Modelo Plástico de Bingham

Modelo de Ley de Potencias

Modelo de Ley de Potencias Modificado

1.1.1. Modelo plástico Bingham.

Este tipo de fluidos es el más simple de todos los fluidos no-Newtonianos, debido a que la relación entre el esfuerzo

cortante y la velocidad de corte exhibe una proporcionalidad directa, una vez que un esfuerzo inicial finito, necesario

para iniciar el movimiento, ha sido excedido.

A este esfuerzo inicial se le denomina punto de cedencia, τy; en tanto que la pendiente de la porción lineal del

reograma es conocida como coeficiente de rigidez o simplemente viscosidad plástica, ηp.

Aunque este modelo es un caso idealizado, las suspensiones de arcillas y el flujo de fluidos de perforación en

espacios anulares, asemejan su comportamiento de flujo a este modelo.

Por simplicidad, este modelo ha sido empleado extensivamente en la ingeniería petrolera; aun cuando el

comportamiento real del lodo de perforación no presenta una relación lineal entre el esfuerzo y la velocidad de corte.

1.1.2. Modelo de Ley de Potencias.

El modelo de Ostwald-de Waele, comúnmente conocido como modelo de Ley de Potencias, es uno de los más

usados en el campo de la ingeniería y una de las primeras relaciones propuestas entre el esfuerzo cortante y la

velocidad de corte. Esta relación está caracterizada por dos constantes reológicas y expresada como:

En donde el índice de consistencia K, es un término semejante a la viscosidad e indicativo de la consistencia del

fluido. Es decir, si el valor de K es alto, el fluido es más "viscoso" y viceversa. En tanto que el índice de

comportamiento de flujo n, es una medida de la no-Newtonianidad del fluido. Entre más alejado de la unidad sea el

valor de n, más no-Newtoniano es el comportamiento del fluido.

Si el valor de n es mayor que cero y menor que la unidad, el modelo representa a los fluidos seudoplásticos; en

tanto que si n es mayor que la unidad, el modelo representa a los fluidos dilatantes, si n es igual a la unidad, con

K = μ/gc.

La ventaja de este modelo, que es simple y posee únicamente dos constantes reológicas (n y K); además de que

cuando ha sido empleado en problemas de flujo en tuberías ha dado excelentes resultados.

1.1.3. Modelo de Ley de Potencias Modificado.

El modelo de Herschel-Bulkley, también conocido como modelo de Ley de Potencias con Punto de Cadencia, fue

propuesto con el fin de obtener una relación más estrecha entre el modelo reológico y las propiedades de flujo de

los fluidos seudoplásticos y dilatantes que presentan un punto de cadencia.

Entre los modelos propuestos que involucran el uso de tres constantes o parámetros ajustables, el modelo de

Herschel-Bulkley es de los más simples y exactos. Este modelo está representado por:

Las constantes n y K tienen un significado similar a las constantes reológicas del modelo de Ley de Potencias.

Es decir, los modelos de Newton, Bingham y Ostwald-de Waele son soluciones particulares de éste; pues si n es

igual a la unidad y τy es cero, el modelo se reduce a la Ley de Newton, en tanto que si τy es diferente de cero, este

modelo representa al modelo de Bingham con K = ηp/gc.

Por otro lado, si n es diferente de la unidad y τy es cero, resulta el modelo de Ley de Potencias.

Por este motivo, a este modelo se le ha denominado como modelo de Ley de Potencias Modificado.

Reologia Ciencia que se encarga del estudio de la materia en cuanto a su deformación y el flujo que tiene. Considerando las propiedades del líquido.

Viscosidad plásticaLa viscosidad plástica es un parámetro de la resistencia al flujo debido a la fricción mecánicaUna PV baja indica que el lodo es capaz de perforar rápidamente debido a la baja viscosidad del lodo que sale en la barrena. Una PV alta es causada por un fluido de base viscosa y por el exceso de sólidos coloidales. Para bajar la PV se puede lograr una reducción del contenido de sólidos mediante la dilución del lodo.Afectada por: concentración de solidos , tamaño y forma de solidos y la viscosidad de la fase liquida del fluidoPunto cedenteel punto cedente es la resistencia al flujo causada por la interacción de cargas electroquímicas de los solidos. Es una medida de atracción de fuerzas dinámicas en un fluido y dependiente de las propiedades de la superficie de los sólidos en el lodo.Resistencia de gel

El esfuerzo cortante medido a baja velocidad de corte después de que un lodo ha quedado en reposo durante un período (10 segundos y 10 minutos en el procedimiento normalizado del API, aunque también pueden hacerse mediciones después de 30 minutos o 16 horas).TixotropíaLa tixotropía es la propiedad de algunos fluidos que presentan una estructura de gel cuando están estáticos.Esta resistencia que presentan se debe a la cantidad y tipo de solidos en suspensión , tiempo, temperatura y tratamiento químico.

HIDRAULICA

Describe de manera en que el fluido crea y utiliza la presiones.

Se refiere a la operación donde el fluido se utiliza para transferir presión desde la superficiea la barrena y la

caída de presión a través de la misma, se usa para mejorar la tasa de penetración.

Objetivo y optimización de hidráulicaLograr un equilibrio

Control de pozo

Limpieza del pozo

Presión de bombeo

Densidad equivalente de circulación

Caída de presión a través de la barrena

La reologia del fluido de perforación afecta de manera directa las pérdidas de presión del sistema

circulante.mientras mas preciso sea el modelo reologicos más preciso es el análisis hidráulico con el objetivo

de evaluar los efectos de la viscosidad del fluido de perforación en parámetros críticos.

Pasos para optimizar la hidráulica de un pozo1. Geometría del pozo

2. Determinar la etapa de flujo que está ocurriendo en cada intervalo geométrico del pozo

3. Factor de fricción

4. Perdidas de presión en cada intervalo

5. Hidráulica de la barren

Índice de consistencia

Índice de Ley exponencial donde tomamos encuenta:

Velocidad de propagación en el medio Numero de Reynolds Factor de friccion en tubería Perdidas de persion en espacion anular Velocidad critica

Sistema de circulación / perdidas de presión

Perdidas de presión:

Equipos superficial

Sarta de perforación

Barrena

Espacio anular

Caída de presion

1. Cuando los fluidos circulan a través de un tubo o espacio anular se desarrollan fuerzas de fricción (se disipa

energía del fluido).estas fuerzas friccionales se conocen como caída de presión.

2. Cuando más largo sea su tubería o E.A. mayor será la caída de presión. Los factores que pueden afectar la

magnitud de la caída de presión son:

Longitud

Índice de flujo

Propiedades reologicas del fluido

Excentricidad del tubo

Geometría del tubo

Aspereza del tubo

Perdida de presion del equipo superficial

Incluye:

Tubo vertical

La manguera Kelly

Unión giratoria

Rotaria viajera

Perdida de presion de la columna de perforacion

Incluye:

Tubería de presion

Portamechas

Motores de fondo

Herramientas de fondo (MWD,LWD, PWD, turbina o motor de fondo)

Densidad equivalente de circulación ECD

El ECD excesiva puede causar perdidas al exceder los gradientes de fractura de un pozo

Es necesario optimizar las propiedades reologicas para evitar un ECD excesivo.