Reología

REOLOGÍA

Es el estudio de los principios físicos que regulan el movimiento y la deformación de la materia cuando es sometida a esfuerzos externos, esto es, estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación en materiales que son capaces de fluir; definiendo como flujo la deformación continua generada por la aplicación de una fuerza tangencial.

Las propiedades que dependen de estarelación se denominan parámetros reológicos y la forma como se relacionen se llama modelo reológico.

PARÁMETROS REOLÓGICOS

Para la definición de los parámetros reológicos se tiene en cuenta el flujo laminar, en el cual se entiende el fluido como varias capas que se deslizan una sobre otra.
Esfuerzo de Corte (i ): Resistencia del fluido al movimiento deslizante de sus capas cuando se aplicauna fuerza en forma tangencial a su superficie laminar. Tiene unidades de fuerza sobre área.

Tasa de Corte (i): Diferencia entre las velocidades de dos capas divida la distancia que las separa. Tiene unidades de velocidad sobre longitud.

Viscosidad ( ): Resistencia que opone un fluido a ser deformado. En términos matemáticos es la relación de proporcionalidad entre el esfuerzo de corte yla tasa de corte.

En la Figura 1 se aprecian los tipos de viscosidad a tratar en este trabajo.

MODELOS REOLÓGICOS

Los modelos reológicos son una relación matemática que nos permite caracterizar la naturaleza reológica de un fluido, estudiando la deformación dada a una tasa de corte específica.
La reología permite analizar la hidráulica en la perforación rotatoria. Para ello, seutilizan normalmente los modelos “Plástico de Bingham” y “Ley de Potencia”, por lo simple de las ecuaciones de flujo y la facilidad con la que se estiman los parámetros involucrados.
Sin embargo, algunos autores consideran que estos modelos no siempre tienen la capacidad de caracterizar el fluido en un rango amplio de tasas de corte y extienden el análisis a otros modelos reológicos. En esteestudio se seleccionan tres adicionales a los tradicionalmente usados, para analizar el comportamiento de los lodos en rangos de trabajo más amplios, ellos son: Ley de Potencia Modificada (Herschel-Bulkley), modelo de Robertson-Stiff y Ecuación de Casson. Los modelos se definen sin tener en cuenta el efecto de la rotación ni la variación de la temperatura con la profundidad. A continuación sedescribe cada uno de ellos.

MODELO PLÁSTICO DE BINGHAM

Es un modelo de dos parámetros muy usado en la industria. La ecuación que lo define es:

Un fluido Plástico de Bingham no comienza a fluir hasta que el esfuerzo de corte aplicado exceda el valor mínimo y A partir de este punto el cambio en el esfuerzo de corte es proporcional a la tasa de corte y la constante de proporcionalidad es laviscosidad plástica (p).

LEY DE POTENCIA

Es un modelo de dos parámetros para el cual la viscosidad absoluta disminuye a medida que la tasa de corte aumenta. La relación entre la tasa de corte y el esfuerzo de corte está dada por la siguiente ecuación:

No existe un término para el punto de cedencia por tanto bajo este modelo los fluidos comienzan a fluir a una tasa de corte cero.

MODELODE CASSON

Este modelo da una buena descripción de las características reológicas de los fluidos de perforación. A altas temperaturas y bajas presiones la aproximación se hace más pobre. La relación que los caracteriza es:

MODELO DE HERSCHEL–BULKLEY

Es el resultado de la combinación de aspectos teóricos y prácticos de los modelos Plástico de Bingham y Ley de Potencia. La siguienteecuación describe el comportamiento de un fluido regido por este modelo:

En este modelo los parámetros “n” y “k” se definen igual que en Ley de Potencia. Como casos especiales se tienen que el modelo se convierte en Plástico de Bingham cuando n = 1 y en Ley de Potencia cuando y = 0.

MODELO DE ROBERTSON–STIFF

Fue presentado en 1979 como un modelo hibrido de los modelos Ley de Potencia y...