un *radiente esttico# un *radientede fricci5n ! un *radiente "or aceleraci5n. Los efectos de resbalamiento entreel *as ! el l3uido son incor"orados en el *radiente esttico ! se mantienen

se"arados de los efectos debido a la fricci5n. Ellos se"araron el ujo dentro detres ti"os de re*iones ! "re"araron correlaciones se"aradas "ara elresbalamiento ! fricci5n en los tres. Las tres re*iones son2

< 6e*i5n 12 La fase l3uida es continua ! el ujo burbuja# ujo ta"5n ! "arte delujo burbuja existe en este r4*imen.

< 6e*i5n 112 En esta re*i5n las fases de l3uido ! *as se alternan. La re*i5n "orlo tanto cubre del "atr5n de ujo bac$e ! el resto del ujo burbuja.

< 6e*i5n 111 2 En esta re*i5n el *as es la fase continua "or lo 3ue en esta re*i5nse encuentra el ujo neblina.

/rocedimiento de clculo2

%. Calcular la densidad relativa del aceite

>. btener la masa asociada con un barril de l3uido a condiciones estndar2

. Determinar la densidad de la fase l3uida2

,. btener la "resi5n "romedio en "sia2

-. btener la tem"eratura "romedio2

@. btener H

&. Calcular la densidad "romedio de la fase de *as2

I. Calcular la viscosidad "romedio del aceite con las ecuaciones

'. Calcular la viscosidad "romedio del a*ua con las ecuaci5n

%J. Calcular la viscosidad de la me(cla del l3uido2

%%. Calcular la tensi5n su"er+cial de la me(cla de l3uido2


6/10

%>. Calcular 6s a " ! T.

%. Calcular 0o a " ! T.

%,. Calcular el rea transversal de la tubera.

-3. alcular el n>mero de viscosidad del l"quido%

-?. alcular la velocidad superficial del l"quido vsL (suponiendo :; @ -.6)%

0-. eleccionar el r$imen de flujo adecuado de la fi$ura ,.,.

00. &eterminar el factor de res!alamiento dependiendo de la re$in de flujo o!tenida en el

paso 0-.

a) Para la 4e$in B% +l res!alamiento se o!tiene de la si$uiente ecuacin

&onde 9-# 90# 9,# y 98 se o!tienen de la fi$ura ,.8 y%

Para flujo anular Cd se !asa en el per"metro mojado# por lo tanto%

0,. &eterminar la velocidad de res!alamiento si el flujo se encuentra dentro de la re$in B BB%

0,. &eterminar la velocidad de res!alamiento si el flujo se encuentra dentro de la re$in B

BB%

08. &eterminar el col$amiento de l"quido%

03. &eterminar el C>mero de 4eynolds para el l"quido%

0?. &eterminar el $radiente de friccin de acuerdo a la re$in de flujo.a) Para la 4e$in B y BB%

&onde%

+l factor de friccin f; es vlido para la re$in B y BB. +s !ueno para CLv @ 6 y arri!a dell"mite dado por C$v @ (36 D ,? CLv).


7/10

&onde%

+n la 4e$in BBB f; se toma como f- y podr"a ser o!tenida de la fi$ura ,.E.Para F G 6.63d el valor de f- es calculado con la ecuacin%

Para F G 6#63(d)# el valor de d H F podr"a ser sustituido por d durante el clculo $radiente de

friccin# y tam!in esta sustitucin puede se hecha por%

0E. &eterminar el $radiente

esttico%

0I. &eterminar el $radiente de presin adimensional total%

a) Para las 4e$iones B y BB%

!) Para la 4e$in BBB (tomando en cuenta la aceleracin)

0J. onvertir el $radiente a psi7pie%

,6. &eterminar la lon$itud para esa ca"da de presin%

A5+&4C K :4C (5+C+4AL)

+n un esfuerzo hecho por a$edorn y :o;n para determinar una correlacin $eneral lacual incluyera prcticamente todos los ran$os de flujo# un amplio ran$o de $as liquido#

todos los tama'os de tu!er"as usados ordinariamente y los efectos de las caracter"sticas delos l"quidos. Los datos fueron tomados para ran$os de tu!er"a a partir de - pul$ada a 0 -70

pul$adas de tu!er"a. +l estudio incluy todo el tra!ajo anterior hecho por este equipo deinvesti$adores en el efecto de la viscosidad l"quida como Mcorrelaciones limitadasN. +l

trmino de ener$"a cintica fue incorporado en la ecuacin de ener$"a por que fue

considerada para ser si$nificante en tu!er"as de dimetro peque'o en la re$in cerca de lasuperficie donde el fluido tiene !aja densidad. &os ajustes fueron encontrados para mejorar

esta correlacin. La correlacin 5riffith fue usada para que el flujo !ur!uja e*istiera y el

col$amiento fue revisado para ase$urarse de que e*cediera el col$amiento sinres!alamiento y si no# fue usado.

4OB+OB

La correlacin de rQisze;sQi fue resultado de un anlisis de muchos de los mtodos

pu!licados para determinar si al$uno de ellos son lo !astante e*tensos para predecir con

precisin la ca"da de "resi5n "ara una am"lia *ama de condiciones del "o(o.

rBis(e:sBi enfati(5 3ue el col*amiento de l3uido fuera derivado delfen5meno fsico observado ! 3ue el *radiente de "resi5n fuera relacionado a la


8/10

distribuci5n *eom4trica de la fase de l3uido ! *as# "or lo 3ue determin5 3ue ladensidad de la me(cla se determinara mediante el col*amiento# considerandoen ella el resbalamiento entre las fases. El factor de fricci5n se correlacion5 conlas "ro"iedades del uido en la fase continua. l reconoci5 cuatro ti"os de"atrones de ujo e $i(o correlaciones se"aradas "ara establecer la velocidadde resbalamiento ! fricci5n "ara cada uno de los "atrones. Los "atrones son

burbuja# bac$e# transici5n =bac$eKniebla? ! niebla. Considerando similitudes enconce"tos te5ricos ! diferentes cate*oras# rBis(e:sBi com"ar5 cinco m4todosseleccionados ! determin5 la cantidad de desviaci5n entre las cadas de"resi5n medidas ! "redic$as. rBis(e:sBi observ5 3ue los mejores resultados#bajo ciertas condiciones de ujo# se obtenan con los m4todos de riMt$ !allis# ! Duns ! 6os# "or lo 3ue tom5 estas correlaciones como base "aradesarrollar su m4todo# combinndolas "ara los diferentes "atrones de ujoconsiderados.

0ES O 061LL

La correlaci5n de 0e**s ! 0rill =%'&? fue desarrollada en -I, "ruebas tomadasde datos obtenidos ex"erimentalmente de una "rueba de arre*lo a "e3ue;aescala. La "rueba consisti5 en una secci5n de tubera de acrlico de % "* ! %.-"* de dimetro ! de 'J "ies de lon*itud# la cual tena un mecanismo 3ue "odainclinar la tubera de $ori(ontal a vertical ! los uidos utili(ados eran aire !a*ua. Los "armetros estudiados ! sus ran*os de variaci5n son2

< asto de *as# J a JJ "iesPda)< asto de l3uido# J a J *alPmin =J a %.@- x %J@ litrosPda?)< /resi5n "romedio del sistema# - a '- "sia)< Dimetro de la tubera# % ! %.- "*)

< Col*amiento de l3uido# J a J.I&J)< radiente de "resi5n# J a J.I "siP"ie)< Qn*ulo de inclinaci5n# K'Jo a R'Jo)< /atr5n de ujo $ori(ontal.

/ara cada dimetro de tubera# los *astos de l3uido ! *as variaban "or lo 3uese "udieron observar todos los "atrones de ujo cuando la tubera estaba en"osici5n inclinaci5n# as 3ue se "udo observar como el n*ulo de inclinaci5nafectaba el col*amiento ! el *radiente de "resi5n. El col*amiento ! el*radiente de "resi5n fueron medidos en n*ulos 3ue variaban de -# %J# %-# >J#-# --# &- ! 'J *rados# ! se encontr5 3ue el col*amiento lle*aba a su valormximo en R-J *rados ! a su valor mnimo en K-J *rados.El ma"a de "atrones de ujo ori*inal 3ue obtuvieron 0e**s ! 0rill fueli*eramente modi+cado "ara "oder incluir la (ona de transici5n entre el "atr5nde ujo se*re*ado ! el intermitente. El ma"a de "atrones de ujo modi+cadofue sobre"uesto al ori*inal. La ecuaci5n "ara determinar el *radiente de"resi5n es2

EL /AT68N DE FL7


9/10

Coe+cientes "ara determinar el col*amiento se*n el "atr5n de ujo.

Coe+cientes "ara la correcci5n "or inclinaci5n.

EE/LS2

TD 61SHES1Calcular la cada de "resi5n a trav4s de la T/ con los si*uientes datos2Dimetro nominal# U %.>- "*.Dimetro de ujo U %.I "*

Tem"eratura su"er+cial U T% U %>J oFTem"eratura en el fondo U T> U %-J oF/resi5n en la cabe(a U "% U -JJ "si*

/resi5n de fondo U "> U %#JJJ "si*3o U ,JJ b"d3: U @JJ b"d6 U -JJ "iesPblo V U >> oA/1W* U J.@-W: U %.J&X: U &J dinasPcm.Xo U J dinasPcm.Y* U J.J%I c".

%. Se selecciona la "resi5n de -JJ "si como el "unto de inicio =cabe(a del

"o(o?.

>. La tem"eratura en cada "unto de "resi5n es obtiene de 3ue a %>J oF setiene una " U -JJ "si ! a %-J ZF se tiene " U %#JJJ "si.

.

,. No es necesario asumir un [$ debido a 3ue la "> es conocida.

-. La tem"eratura "romedio del incremento es2,. No es necesario asumir un [$debido a 3ue la "> es conocida.

@. La tem"eratura "romedio del incremento es2

@. Se calculan las "ro"iedades de los uidos a " ! T con las correlaciones antesvistas.

c? Los *astos de las masas son2


10/10

Flujo Multifásico en Tuberías Verticales 4

Documents

Transcript of Flujo Multifásico en Tuberías Verticales 4