fluidos de perforaciÓn
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Universidad del Zulia
Mayo de 2009
Tema 2: Fluidos de
Perforación
Perforación I
Tema 2: Fluidos de Perforación
Tópicos:
– Definición. Funciones. Propiedades físicas. Clasificación de
los fluidos de perforación. Componentes del fluido.
Determinación de las propiedades de un fluido de
perforación. Ciclo del fluido de perforación. Variación de la
densidad de un fluido. Equipos de control de sólidos.
Bombas para fluidos de perforación.
DEFINICIÓN:
El API define un fluido de
perforación (F.P.) como un
fluido de circulación
utilizado en perforación
rotatoria para realizar
cualquiera o todas las
funciones requeridas en
una operación de
perforación.
Fluidos de Perforación
OTRA DEFINICIÓN:
Es un fluido de características físico-químicasapropiadas. Puede ser aire, gas, agua, petróleo ycombinaciones de agua y aceite, con diferentecontenido de sólidos. No debe ser tóxico,corrosivo, ni inflamable, pero sí inerte acontaminaciones de sales solubles o minerales yestable a cambios de temperaturas. Debe mantenersus propiedades según las exigencias de lasoperaciones y ser inmune al desarrollo debacterias.
Fluidos de Perforación
Fluidos de Perforación
FUNCIONES
1. Remover los sólidos del
fondo del hoyo y
transportarlos hasta la
superficie.
• Densidad y viscosidad
• Velocidad de circulación
Fluidos de Perforación FUNCIONES
2. Enfriar y lubricar mecha y sarta de perforación.
• Fricción con formaciones
• Gasoil y químicos (lubricantes)
Fluidos de Perforación
FUNCIONES
3. Cubrir las paredes del hoyo con un revoque liso,
delgado, flexible e impermeable.
• Concentración y dispersión de sólidos arcillosos
comerciales.
Fluidos de Perforación
FUNCIONES
4. Controlar las presiones de las
formaciones.
• Uso de densificantes (barita,
hematita, siderita, magnetita, etc).
• Ph = 0.052 x (lbs/gal) x D (pie)
• Ph = 0.00695 x (lbs/pie3) x D(pie)
re
rw
Ph > Py
Fluidos de Perforación
FUNCIONES (Cont.)
5. Suspender sólidos y material densificante, cuando es detenida temporalmente la circulación.
• Tixotropía.
• Resistencia de Gel evita precipitación del material densificante.
Fluidos de Perforación
FUNCIONES (Cont.)
6. Soportar, por flotación, parte del peso de sarta de perforación y tubería de revestimiento, durante su inserción en el hoyo.
• Wsarta = Wtp + W lb
• Wsarta lodo = W sarta aire x Factor de Flotación
• Ff = 1-(0.015 x (lb/gal)
• Ff = 1-(0.002 x (lb/pie3)
Fluidos de Perforación
FUNCIONES (Cont.)
7. Mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo, evitando derrumbes.
• Estabilidad en paredes del hoyo.
• Minimizar daño.
K
o
rdKdK
re
rw
h
Ph > Py
Kd < K
FUNCIONES (Cont.)
8. Facilitar la máxima obtención de información sobre las formaciones perforadas.
• Información geológica.
• Registros eléctricos.
• Toma de núcleos.
Fluidos de Perforación
UNIDAD COMPACTA DE PERFILAJE
Fluidos de Perforación
FUNCIONES (Cont.)
9. Transmitir potencia hidráulica a la mecha.
• Lodo es el medio de transmisión de potencia.
• Diseño de programa hidráulico.
Hoyo Abierto
Revestimiento
Revestimiento
Salida del fluido
Unión Giratoria
Vertical
Kelly
Porta Mecha
FUNCIONES (Cont.)
10. Facilitar la separación de arena y demás sólidos en la
superficie.
Fluidos de Perforación
Fluidos de Perforación
REQUISITOS MÍNIMOS
1. Extraer del hoyo los pedazos de formación que
la barrena va cortando.
2. Proteger las paredes del pozo para que no se
derrumben.
3. Mantener ocluidos a los fluidos de las
formaciones atravesadas.
PARA ESTO, SE DEBE TENER CONTROL
SOBRE LAS PROPIEDADES FISICAS
En guía
Propiedades Físicas
DENSIDAD
1. Debe ser tal que la presión hidrostática originada
en cualquier punto del hoyo, sea mayor que la
presión de la formación en el mismo punto.
2. Puede variar de acuerdo a las necesidades del
pozo.
3. En perforación, generalmente se expresa en
lbs/gal.
En guía
Propiedades Físicas
DENSIDAD (cont.)
Se puede determinar utilizando una balanza de
lodo.
En guía
Propiedades Físicas
VISCOSIDAD
1. Debe ser tal que el F.P. sea capaz, a
una mínima velocidad de ascenso,
de arrastrar los cortes de la barrena
hacia la superficie.
2. No muy alta, ya que disminuiría la
tasa de penetración y requeriría
grandes niveles de energía.
3. No muy baja, porque se necesitaría
una gran velocidad de ascenso de
fluido para arrastrar los cortes.
En guía
Propiedades Físicas
VISCOSIDAD (cont.)
Se puede determinar con un
embudo Marsh, o con un
viscosímetro.
En guía
Propiedades Físicas
FILTRACIÓN
1. Sobre balance promedio de 200 a 400 lpc.
2. Esto produce una invasión del fluido del pozo
hacia la formación, conocido como filtración.
3. En el laboratorio se utiliza el Filtroprensa para
determinar la filtración que produce el lodo bajo
ciertas condiciones.
En guía
Propiedades Físicas
FILTRACIÓN (cont.)
En guía
Propiedades Físicas
REVOQUE
1. Siendo el lodo una suspensión coloidal, la filtración del
pozo hacia la formación producirá en las paredes del
hoyo acumulación de los sólidos arcillosos y formarán
una costra que quedará adherida a la formación.
2. Debe ser impermeable, resistente flexible y delgado.
En guía
Clasificación de los F.P.
Una amplia clasificación de fluidos de
perforación se observa a continuación:
Líquidos
Base agua Gas naturalBase aceite Aire
Mezclas gas-líquido
Espuma Agua aireada
Gases
Clasificación de los F.P. (cont.)
Los principales factores que determinan la selección de
fluidos de perforación son:
1. Tipos de formaciones a ser perforadas.
2. Rango de temperaturas, esfuerzos, permeabilidad y
presiones exhibidas por las formaciones.
3. Procedimiento de evaluación de formaciones usado.
4. Calidad de agua disponible.
5. Consideraciones ecológicas y ambientales.
Sin embargo, muchas veces impera el ensayo y error
Clasificación de los F.P. (cont.)
Los lodos base agua son los más comúnmente
usados. Los lodos base aceite son generalmente
más costosos y requieren más procedimientos
de control de contaminación que los base agua.
Su uso normalmente se limita a perforación de
formaciones de muy altas temperaturas, o
formaciones adversamente afectadas por lodos
base agua.
1. Consisten en una mezcla de sólidos, líquidos y
químicos, con agua siendo la fase continua.
2. Algunos de los sólidos reaccionan con la fase
agua y químicos disueltos, por lo tanto son
llamados „sólidos reactivos‟. La mayoría son
arcillas hidratables.
3. Los químicos agregados al lodo restringen la
actividad de estos, permitiendo que ciertas
propiedades del F.P. se mantengan dentro de
límites deseados.
Lodos base agua - Comentarios
4. Los otros sólidos en un lodo no
reaccionan con el agua y químicos
de manera significativa, siendo
llamados „sólidos inertes‟.
5. Cualquier aceite que se agregue a un
lodo base agua es emulsificado
dentro de la fase agua,
manteniéndose como pequeñas y
discontinuas gotas (emulsión aceite
en agua).
Lodos base agua – Comentarios
1. Son similares en composición a los lodos base
agua, excepto que la fase continua es aceite en
lugar de agua, y gotas de agua están
emulsificadas en la fase aceite.
2. Otra diferencia importante es que todos los
sólidos son considerados inertes, debido a que
no reaccionan con el aceite.
Lodos base aceite - Comentarios
Un F.P. base agua se compone de varias fases, cada
una con propiedades particulares y todas en
conjunto trabajan para mantener las propiedades
del fluido en óptimas condiciones. Estas fases son:
Componentes de un F.P.
1. Fase Líquida.
2. Fase Sólida Reactiva.
3. Fase Sólida Inerte.
4. Fase Química.
En guía
Componentes de un F.P.
FASE LÍQUIDA
1. Es la fase continua o elemento que mantendrá en
suspensión los diferentes aditivos o
componentes de las otras fases.
2. Generalmente, agua dulce, agua salada, aceites.
En guía
Componentes de un F.P.
FASE SÓLIDA REACTIVA
1. Constituida por la arcilla, elemento que le dará
cuerpo y gelatinosidad al fluido. En agua dulce,
es la bentonita y su principal mineral es la
montmorillonita. En agua salada, atapulguita.
2. La arcilla tiene una gravedad específica de 2.5 y
su calidad se mide por el Rendimiento de la
misma.
En guía
Componentes de un F.P.
FASE SÓLIDA REACTIVA (bentonita)
En guía
Componentes de un F.P.
FASE SÓLIDA INERTE
1. Es el elemento más pesado en el fluido. Se usa
para aumentar la densidad del mismo,
comúnmente es barita, cuya gravedad específica
es 4.3. También están la hematita, galena, etc.
2. Existen otros sólidos inertes no deseables, los
cuales son producto de la perforación. Su
gravedad específica no es alta: arena, caliza,
dolomita.
En guía
Componentes de un F.P.
FASE QUÍMICA
1. Grupo de aditivos que se encargan de mantener
el fluido dentro de parámetros deseados.
2. Dispersantes, emulsificantes, reductores de
viscosidad, controladores de filtrado,
neutralizadores de pH, etc.
En guía
En guía
Determinación de la densidad final
de un F.P. Para esto, se deben hacer las siguientes
consideraciones:
1. Peso final igual a la suma del peso de sus
componentes.
2. Volumen final igual a la suma de volúmenes de sus
componentes.
La densidad final será la relación entre el peso final y el
volumen final, por ejemplo:
En guía
Determinación de la densidad
final de un F.P.
f
f
V
Wabowf WWWWW
abowf VVVVV
Donde r es la densidad final, y:
Wf: Peso final del fluido. Ww: Peso del agua
Vf: Volumen final. Wo: Peso del petróleo
Wb: Peso de la barita Wa: Peso de arcilla
El peso de cualquier componente del fluido será:
)('..350. lbsVGVW
Donde G‟ es la gravedad específica y V el volumen
en bls.
En guía
…densidad final de un F.P.
Ejemplo # l0: Determine el peso de 300 barriles de
una emulsión agua-petróleo si G‟w=1.0 y la
gravedad API del petróleo es 32. La emulsión tiene
15% de petróleo.
En guía
Solución: El peso final es igual a la suma del peso
del agua y el peso del petróleo:
…densidad final de un F.P.
owf WWW
ow VVbls300 blsblsxVw 25530085.0
blsblsxVo 4530015.0xVxGW '350
blsblsxbl
lbsW f 45
325.131
5.1412550.1350
lbsW f 880.102
En guía
Ejemplo # l4: Determine la densidad final de un F.P.
compuesto por 1700 bls de agua, 400 sacos de arcilla,
100 sacos de barita y 80 barriles de petróleo de 30º API.
Solución:
…densidad final de un F.P.
obawfobawf
f
f
f VVVVVWWWWWV
W;;
lbsblsblxlbsWw 5950001700/350
lbsblsxblxlbsWo 2453280305.131
5.141/350
lbssacolbsxsaWa 40000/100cos400
lbssacolbsxsaWb 10000/100cos100
En guía
Ejemplo # l4 (cont.):
…densidad final de un F.P.
blsVblsVlbsW owf 80;1700;669532
blsblxlbs
lbsWV
a
aa 46
5.2/350
40000
blsblxlbs
lbsWV
b
bb 7
3.4/350
10000
Finalmente, la densidad final es:
blsV f 1833
gallbsblgalblsx
lbs
V
W
f
f
f /7.8/421833
669532
Volumen de Fluido en Circulación
TPHLBHLBTPCSTSCF VVVVVVV ..
Para calcular este vol. es necesario conocer todos los
componentes a través de los cuales el F.P. pasa. El vol. de
circulación es igual al vol. del tanque de succión, más el
vol. de todo el sistema de circulación:
En guía
El tanque de succión generalmente tiene forma
rectangular y sus medidas están en pie. El vol. será:
)(,321178.0)( pieLxLxLLblsV
Volumen de Fluido en Circulación
Una vista esquemática del ciclo del fluido de
perforación:
El sistema de
circulación del fluido de
perforación es parte
esencial del taladro.
Sus dos componentes
principales son: el
equipo que forma el
circuito de circulación y
el fluido propiamente.
En guía
Volumen de Fluido en Circulación
pieblsxxCV /36.21158178.0
Ejemplo # 20: Determine la capacidad volumétrica en
bls/pie y en bls/pulg de un tanque rectangular cuyos
lados de la base son 8 x 15 pie.
lg/78.115801485.0 publsxxCV
En guía
Variación de la densidad del F.P.
La presión de formación debe ser controlada por la
presión hidrostática del fluido de perforación. La
densidad del F.P. debe ser tal que la presión frente a
cualquier estrato sea mayor a la presión de la formación.
La presión de la formación aumenta con profundidad a
un gradiente normal de 0.465 lpc/pie; esto no se cumple
en todos los casos. Se requiere que se pueda variar la
densidad del fluido para ejercer el control deseado.
El peso final de un fluido será igual al peso inicial, más
el peso del material densificante usado.
En guía
Variación de la densidad del F.P.
bif WWW VWV
W.
bifbbiiff VVVVVV ;
Como
Sustituyendo en la ec. anterior:
bbiibif VVVV
bbiibfif VVVV
fbbifi VV
Resolviendo para el vol. de barita:
gallbsxgal
lbsVV b
fb
ifi
b /8.353.433.8;
f
ifi
b
VV
8.35
Un barril de barita pesa 1505 lbs. Multiplicando ambos
miembros por 1505:
f
if
bW8.35
1505 Ec. para
aumento de
densidad
En guía
Para disminución de densidad: Se hace el mismo análisis
anterior, utilizando agua como diluyente.
33.8f
fii
wf
fii
w
VVV
wif WWW
wifwwiiff VVVVVV ;
Ec. para
disminución
de densidad
Sustituyendo:wwiiwif VVVV
wwiiwfif VVVV
fiiwfw VV
En guía
Variación de la densidad del F.P.Ejemplo # 29: Se requiere preparar 1000 bls de un F.P.
cuyo rendimiento es de 90 bls/ton. El fluido debe tener
10% en volumen de petróleo de 20 ºAPI y una densidad
de 8.9 lbs/gal. Determine: 1) Sacos de arcilla req., 2) bls
de agua, 3) bls de petróleo, 4) Sacos de barita, 5) % en
vol. de sólidos, 6)% en peso de sólidos.
Solución: 1) El volumen original de fluido compuesto
por agua y arcilla corresponde a 900 bls, ya que el 10%
de 1000 bls es petróleo. Por la def. de R.A, tenemos:
2000 lbs de acrilla se preparan> 90 bls de fluido
X<cuántos se pueden preparar con 900 bls
En guía
Variación de la densidad del F.P.
lbsbls
lbsblsX 20000
90
2000.900
bls
xbl
lbs
lbsVa 23
5.2350
20000
En guía
Ejemplo # 29 (cont.):
Como 1 saco pesa 100 lbs, se requieren 200 sacos de
arcilla.
2) Barriles de agua: Vw = 900 bls – Va. Vol. de arcilla es
blsVw 87723900
3) Barriles de petróleo: Vo = 100 bls
En guía
4) Sacos de barita: Primero, debemos calcular la
densidad inicial.
Ejemplo # 29 (cont.):
blgalblsx
lbsWWW oawi
/421000
gallbsx
xxx
i /56.8421000
5.151
5.14135010020000877350
Calculamos el peso de barita a agregar para aumentar la
densidad a 8.9 lbs/gal.
lbsxxWb 1878556.88.35
56.89.810001505
Como 1 saco pesa 100 lbs, se requieren 188 sacos de
barita.
En guía
5) % en vol. de sólidos.
Ejemplo # 29 (cont.):
100100% xV
VVx
V
VS
f
ba
f
sov
%55.31001000
3.4350
1878523
xx
100100% xW
WWx
W
WS
f
ba
f
sow
6) % en peso de sólidos.
%4.10100
9.8421000
1878520000x
gal
lbsx
bl
galblsx
lbs
La función principal de la(s)bomba(s) de circulación esenviar determinado volumen delfluido a presión, hasta el fondodel hoyo, vía el circuitodescendente formado portubería de descarga de la bomba,tubo de paral, manguera, juntarotatoria, junta kelly, sarta deperforación (compuesta portubería de perforación y sartalastra barrena) y barrena paraascender a la superficie por elespacio anular creado por lapared del hoyo y perímetroexterior de la sarta deperforación.
Bombas para fluidos de
perforación
Generalmente, dos bombas de lodo están
instaladas en el taladro. Para los grandes
diámetros de hoyo utilizados en las
porciones someras del hoyo, ambas bombas
pueden ser operadas en paralelo para
suministrar los altos caudales requeridos.
En las porciones más profundas, sólo se
necesita una bomba, y la otra sirve de apoyo
cuando se realice mantenimiento a una.
Bombas para fluidos de
perforación
En guía
Pueden haber dos tipos de bombas a usar:
– Duplex: dos pistones de doble acción.
– Triplex: tres pistones de acción simple.
Bombas para fluidos de
perforación
Bombas para fluidos de
perforación
Bombas…En guía
Las bombas se identifican por sus
características y su capacidad de operación.
De cada bomba se debe conocer:
– Potencia max. de operación: HP.
– Presión de descarga: Ps.
– Longitud de la embolada: E.
– Emboladas por unidad de tiempo: N (EPM).
– Diámetro max. del cilindro: dcl (pulg).
– Diámetro del vástago: dva (pulg).
Bombas…En guía
El gasto o caudal de la bomba (volumen que
puede impulsar la bomba por unidad de
tiempo, en gpm), es ajustable a los
requerimientos del pozo, variando:
– Emboladas por minuto.
– Diámetro del cilindro
Partes de la bomba de
un fluido de perforación
Bombas…En guía
Durante la perforación se trabajará con un
gasto óptimo, diseñado para alcanzar la
mejor efectividad de penetración de la
barrena. Limitado por:
– Gasto mínimo, función de velocidad min. de
ascenso del fluido.
– Gasto máximo, dado por condiciones de
operación de la bomba.
Bombas…
)(448.2 22
min th ddVQ
sP
xHPQ
1714max
)2(.00679.0 22
vaclopt ddENQ
En guía
Duplex
y
triplex
Duplex
2..0102.0 clopt dENQ Triplex
Bombas…
Veamos cómo se obtiene la ecuación de caudal óptimo
para una bomba duplex:
El desplazamiento teórico de una bomba duplex es una
función del diámetro del vástago del pistón (dva), el
diámetro del liner o cilindro (dcl), y la longitud de la
embolada (E).
En la embolada hacia delante de cada pistón, el volumen
desplazado es dado por:
Edcl
2
4
dcl: diámetro del cilindro
E: longitud de la embolada
Bombas…
Edd vacl
22
4
Similarmente, en la embolada de reversa, el volumen
desplazado es:
dva: diámetro del vástago
Entonces, el volumen total desplazado para un ciclo
completo de una bomba de 2 cilindros:
EvddEFp vacl
2222
4Fp: Factor de la bomba en
pulg3/embolada
Ev: Eficiencia
volumétrica de la bomba
Bombas…
min0068.0
42
615.5
1
lg12min
lg5708.1
333
33 gal
bbl
galx
pie
bblx
pu
piex
embx
emb
pu
Si multiplicamos por el número de emboladas por
minuto (N) obtendremos finalmente el caudal :
Finalmente, obtenemos:
)2(.00679.0 22
vaclopt ddENQ
Qopt: gal/min N: emboladas/min
E:pulgadas dcl, dva: pulgadas
Bombas…
Para el caso de las bombas triplex de acción simple, el
volumen desplazado por cada pistón durante un ciclo
completo de bombeo está dado por:
Edcl
2
4
Entonces, el factor de la bomba para una bomba de
acción simple que tiene tres cilindros es:
2..
4
3clv dEEFp
dcl: diámetro del cilindro, pulg
E: longitud de la embolada, pulg
Bombas…
min0102.0
42
615.5
1
lg12min
lg3562.2
333
33 gal
bbl
galx
pie
bblx
pu
piex
embx
emb
pu
Si multiplicamos por el número de emboladas por
minuto (N), obtendremos finalmente el caudal:
Finalmente, obtenemos el caudal para una bomba triplex:
2..0102.0 clopt dENQ
Qopt: gal/min N: emboladas/min
E:pulgadas dcl: pulgadas
En guía
Bombas…
Ejemplo # 30: Se dispone de una bomba con las siguientes
características:
1. Tipo duplex.
2. Potencia: 400 HP.
3. Presión de descarga: 1800 lpc.
4. Diam. cilindro: 7”.
5. Diam. Vástago: 2”.
6. Long. de embolada: 18”.
Se requiere: a) gasto max. y b) EPM para obtener dicho Q
En guía
Bombas…
gpmx
P
xHPQ
s
3811800
40017141714max
)2(.00679.0 22
vaclopt ddENQ
33)272(1800679.0
381
)2(00679.0 2222 xxddE
QN
vacl
Ejemplo # 30. Solución:
a.
b.
Resolviendo para N:
epmN 33
En guíaBombas…
)(448.2 22
min th ddVQ
Ejemplo # 31: Con el equipo del ejemplo #30, se está
perforando un pozo con tubería de perforación de 4 ½” y
barrena de 8 3/8”. Veloc. de ascenso min. Del fluido es
130 pie/min. Determine el Qmin para estas condiciones.
Solución:
Donde V = pie/seg
gpmx 265)5.4375.8(60
130448.2 22
En guía
Bombas…
Gasto
ncirculacióenVolTiempo
Ejemplo # 32: Se está perforando un pozo a cierta prof.,
el vol. en circulación es de 860 bls. Se usa tubería de
perforación de 5” y barrena de 9 5/8”. Si se requiere una
velocidad min. de ascenso de 120 pie/min., cuánto
tiempo requiere el fluido para hacer un ciclo completo?
min109
)25625.9(60
120448.2
42860
2x
bl
galblsx
T
Reología
Ciencia de la fluidez de la materia que
describe el comportamiento de los fluidos
de perforación.
Modelos Reológicos
Newtoniano
No Newtonianos
Plástico de Bingham
Ley de Potencia (Power – Law)
Los modelos reológicos generalmente usados por ingenieros
de perforación para simular y aproximar el comportamiento
de flujo son (1) modelo Newtoniano, (2) modelo Plástico de
Bingham y (3) modelo Ley de Potencia:
1. Modelo Newtoniano: Las fuerzas viscosas presentes en un
fluido Newtoniano simple son caracterizadas por la
viscosidad del fluido.
Ejemplos de fluidos Newtonianos son: agua, gases, y aceites
de alta gravedad.
Para comprender la naturaleza de la viscosidad, consideremos
un fluido contenido entre dos grandes placas paralelas de área
“A”, separadas por una pequeña distancia “L”.
Modelos Reológicos
1. Modelo Newtoniano (cont.): La placa superior, que se
encuentra inicialmente en reposo, es puesta en movimiento en
la dirección “x” a una velocidad constante “v”. Luego de un
tiempo suficiente para lograr un movimiento estable, se
requiere una fuerza constante “F” para mantener la placa
superior en movimiento a velocidad constante.
Fue determinado experimentalmente que la magnitud de la
fuerza “F” es dada por:
A
F
L
V
Modelos Reológicos
Flujo Laminar de Fluidos Newtonianos
A
F
L
V
bulbo
rotor
fluido
Viscosímetro
Rotacional
1. Modelo Newtoniano (cont.): El término F/A es llamado
Esfuerzo de Corte ejercido sobre el fluido, así que el esfuerzo
de corte se define:
A
F
Nótese que el área de la placa, “A”, es el área en contacto con
el fluido. El gradiente de velocidad es una expresión de la
Tasa de Corte:
dL
dv
L
v
Modelos Reológicos
1. Modelo Newtoniano (cont.): Entonces, el modelo
Newtoniano establece que el esfuerzo de corte es
directamente proporcional a la tasa de corte, .
donde , la constante de proporcionalidad, se conoce como la
viscosidad del fluido, la cual se expresa en poises.
poise 0.01 centipoise 1
scm
g1
cm
s-dyne1 poise 1
2
Modelos Reológicos
Modelos Reológicos
2. Modelos no Newtonianos: La mayoría de los fluidos de
perforación son muy complejos para ser caracterizados por un
único valor de viscosidad.
Fluidos que no exhiben una proporcionalidad directa entre
esfuerzo de corte y tasa de corte son clasificados como no
Newtonianos.
Fluidos no Newtonianos que dependan de la tasa de corte son
seudo plásticos, si la viscosidad aparente disminuye al
incrementar la tasa de corte, y dilatantes si la viscosidad
aparente aumenta al aumentar la tasa de corte.
Modelos Reológicos
Modelos Reológicos
Ejemplo (tomado de Applied Drilling Engineering, SPE): Una
muestra de lodo en un viscosímetro rotacional ofrece una
lectura de dial de 46 cuando se opera a 600 rpm, y una lectura
de 28 a 300 rpm. Calcule la viscosidad aparente del lodo a
cada velocidad de rotor. Tambien obtenga Vp y Pc.
cpN
V Na 28
300
)28(300300
Similarmente, para la otra velocidad de rotor (600 rpm) se usa
la misma ecuación:
cpN
V Na 23
600
)46(300300
Nótese que la Va no permanece constante, sino que disminuye
cuando la veloc. de rotor aumenta (seudo plástico).
Modelos Reológicos
Ejemplo (cont.): La viscosidad plástica del lodo se obtiene
usando.
El punto cedente se puede calcular usando la ecuación:
cpVp 182846300600
2
300 100/101828 pielbfVP pc
2. Modelos no Newtonianos (cont.): Los fluidos de perforación
y las lechadas de cemento son generalmente de naturaleza
seudo plástica.
Los modelos Plástico de Bingham y Ley de Potencia se usan
para aproximar el comportamiento seudo plástico de los
fluidos de perforación y lechadas de cemento.
Modelos Reológicos
2. 1 Modelo Plástico de Bingham: Se define por
yyp ;
- si
- si 0
si
y
y
y
yp
y
yp
y y son normalmente expresadas en lbf/100 pie2
Modelos Reológicos
Modelo Plástico de Bingham
2. 1 Modelo Plástico de Bingham (cont.): Un fluido plástico de
Bingham no fluirá hasta que el esfuerzo de corte aplicado, ,
supere cierto valor mínimo, y, conocido como punto cedente.
Después de esto, los cambios en esfuerzo de corte son
proporcionales a cambios en tasa de corte, y la constante de
proporcionalidad es la viscosidad plástica.
Modelos Reológicos
2. 2 Modelo Ley de Potencia: Se define por
0 si
0 si
1n
n
K
K
De la misma manera que el modelo Plástico de Bingham, este
modelo requiere dos parámetros para caracterización del
fluido. El parámetro “K” es llamado índice de consistencia de
fluido, y el parámetro “n” es llamado índice de
comportamiento de flujo.
Modelos Reológicos
Modelo Ley de Potencia
¿QUÉ ES LA VISCOSIDAD?
La viscosidad se define como la resistencia de un líquido a fluir. Esta resistencia es provocada por las fuerzas de atracción entre las moléculas del líquido.
El esfuerzo necesario para hacer fluir el líquido (esfuerzo de desplazamiento) estará en función de
esta resistencia.Las unidades de medición comúnmente son
centipoises o Pascal segundos.Existen varios tipos de viscosímetros, como el FANN
o el de orificio.
TIPOS DE VISCOSIDADViscosidad Dinámica o Absoluta
Viscosidad CinemáticaViscosidad AparenteViscosidad Plástica
¿QUÉ ES LA VISCOSIDAD?
Existen varios tipos de viscosímetros, como el FANN o el de orificio.
• VISCOSIDAD PLÁSTICA
• VISCOSIDAD APARENTE
• PUNTO CEDENTE
• RESISTENCIA DE GEL
• Inicial
• Final
(A)petróleo muy liviano que muestra la facilidad con que fluye y
la calidad de su transparencia.
(B) petróleo muy pesado cuya fluidez es casi imperceptible y de
transparencia nula.
Propiedades Reológicas…
Viscosidad Plástica: Expresión de la
resistencia de un fluido a fluir, influenciada
por la cantidad, tamaño y tipo de sólidos en
el lodo. Cuando se emplea el viscosímetro
rotacional, la Vp se determina sustrayendo
la lectura a 300 rpm de la lectura a 600 rpm.
Propiedades Reológicas…
Viscosidad Aparente: Expresión de la resistencia de un fluido a fluir, influenciada por los sólidos reactivos e inertes, así como por la viscosidad de la fase líquida. Tambien se conoce como viscosidad newtoniana. En un fluido newtoniano, la Va es igual a la Vp (ej., el agua). En el viscosímetro rotacional, es igual a la mitad de la lectura a 600 rpm.
Propiedades Reológicas…
Punto Cedente: Medida de la fuerza de
atracción entre las partículas, bajo
condiciones dinámicas de flujo. Se ve
influenciada por los sólidos reactivos. Se
determina sustrayendo la viscosidad plástica
de la lectura a 300 rpm. Se relaciona con la
capacidad de limpieza del lodo.
Propiedades Reológicas…
Resistencia de Gel: Capacidad de un coloide para
formar geles. Es una medida de las mismas
fuerzas entre las partículas de un fluido que las
que determinan el punto cedente, excepto que la
resistencia de gel se mide en condiciones estáticas,
mientras que el Pc se determina en condiciones
dinámicas. Existen el Gel Inicial y Gel Final. Se
relaciona con capacidad de suspensión del lodo.
Propiedades Reológicas…
Gel Inicial: Resistencia de gel de un fluido
medida como la lectura máxima
(deflección) tomada en un viscosímetro de
lectura directa (rotacional) después de que
el fluido ha estado en reposo durante 10
segundos. Se mide a 3 r.p.m. Se reporta en
lb/100 pie2.
Propiedades Reológicas…
Gel Final o gel de 10 minutos: Resistencia
de gel de un fluido al cabo de un reposo de
10 minutos. Lectura máxima (deflección)
tomada en un viscosímetro de lectura
directa (rotacional) después de que el fluido
ha estado en reposo durante 10 minutos. Se
mide a 3 r.p.m. Se reporta en lb/100 pie2.