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