Fluidos

1) Flujo Multifásico en Tuberías

El estudio del flujo multifásico en tuberías permite estimar la presión requerida en el fondo del pozo para transportar un determinado caudal de producción hasta la estación de flujo en la superficie. El objetivo del presente del capítulo es determinar, mediante correlaciones de flujo multifásico en tuberías (FMT), la habilidad que tiene un pozo para extraerfluidos del yacimiento.

Flujo de fluidos en el pozo y en la línea de flujo

Durante el transporte de los fluidos desde el fondo del pozo hasta el separador en la estación de flujo existen pérdidas de energía tanto en el pozo como en la línea de flujo en la superficie. Las fuentes de pérdidas de energía provienen de los efectos gravitacionales, fricción y cambios de energía cinética.

2)Algoritmo para calcular las pérdidas de presión del fluido.
1. Determinar un perfil de temperaturas dinámicas tanto en la línea como en el pozo. (Ecuación de Ramey en el pozo, por ejemplo)
2. Dividir tanto la línea de flujo como la tubería de producción en secciones de 200 a 500 pies de longitud.
3. Considerar el primer tramo y asignar P1= Psep y asumir un valor de P2
4. CalcularP y T promedio para el tramo y determinar las propiedades de los fluidos: petróleo, agua y gas.
5. Calcular el gradiente de presión dinámica (P/Z) utilizando la correlación de FMT mas apropiada.
6. Calcular: P = Z.[P/Z] y P2c = P1 + P; luego compararlo con P2a, si satisface una tolerancia pre-establecida se repite el procedimiento para el resto de los intervalos hasta elfondo, de lo contrario se repiten los cálculos en el mismo intervalo tomando como asumido el último valor de P2 calculado

3) Cálculo de la presión requerida en el cabezal: Una vez conocida para una determinada tasa de producción las pérdidas de energía en la línea de flujo, Pl, se puede obtener la presión requerida en el cabezal, Pwh, de la siguiente manera:
Pwh = Psep + Pl
Cálculo de lapresión requerida en el fondo del pozo: Similarmente, una vez conocida para una determinada tasa de producción las pérdidas de energía en el pozo, Pp, se puede obtener la presión requerida en el fondo, Pwf, de la siguiente manera:
Ecuación general del gradiente de presión dinámica: El punto de partida de las diferentes correlaciones de FMT es la ecuación general del gradiente de presión la cualpuede escribirse de la siguiente manera (ver deducción en el anexo A):

Es indispensable el uso de un simulador de flujo multifásico en tuberías en el computador ya que el cálculo es iterativo en presión y en algunos casos más rigurosos iterativos en temperatura y presión.

4) Correlaciones de flujo multifásico más utilizadas en tuberías
Entre las correlaciones para flujo multifásico quecubren amplio rango de tasa de producción y todos los tamaños típicos de tuberías se encuentran, para flujo horizontal: Beegs & Brill, Duckler y colaboradores, Eaton y colaboradores, etc. y para flujo vertical: Hagedorn & Brown, Duns & Ros, Orkiszewski, Beggs & Brill, Ansari, etc.

Consideraciones teóricas del flujo monofásico y multifásico en tuberías
Cálculo del Factor deFricción: El cálculo del gradiente de presión por fricción requiere determinar el valor del factor de fricción, fm. El procedimiento requiere evaluar si el flujo es laminar o turbulento. Para ello es necesario calcular el número de Reynolds.

Factor de fricción en Flujo Laminar: Para determinar el factor de fricción en flujo laminar, se utiliza una expresión analítica derivada igualando elgradiente de presión de Poiseuille con el término del gradiente de fricción (ecuación de Darcy Weisbach).

Factor de fricción en Flujo Turbulento.
Tuberías lisas: Numerosas ecuaciones empíricas han sido propuestas para predecir el factor de fricción bajo condiciones de flujo turbulento. En el caso de tuberías lisas las ecuaciones más utilizadas en sus rangos de aplicabilidad son:...