Ecuaciones Utilizadas En Los Fluidos De Perforación
Páginas: 22 (5397 palabras)
Publicado: 3 de noviembre de 2012
ANEXO A2. Conceptos y desarrollo de las ecuaciones utilizadas:
El conocimiento de las propiedades físicas de los fluidos de perforación son esenciales para una operación exitosa, la densidad y las propiedades reológicas y tixotropicas deben ser monitoreadas antes y durante la perforación. Estas contribuyen a varios aspectos esenciales como son:
• Control de presiones
• Estabilidaddel agujero
• Trasmitir energía hidráulica a la barrena
• Extracción de recortes
En el siguiente anexo se describirán los modelos matemáticos, así como los conceptos utilizados para el para la predicción del comportamiento del fluido desarrollado en el laboratorio.
A2.1 Reología
Reología es la ciencia que trata de la deformación y del flujo de la materia. Al tomar ciertasmedidas en un fluido, es posible determinar la manera en que dicho fluido se comportara bajo diversas condiciones, incluyendo la temperatura, la presión y la velocidad de corte.
A2.1.1 Viscosidad
La viscosidad se puede definir como la resistencia que opone una sustancia al flujo, este concepto físicamente se puede llevar a una ecuación mediante la analogía de la ley de viscosidad de newton.Se tiene un sistema que consta de 2 placas paralelas divididas por un fluido como se muestra en la figura A2.1.1
Figura A2.1.1: Experimento de Newton
A la placa superior se le aplica una fuerza F, esta acción da como resultado que la placa se mueva con una velocidad V, por lo tanto la fuerza es directamente proporcional a la fuerza:
[pic]
Mientras mas grande es laplaca mas fuerza necesita para alcanzar la velocidad v, por lo que el área también es directamente proporcional a la fuerza:
[pic]
Por otro lado, si se tiene una mayor cantidad de fluido entre las placas menos fuerza se requiere, por lo tanto la distancia es inversamente proporcional.
[pic]
A todo esto se le agrega una constante de proporcionalidad a la cual se le representa con elsímbolo [pic], mientras mas viscoso es el fluido mas fuerza se necesita para mover la placa, la ecuación queda de la siguiente forma:
[pic]
Haciendo un análisis dimensional la viscosidad queda con las siguientes dimensiones:
[pic]
Donde:
M= masa
L= Longitud
t= Tiempo
En el campo petrolífero, se usan los siguientes términos para describir la viscosidad y las propiedadesreológicas del fluido de perforación:
1. Viscosidad embudo (seg/qt o seg/l).
2. Viscosidad aparente (cP o mPa•seg).
3. Viscosidad efectiva (cP o mPa•seg).
4. Viscosidad plástica (cP o mPa•seg).
5. Punto cedente (lb/100 pies2 o Pa).
6. Viscosidad a baja velocidad de corte y Viscosidad a Muy Baja Velocidad de Corte (LSRV) (cP o mPa•sec).
7. Esfuerzos de gel (lb/100 pies2 o Pa).A2.1.1.1 Viscosidad embudo
Es la viscosidad que se mide a partir de la prueba del embudo Marsh, consiste en medir el tiempo que tarda en pasar un volumen determinado por este, como esta medida es usada principalmente en campo para detectar cambios en el fluido de perforación, no se abordara mas a detalle en esta tesis, debido a que esta prueba no arooja resultados cuantitativos.A2.1.1.2 Viscosidad efectiva
La viscosidad efectiva (μe) de un fluido es la viscosidad de un fluido bajo condiciones específicas. Estas condiciones incluyen la velocidad de corte, la presión y la temperatura, derivado de lo anterior se tiene que calcular la viscosidad efectiva para el espacio anular y la tubería de peroración debido a las variaciones de velocidad de corte provocadas por elcambio de geometría del área de flujo.
Las formulas para calcular la viscosidad para la tubería de perforación y el espacio anular son las siguientes:
• Tuberia de perforación
[pic]
• Espacio anular
[pic]
En las ecuaciones anteriores observamos que se introdujeron los términos de n y k, estos términos serán abordados con más detalle en los incisos A2.1.5.2.1 y A2.1.5.2.2...
El conocimiento de las propiedades físicas de los fluidos de perforación son esenciales para una operación exitosa, la densidad y las propiedades reológicas y tixotropicas deben ser monitoreadas antes y durante la perforación. Estas contribuyen a varios aspectos esenciales como son:
• Control de presiones
• Estabilidaddel agujero
• Trasmitir energía hidráulica a la barrena
• Extracción de recortes
En el siguiente anexo se describirán los modelos matemáticos, así como los conceptos utilizados para el para la predicción del comportamiento del fluido desarrollado en el laboratorio.
A2.1 Reología
Reología es la ciencia que trata de la deformación y del flujo de la materia. Al tomar ciertasmedidas en un fluido, es posible determinar la manera en que dicho fluido se comportara bajo diversas condiciones, incluyendo la temperatura, la presión y la velocidad de corte.
A2.1.1 Viscosidad
La viscosidad se puede definir como la resistencia que opone una sustancia al flujo, este concepto físicamente se puede llevar a una ecuación mediante la analogía de la ley de viscosidad de newton.Se tiene un sistema que consta de 2 placas paralelas divididas por un fluido como se muestra en la figura A2.1.1
Figura A2.1.1: Experimento de Newton
A la placa superior se le aplica una fuerza F, esta acción da como resultado que la placa se mueva con una velocidad V, por lo tanto la fuerza es directamente proporcional a la fuerza:
[pic]
Mientras mas grande es laplaca mas fuerza necesita para alcanzar la velocidad v, por lo que el área también es directamente proporcional a la fuerza:
[pic]
Por otro lado, si se tiene una mayor cantidad de fluido entre las placas menos fuerza se requiere, por lo tanto la distancia es inversamente proporcional.
[pic]
A todo esto se le agrega una constante de proporcionalidad a la cual se le representa con elsímbolo [pic], mientras mas viscoso es el fluido mas fuerza se necesita para mover la placa, la ecuación queda de la siguiente forma:
[pic]
Haciendo un análisis dimensional la viscosidad queda con las siguientes dimensiones:
[pic]
Donde:
M= masa
L= Longitud
t= Tiempo
En el campo petrolífero, se usan los siguientes términos para describir la viscosidad y las propiedadesreológicas del fluido de perforación:
1. Viscosidad embudo (seg/qt o seg/l).
2. Viscosidad aparente (cP o mPa•seg).
3. Viscosidad efectiva (cP o mPa•seg).
4. Viscosidad plástica (cP o mPa•seg).
5. Punto cedente (lb/100 pies2 o Pa).
6. Viscosidad a baja velocidad de corte y Viscosidad a Muy Baja Velocidad de Corte (LSRV) (cP o mPa•sec).
7. Esfuerzos de gel (lb/100 pies2 o Pa).A2.1.1.1 Viscosidad embudo
Es la viscosidad que se mide a partir de la prueba del embudo Marsh, consiste en medir el tiempo que tarda en pasar un volumen determinado por este, como esta medida es usada principalmente en campo para detectar cambios en el fluido de perforación, no se abordara mas a detalle en esta tesis, debido a que esta prueba no arooja resultados cuantitativos.A2.1.1.2 Viscosidad efectiva
La viscosidad efectiva (μe) de un fluido es la viscosidad de un fluido bajo condiciones específicas. Estas condiciones incluyen la velocidad de corte, la presión y la temperatura, derivado de lo anterior se tiene que calcular la viscosidad efectiva para el espacio anular y la tubería de peroración debido a las variaciones de velocidad de corte provocadas por elcambio de geometría del área de flujo.
Las formulas para calcular la viscosidad para la tubería de perforación y el espacio anular son las siguientes:
• Tuberia de perforación
[pic]
• Espacio anular
[pic]
En las ecuaciones anteriores observamos que se introdujeron los términos de n y k, estos términos serán abordados con más detalle en los incisos A2.1.5.2.1 y A2.1.5.2.2...
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