reologia de fluidos dde perforacion.ppt
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REOLOGIAREOLOGÌA es la disciplina que estudia la deformación y flujo de la materia, las
propiedades Reologicas fundamentales del lodo de perforación son:
a. Viscosidad de Embudo.
b. Viscosidad Plástica.
c. Punto de Cedente.
d. Resistencia al Gel.
PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION
Utilidad:
1. Calcular las perdidas de presiòn por fricción.
2. Determinar la capacidad del lodo para levantar los cortes
3. Analizar la contaminación del lodo.
4. Para determinar los cambios de presiòn en el interior del pozo durante un viaje.
LA VISCOSIDAD
DEFINICIÓN
• La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia a la deformación del fluido. Dicho concepto se introdujo anteriormente en la Ley de Newton, que relaciona el esfuerzo cortante con la velocidad de deformación (gradiente de velocidad).
• Donde: ECUACION 1
: esfuerzo cortante [mPa].
: viscosidad [mPa·s]
D: velocidad de deformación [s-1]
UNIDADES Cp en unidades petroleras y pascal* seg. en el SI
D·
VISCOSIDAD DE EMBUDO
Es el tiempo en Segundo requeridos para que un cuarto de galón (940 cm3) de lodo
pase a través de un tubo de 3/16 Plg de Diàmetro. Se expresa en Seg/Qt y es un
valor cualitativo de la viscosidad del lodo.
REOLOGIA
PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION
Procedimiento
1. Cubrir con el dedo el orificio inferior del embudo, seguidamente verter 1500 Cm3 de lodo previamente tamizado.
2. Remover el dedo del orificio y tomar el tiempo (Seg) que transcurre para que 940 Cm3 pasen a través del tubo de 3/16.
940 cm3
Tiempo
EMBUDO MARSH
Tubo de 3/16 Plg
Se determina a través de un instrumento llamado Embudo Marsh, tiene un diàmetro de 6 Plg
en el extremo superior, decrece progresivamente hasta 3/16 plg en el inferior, su longitud es
de 12 plg.
VISCOSIDAD DE PLASTICA
Es la parte de la resistencia al flujo causada por la fricción mecánica, afectada
principalmente
1. Concentración de Sólidos.
2. Tamaño y forma de las partículas sólidas.
3. Viscosidad de la fase fluida.
REOLOGIAPRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION
Procedimiento
1. Sumergir la camisa rotatoria en la muestra de lodo hasta la marca indicada.
2. Con la camisa rotando a 600 rpm, registrar la lectura del dial, una vez estabilizada.
3. Cambiar la velocidad de rotación a 300 rpm, y registrar la lectura del dial, una vez estabilizada.
V1
V2
La viscosidad plástica se determina a partir de la información obtenida del viscosímetro Fann, con ayuda
de la siguiente ecuación
VISCOSIMETRO FANN300 600 p - ( cP)
CamisaRotatoria
PUNTO CEDENTE
Es el esfuerzo mínimo de corte que debe aplicarse a un fluido para que comience a
desplazarse, depende de:
1. Propiedades superficiales de los sólidos del fluido.
2. Concentración volumétrica de los sólidos.
3. Ambiente eléctrico de estos sólidos.
REOLOGIAPRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION
El Punto Cedente puede ser estimado a partir de la información obtenida del Viscosímetro, con ayuda de
la siguiente ecuación:
600300 - *2 PC p 300 - PC Lbs/100 pies2
Velocidad de Corte
Esf
uer
zo d
e C
ort
e
Punto Cedente
RESISTENCIA AL GEL
REOLOGIA
La Resistencia al Gel Es la fuerza de atracción que se da en condiciones estáticas, debido
a la presencia de partículas cargadas eléctricamente, depende de:
1. Cantidad y tipos de sólidos en suspensión.
2. Tiempo de reposo.
3. Temperatura.
4. Tratamiento Químico.
• Cizallar la muestra 10 seg., luego dejarla en reposo por 10 seg.• Hacer girar el rotor lentamente en dirección opuesta a las manecillas del reloj para producir una
lectura positiva de Gel lb/100 plg2.
La Resistencia al Gel se obtiene a partir del viscosímetro de lodo, de la siguiente forma:
Tiempo (Min)
Esf
uer
zo d
e G
el
(lb
s/10
0 p
lg2 )
PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION
FLUIDOS NEWTONIANOS
Son aquellos líquidos cuya Viscosidad es constante a cualquier temperatura y
presiòn dadas, Ejemplo agua, Aceite de Motor, Glicerina
DEFINICIONES BASICAS
Velocidad de Corte
Esf
uer
zo d
e C
ort
e
m
Velocidad de Corte
Vis
cosi
dad
m
PERFIL DE FLUJO
Fuerza Opuesta (Esfuerzo de Corte)
Fuerzade Flujo
V1
V2
d )( Corte de Velocidad
)( Corte de Esfuerzo
(cP)
R E LA C I O N E S
REOLOGIA
d
V -V )( Corte de Velocidad
1 2 (Seg-1),
V2 Velocidad de la capa 1 en pies/seg
V1 Velocidad de la capa 2 en pies/seg
d Distancia entre 1 y 2 en pies
PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION
FLUIDOS NO NEWTONIANOS
Son aquellos líquidos cuya viscosidad no es constante a la presiòn y temperatura
de que se trata, sino que depende del flujo como factor adicional, Ejemplo los
lodos de perforación.
DEFINICIONES BASICAS
Velocidad de Corte
Vis
cosi
dad
La viscosidad no es constante, a medida que
la velocidad de corte se incrementa disminuye
la viscosidad
REOLOGIA
Velocidad de Corte
Esf
uer
zo d
e C
ort
e
Para que el fluido comience a fluir se debe
vencer cierto grado de residencia interna
DEFINICIONES BASICAS
REOLOGIA
VISCOSIDAD
Propiedad de un fluido que tiende a oponerse al flujo cuando se le aplica una
fuerza, entre mas alta sea la viscosidad de un fluido mayor resistencia interna al
flujo opondrá.
BAJA VISCOSIDAD ALTA VISCOSIDAD
PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION
VISCOSIDAD EFECTIVA
REOLOGIA
La viscosidad Efectiva se refiere la viscosidad de un fluido no Newtoniano bajo
ciertas condiciones de Velocidad de Corte, Presiòn y Temperatura.
V1
V2
V4
V5
V3
Velocidad de Corte
Esf
uer
zo d
e C
ort
e
Vis
cosi
dad
Efe
ctiv
a
PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION
Excesivos esfuerzos gelatinizantes originan problemas de:
1. Entrampamiento de aire ò gas en el fluido.
2. Presiones excesivas de bombeo cuando se reanuda la circulación
3. Reducción de la eficiencia del equipo de remoción de sólidos.
4. Excesivos esfuerzos de fricción mecánica al sacar la tubería del pozo
5. Incapacidad para bajar herramientas de perfilaje
RESISTENCIA AL GEL
REOLOGIA
T I E M P O
P R
E S
I O
N
D E
B
O M
B E
O
Presión de Circulación Normal
CirculaciónSuspendida
CirculaciónReanudada
Tiempo de ReposoVelocidad de flujo Tiempo de Agitación
Fue
rza
Gel
Vis
cosi
dad
apar
ente
Vis
cosi
dad
Relaciones de Fuerza y Velocidad en Flujo de Líquidos
PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION
BINGHANBINGHAN
REPRODUCE EL COMPORTAMIENTO DE UN LODO BASE AGUA DE ARCILLA FLOCULADA DE REPRODUCE EL COMPORTAMIENTO DE UN LODO BASE AGUA DE ARCILLA FLOCULADA DE
BAJA DENSIDAD (PLASTICO) EL CUAL REQUIERE UNA FUERZA FINITA PARA INICIAR EL FLUJO.BAJA DENSIDAD (PLASTICO) EL CUAL REQUIERE UNA FUERZA FINITA PARA INICIAR EL FLUJO.
MODELO REOLOGICO
Es una descripción matemática de la relación entre el Esfuerzo de corte y la Velocidad de corte
*p 0
DEFICIENCIAS
1. Presenta limitaciones a bajas velocidades de corte.
2. Los cálculos hidráulicos han dado resultados diferentes con respecto a las condiciones reales.
3. Las velocidades de corte en el espacio anular están por debajo de 60 RPM
Esf
uer
zo d
e C
ort
e
Velocidad de Corte γNEWTONIANO
Punto Cedente de Binghan
Punto Cedente Verdadero
0
µp
γ
Esfuerzo de Corte (lbs/100 pie2)
Punto Cedente de Binghan (lbs/100 pie2)
Viscosidad Plástica (cP)
Velocidad de corte (seg-1)
Esf
ue
rzo
de
Co
rte
(Ө
) In
dic
ac
ion
es
de
l V
isc
os
íme
tro
Velocidad Rotacional (ω) rpm
300 600
Ө300
Ө600
300 * p PC
PC
p 300 - PC
µp = m
300 600 p -
ω = Velocidad Rotacional en rpm
Θ = Indicación del cuadrante del Viscosímetro de lodo
* 1,678
ω * 1,703 γ Seg-1
Lbs/100 pie2
DESCRIBE UN FLUIDO EN EL CUAL EL ESFUERZO DE CORTE AUMENTA SEGÙN LA VELOCIDAD DESCRIBE UN FLUIDO EN EL CUAL EL ESFUERZO DE CORTE AUMENTA SEGÙN LA VELOCIDAD
DE CORTE ELEVADA MATEMÀTICAMENTE A UNA POTENCIA DETERMINADA.DE CORTE ELEVADA MATEMÀTICAMENTE A UNA POTENCIA DETERMINADA.
MODELO REOLOGICO
LEY EXPONENCIALLEY EXPONENCIALE
sfu
erzo
de
Co
rte
Velocidad de Corte γ
Ley Exponencial en papel de coordenadas Rectangulares
Esf
ue
rzo
de
Co
rte
Velocidad de Corte
m = n
K
Ley Exponencial en papel doble Logarítmico
γ
K
γEsfuerzo de Corte
Velocidad de Corte
Es el factor de consistencia del flujo Laminar, es similar a la Viscosidad Plástica, dado
que un aumento de K indica un aumento en la concentración de sólidos ò disminución
del tamaño de las partículas (Dina Segn / cm2)
n Índice de Ley Exponencial, Para fluido Newtoniano n = 1, para fluidos de peroración n < 1
Θ300= Indicación del viscosímetro de lodo a una
velocidad de corte de 300
Θ600= Indicación del viscosímetro de lodo a una velocidad de corte de 600.
ω300= Velocidad de corte en RPM del Viscosímetro de lodo
ω600= Velocidad de corte en RPM del Viscosímetro de lodo
300
600
300
600
ωωlog
ΘΘlog
nn
300
300
ωΘk No toma en
cuenta el esfuerzo de cedencia
n k *
SIMILAR A LA LEY EXPONENCIAL, EXCEPTO QUE TIENE EN CUENTA UNA TENSIÒN DE CEDENCIA SIMILAR A LA LEY EXPONENCIAL, EXCEPTO QUE TIENE EN CUENTA UNA TENSIÒN DE CEDENCIA
POSITIVAPOSITIVA
MODELO REOLOGICO
LEY EXPONENCIAL MODIFICADALEY EXPONENCIAL MODIFICADA
Esf
uer
zo d
e C
ort
e
Velocidad de Corte γ
Ley Exponencial Modificada en papel de coordenadas Rectangulares
E
sfu
erzo
de
Co
rte
Velocidad de Corte γ
Ley Exponencial Modificada en papel doble Logarítmico
Θ0 = Esfuerzo del Gel nulo ò indicación a 3 RPM.
Θ300= Indicación del viscosímetro de lodo a una velocidad de corte de 300.
Θ600= Indicación del viscosímetro de lodo a una velocidad de corte de 600.
ω300= Velocidad de corte en RPM del Viscosímetro de lodo
ω600= Velocidad de corte en RPM del Viscosímetro de lodo
300
600
0300
0600
log
log
n300
0 300 - K n
n γk *0
Tensión de Cedencia0
Esfuerzo de Corte
γ Velocidad de Corte
Es el factor de consistencia del flujo Laminar, es similar a la Viscosidad Plástica, dado que
un aumento de K indica un aumento en la concentración de sólidos ò disminución del
tamaño de las partículas (Dina Segn / cm2)
n: Índice de Ley Exponencial, Para fluido Newtoniano n = 1, para fluidos de peroración n < 1
K:
toma en cuenta el esfuerzo de cedencia
HIDRÀULICA DE LA PERFORACIÒN ROTATORIA
ECUACIÒN HIDRAULICA GENERALIZADA
n γk *0
: Esfuerzo de Corte en lbs/100 pies2
0 : Parámetro determinado por la elección del Modelo lb/100 pies2
k : Factor de Consistencia lb/100 pies2- rpmn
: Velocidad de Corte en Seg-1
n : Índice de comportamiento de flujo
γ
Modelo Plástico de Binghan
0 = PC (Punto Cedente de Binghan)
300γ
PC * p
Modelo Ley Exponencial
0 = 0n
γ*k
CRITERIO DE SELECCION
La ley Exponencial modificada es una adecuada
elección para cualquier lodo.
Para Elegir entre el modelo de Binghan y Ley
Exponencial, una medición de la tensión de Cedencia a
3 rpm es una alternativa. Si está mas cerca de cero
tomar el modelo de Ley Exponencial.
Modelo Ley Exponencial Modificada
0 = Tensión de Cedencia a 3 rpm
n γ*k 0
HIDRÀULICA DE LA PERFORACIÒN ROTATORIA
CONJUNTO DE ECUACIONES REOLÒGICAS RECOMENDADAS
POR API PARA EL CALCULO DE “n” Y “K”
p
600p
n * k
1022
5,11
p
p
pp
p ep
n
4
13n1)- n(
1,6100
n *
DV * * k * μ
3
100a log * n 0,657
a
3 a n
* K5,11
5,11
a
a
aa
12a ea
n
n1 n*
- n
- V * * k * μ
3
21
DD
2,4100
Tuberías Anulares
Ecuaciones de Ley exponencial
300
600p log3,32 * n
APLICACIONES DEL ESTUDIO DE LA REOLOGÍA
Control de calidad de los alimentos: este control se realiza en la propia línea de producción. Es determinante para la aceptación de productos como patatas fritas, cereales, quesos, aperitivos, yogures, dulces, chocolates, cremas, etc.
Estudio de la textura y consistencia de productos alimenticios: dichas propiedades son muy importantes a la hora de que un producto sea del agrado del consumidor.
Producción de pegamentos: el estudio de su plasticidad, de la forma de fluir dentro del recipiente que lo contiene, etc.
Producción de pinturas: una pintura debe ser esparcida de forma fácil pero sin que escurra.
Producción de productos cosméticos y de higiene corporal: la duración de una
laca sobre el pelo, la distribución de la pasta de dientes por toda la boca, la forma de cómo se esparce una crema, etc. Todas estas características se estudian con la reología para obtener la mayor eficacia del producto.
APLICACIONES DEL ESTUDIO DE LA REOLOGÍA
Producción de medicamentos: se estudia su estabilidad química, su tiempo de caducidad y su facilidad de extrusión, entre otras.
Caracterización de elastómeros y de polímeros.
Estabilidad de emulsiones y suspensiones.
Caracterización de gasolinas y otros tipos de hidrocarburos.
Caracterización de metales (en situaciones de elevada temperatura), y de cristales líquidos.
Control de sustancias que sean transportadas a lo largo de un recipiente cilíndrico (para evitar la reopexia).
Estudio del magma en vulcanología: cuanto más fluido sea el magma más tendencia va a tener el volcán a que provoque una erupción.
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