43460944 Fluidos de Perforacion
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Perforacion de pozos
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Universidad del Zulia
Mayo de 2009
Tema 2: Fluidos de
Perforacin
Perforacin I
-
Tema 2: Fluidos de Perforacin
Tpicos:
Definicin. Funciones. Propiedades fsicas. Clasificacin de
los fluidos de perforacin. Componentes del fluido.
Determinacin de las propiedades de un fluido de
perforacin. Ciclo del fluido de perforacin. Variacin de la
densidad de un fluido. Equipos de control de slidos.
Bombas para fluidos de perforacin.
-
DEFINICIN:
El API define un fluido de
perforacin (F.P.) como un
fluido de circulacin
utilizado en perforacin
rotatoria para realizar
cualquiera o todas las
funciones requeridas en
una operacin de
perforacin.
Fluidos de Perforacin
-
OTRA DEFINICIN:
Es un fluido de caractersticas fsico-qumicasapropiadas. Puede ser aire, gas, agua, petrleo ycombinaciones de agua y aceite, con diferentecontenido de slidos. No debe ser txico,corrosivo, ni inflamable, pero s inerte acontaminaciones de sales solubles o minerales yestable a cambios de temperaturas. Debe mantenersus propiedades segn las exigencias de lasoperaciones y ser inmune al desarrollo debacterias.
Fluidos de Perforacin
-
Fluidos de Perforacin
FUNCIONES
1. Remover los slidos del
fondo del hoyo y
transportarlos hasta la
superficie.
Densidad y viscosidad
Velocidad de circulacin
-
Fluidos de Perforacin FUNCIONES
2. Enfriar y lubricar mecha y sarta de perforacin.
Friccin con formaciones
Gasoil y qumicos (lubricantes)
-
Fluidos de Perforacin
FUNCIONES
3. Cubrir las paredes del hoyo con un revoque liso,
delgado, flexible e impermeable.
Concentracin y dispersin de slidos arcillosos
comerciales.
-
Fluidos de Perforacin
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 Perforacin
FUNCIONES (Cont.)
5. Suspender slidos y material densificante, cuando es detenida temporalmente la circulacin.
Tixotropa.
Resistencia de Gel evita precipitacin del material densificante.
-
Fluidos de Perforacin
FUNCIONES (Cont.)
6. Soportar, por flotacin, parte del peso de sarta de perforacin y tubera de revestimiento, durante su insercin en el hoyo.
Wsarta = Wtp + W lb
Wsarta lodo = W sarta aire x Factor de Flotacin
Ff = 1-(0.015 x (lb/gal)
Ff = 1-(0.002 x (lb/pie3)
-
Fluidos de Perforacin
FUNCIONES (Cont.)
7. Mantener en sitio y estabilizada la pared del hoyo, evitando derrumbes.
Estabilidad en paredes del hoyo.
Minimizar dao.
K
o
rdKdK
re
rw
h
Ph > Py
Kd < K
-
FUNCIONES (Cont.)
8. Facilitar la mxima obtencin de informacin sobre las formaciones perforadas.
Informacin geolgica.
Registros elctricos.
Toma de ncleos.
Fluidos de Perforacin
UNIDAD COMPACTA DE PERFILAJE
-
Fluidos de Perforacin
FUNCIONES (Cont.)
9. Transmitir potencia hidrulica a la mecha.
Lodo es el medio de transmisin de potencia.
Diseo de programa hidrulico.
Hoyo Abierto
Revestimiento
Revestimiento
Salida del fluido
Unin Giratoria
Vertical
Kelly
Porta Mecha
-
FUNCIONES (Cont.)
10. Facilitar la separacin de arena y dems slidos en la
superficie.
Fluidos de Perforacin
-
Fluidos de Perforacin
REQUISITOS MNIMOS
1. Extraer del hoyo los pedazos de formacin 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 gua
-
Propiedades Fsicas
DENSIDAD
1. Debe ser tal que la presin hidrosttica originada
en cualquier punto del hoyo, sea mayor que la
presin de la formacin en el mismo punto.
2. Puede variar de acuerdo a las necesidades del
pozo.
3. En perforacin, generalmente se expresa en
lbs/gal.
En gua
-
Propiedades Fsicas
DENSIDAD (cont.)
Se puede determinar utilizando una balanza de
lodo.
En gua
-
Propiedades Fsicas
VISCOSIDAD
1. Debe ser tal que el F.P. sea capaz, a
una mnima velocidad de ascenso,
de arrastrar los cortes de la barrena
hacia la superficie.
2. No muy alta, ya que disminuira la
tasa de penetracin y requerira
grandes niveles de energa.
3. No muy baja, porque se necesitara
una gran velocidad de ascenso de
fluido para arrastrar los cortes.
En gua
-
Propiedades Fsicas
VISCOSIDAD (cont.)
Se puede determinar con un
embudo Marsh, o con un
viscosmetro.
En gua
-
Propiedades Fsicas
FILTRACIN
1. Sobre balance promedio de 200 a 400 lpc.
2. Esto produce una invasin del fluido del pozo
hacia la formacin, conocido como filtracin.
3. En el laboratorio se utiliza el Filtroprensa para
determinar la filtracin que produce el lodo bajo
ciertas condiciones.
En gua
-
Propiedades Fsicas
FILTRACIN (cont.)
En gua
-
Propiedades Fsicas
REVOQUE
1. Siendo el lodo una suspensin coloidal, la filtracin del
pozo hacia la formacin producir en las paredes del
hoyo acumulacin de los slidos arcillosos y formarn
una costra que quedar adherida a la formacin.
2. Debe ser impermeable, resistente flexible y delgado.
En gua
-
Clasificacin de los F.P.
Una amplia clasificacin de fluidos de
perforacin se observa a continuacin:
Lquidos
Base agua Gas naturalBase aceite Aire
Mezclas gas-lquido
Espuma Agua aireada
Gases
-
Clasificacin de los F.P. (cont.)
Los principales factores que determinan la seleccin de
fluidos de perforacin son:
1. Tipos de formaciones a ser perforadas.
2. Rango de temperaturas, esfuerzos, permeabilidad y
presiones exhibidas por las formaciones.
3. Procedimiento de evaluacin de formaciones usado.
4. Calidad de agua disponible.
5. Consideraciones ecolgicas y ambientales.
Sin embargo, muchas veces impera el ensayo y error
-
Clasificacin de los F.P. (cont.)
Los lodos base agua son los ms comnmente
usados. Los lodos base aceite son generalmente
ms costosos y requieren ms procedimientos
de control de contaminacin que los base agua.
Su uso normalmente se limita a perforacin de
formaciones de muy altas temperaturas, o
formaciones adversamente afectadas por lodos
base agua.
-
1. Consisten en una mezcla de slidos, lquidos y
qumicos, con agua siendo la fase continua.
2. Algunos de los slidos reaccionan con la fase
agua y qumicos disueltos, por lo tanto son
llamados slidos reactivos. La mayora son
arcillas hidratables.
3. Los qumicos agregados al lodo restringen la
actividad de estos, permitiendo que ciertas
propiedades del F.P. se mantengan dentro de
lmites deseados.
Lodos base agua - Comentarios
-
4. Los otros slidos en un lodo no
reaccionan con el agua y qumicos
de manera significativa, siendo
llamados slidos inertes.
5. Cualquier aceite que se agregue a un
lodo base agua es emulsificado
dentro de la fase agua,
mantenindose como pequeas y
discontinuas gotas (emulsin aceite
en agua).
Lodos base agua Comentarios
-
1. Son similares en composicin a los lodos base
agua, excepto que la fase continua es aceite en
lugar de agua, y gotas de agua estn
emulsificadas en la fase aceite.
2. Otra diferencia importante es que todos los
slidos 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 ptimas condiciones. Estas fases son:
Componentes de un F.P.
1. Fase Lquida.
2. Fase Slida Reactiva.
3. Fase Slida Inerte.
4. Fase Qumica.
En gua
-
Componentes de un F.P.
FASE LQUIDA
1. Es la fase continua o elemento que mantendr en
suspensin los diferentes aditivos o
componentes de las otras fases.
2. Generalmente, agua dulce, agua salada, aceites.
En gua
-
Componentes de un F.P.
FASE SLIDA REACTIVA
1. Constituida por la arcilla, elemento que le dar
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 especfica de 2.5 y
su calidad se mide por el Rendimiento de la
misma.
En gua
-
Componentes de un F.P.
FASE SLIDA REACTIVA (bentonita)
En gua
-
Componentes de un F.P.
FASE SLIDA INERTE
1. Es el elemento ms pesado en el fluido. Se usa
para aumentar la densidad del mismo,
comnmente es barita, cuya gravedad especfica
es 4.3. Tambin estn la hematita, galena, etc.
2. Existen otros slidos inertes no deseables, los
cuales son producto de la perforacin. Su
gravedad especfica no es alta: arena, caliza,
dolomita.
En gua
-
Componentes de un F.P.
FASE QUMICA
1. Grupo de aditivos que se encargan de mantener
el fluido dentro de parmetros deseados.
2. Dispersantes, emulsificantes, reductores de
viscosidad, controladores de filtrado,
neutralizadores de pH, etc.
En gua
-
En gua
Determinacin 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 volmenes de sus
componentes.
La densidad final ser la relacin entre el peso final y el
volumen final, por ejemplo:
-
En gua
Determinacin 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 petrleo
Wb: Peso de la barita Wa: Peso de arcilla
-
El peso de cualquier componente del fluido ser:
)('..350. lbsVGVW
Donde G es la gravedad especfica y V el volumen
en bls.
En gua
densidad final de un F.P.
-
Ejemplo # l0: Determine el peso de 300 barriles de
una emulsin agua-petrleo si Gw=1.0 y la
gravedad API del petrleo es 32. La emulsin tiene
15% de petrleo.
En gua
Solucin: El peso final es igual a la suma del peso
del agua y el peso del petrleo:
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 gua
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 petrleo de 30 API.
Solucin:
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 gua
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 Circulacin
TPHLBHLBTPCSTSCF VVVVVVV ..
Para calcular este vol. es necesario conocer todos los
componentes a travs de los cuales el F.P. pasa. El vol. de
circulacin es igual al vol. del tanque de succin, ms el
vol. de todo el sistema de circulacin:
En gua
El tanque de succin generalmente tiene forma
rectangular y sus medidas estn en pie. El vol. ser:
)(,321178.0)( pieLxLxLLblsV
-
Volumen de Fluido en Circulacin
Una vista esquemtica del ciclo del fluido de
perforacin:
El sistema de
circulacin del fluido de
perforacin es parte
esencial del taladro.
Sus dos componentes
principales son: el
equipo que forma el
circuito de circulacin y
el fluido propiamente.
-
En gua
Volumen de Fluido en Circulacin
pieblsxxCV /36.21158178.0
Ejemplo # 20: Determine la capacidad volumtrica 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 gua
Variacin de la densidad del F.P.
La presin de formacin debe ser controlada por la
presin hidrosttica del fluido de perforacin. La
densidad del F.P. debe ser tal que la presin frente a
cualquier estrato sea mayor a la presin de la formacin.
La presin de la formacin 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 ser igual al peso inicial, ms
el peso del material densificante usado.
-
En gua
Variacin 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 gua
-
Para disminucin de densidad: Se hace el mismo anlisis
anterior, utilizando agua como diluyente.
33.8f
fii
wf
fii
w
VVV
wif WWW
wifwwiiff VVVVVV ;
Ec. para
disminucin
de densidad
Sustituyendo:wwiiwif VVVV
wwiiwfif VVVV
fiiwfw VV
En gua
-
Variacin 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 petrleo de 20 API y una densidad
de 8.9 lbs/gal. Determine: 1) Sacos de arcilla req., 2) bls
de agua, 3) bls de petrleo, 4) Sacos de barita, 5) % en
vol. de slidos, 6)% en peso de slidos.
Solucin: 1) El volumen original de fluido compuesto
por agua y arcilla corresponde a 900 bls, ya que el 10%
de 1000 bls es petrleo. Por la def. de R.A, tenemos:
2000 lbs de acrilla se preparan> 90 bls de fluido
X
-
Variacin de la densidad del F.P.
lbsbls
lbsblsX 20000
90
2000.900
bls
xbl
lbs
lbsVa 23
5.2350
20000
En gua
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 petrleo: Vo = 100 bls
-
En gua
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 gua
5) % en vol. de slidos.
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 slidos.
%4.10100
9.8421000
1878520000x
gal
lbsx
bl
galblsx
lbs
-
La funcin principal de la(s)bomba(s) de circulacin esenviar determinado volumen delfluido a presin, hasta el fondodel hoyo, va el circuitodescendente formado portubera de descarga de la bomba,tubo de paral, manguera, juntarotatoria, junta kelly, sarta deperforacin (compuesta portubera de perforacin y sartalastra barrena) y barrena paraascender a la superficie por elespacio anular creado por lapared del hoyo y permetroexterior de la sarta deperforacin.
-
Bombas para fluidos de
perforacin
Generalmente, dos bombas de lodo estn
instaladas en el taladro. Para los grandes
dimetros 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 ms profundas, slo se
necesita una bomba, y la otra sirve de apoyo
cuando se realice mantenimiento a una.
-
Bombas para fluidos de
perforacin
En gua
Pueden haber dos tipos de bombas a usar:
Duplex: dos pistones de doble accin.
Triplex: tres pistones de accin simple.
-
Bombas para fluidos de
perforacin
-
Bombas para fluidos de
perforacin
-
BombasEn gua
Las bombas se identifican por sus
caractersticas y su capacidad de operacin.
De cada bomba se debe conocer:
Potencia max. de operacin: HP.
Presin de descarga: Ps.
Longitud de la embolada: E.
Emboladas por unidad de tiempo: N (EPM).
Dimetro max. del cilindro: dcl (pulg).
Dimetro del vstago: dva (pulg).
-
BombasEn gua
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.
Dimetro del cilindro
Partes de la bomba de
un fluido de perforacin
-
BombasEn gua
Durante la perforacin se trabajar con un
gasto ptimo, diseado para alcanzar la
mejor efectividad de penetracin de la
barrena. Limitado por:
Gasto mnimo, funcin de velocidad min. de
ascenso del fluido.
Gasto mximo, dado por condiciones de
operacin de la bomba.
-
Bombas
)(448.2 22min th ddVQ
sP
xHPQ
1714max
)2(.00679.0 22 vaclopt ddENQ
En gua
Duplex
y
triplex
Duplex
2..0102.0 clopt dENQ Triplex
-
Bombas
Veamos cmo se obtiene la ecuacin de caudal ptimo
para una bomba duplex:
El desplazamiento terico de una bomba duplex es una
funcin del dimetro del vstago del pistn (dva), el
dimetro del liner o cilindro (dcl), y la longitud de la
embolada (E).
En la embolada hacia delante de cada pistn, el volumen
desplazado es dado por:
Edcl2
4
dcl: dimetro del cilindro
E: longitud de la embolada
-
Bombas
Edd vacl22
4
Similarmente, en la embolada de reversa, el volumen
desplazado es:
dva: dimetro del vstago
Entonces, el volumen total desplazado para un ciclo
completo de una bomba de 2 cilindros:
EvddEFp vacl22
224
Fp: Factor de la bomba en
pulg3/embolada
Ev: Eficiencia volumtrica 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 nmero 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 accin simple, el
volumen desplazado por cada pistn durante un ciclo
completo de bombeo est dado por:
Edcl2
4
Entonces, el factor de la bomba para una bomba de
accin simple que tiene tres cilindros es:
2..
4
3clv dEEFp
dcl: dimetro 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 nmero 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 gua
Bombas
Ejemplo # 30: Se dispone de una bomba con las siguientes
caractersticas:
1. Tipo duplex.
2. Potencia: 400 HP.
3. Presin de descarga: 1800 lpc.
4. Diam. cilindro: 7.
5. Diam. Vstago: 2.
6. Long. de embolada: 18.
Se requiere: a) gasto max. y b) EPM para obtener dicho Q
-
En gua
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. Solucin:
a.
b.
Resolviendo para N:
epmN 33
-
En guaBombas
)(448.2 22min th ddVQ
Ejemplo # 31: Con el equipo del ejemplo #30, se est
perforando un pozo con tubera de perforacin de 4 y
barrena de 8 3/8. Veloc. de ascenso min. Del fluido es
130 pie/min. Determine el Qmin para estas condiciones.
Solucin:
Donde V = pie/seg
gpmx 265)5.4375.8(60
130448.2 22
-
En gua
Bombas
Gasto
ncirculacienVolTiempo
Ejemplo # 32: Se est perforando un pozo a cierta prof.,
el vol. en circulacin es de 860 bls. Se usa tubera de
perforacin de 5 y barrena de 9 5/8. Si se requiere una
velocidad min. de ascenso de 120 pie/min., cunto
tiempo requiere el fluido para hacer un ciclo completo?
min109
)25625.9(60
120448.2
42860
2x
bl
galblsx
T
-
Reologa
Ciencia de la fluidez de la materia que
describe el comportamiento de los fluidos
de perforacin.
-
Modelos Reolgicos
Newtoniano
No Newtonianos
Plstico de Bingham
Ley de Potencia (Power Law)
Los modelos reolgicos generalmente usados por ingenieros
de perforacin para simular y aproximar el comportamiento
de flujo son (1) modelo Newtoniano, (2) modelo Plstico 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 rea
A, separadas por una pequea distancia L.
Modelos Reolgicos
-
1. Modelo Newtoniano (cont.): La placa superior, que se
encuentra inicialmente en reposo, es puesta en movimiento en
la direccin 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 Reolgicos
-
Flujo Laminar de Fluidos Newtonianos
A
F
L
V
-
bulbo
rotor
fluido
Viscosmetro
Rotacional
-
1. Modelo Newtoniano (cont.): El trmino F/A es llamado
Esfuerzo de Corte ejercido sobre el fluido, as que el esfuerzo
de corte se define:
A
F
Ntese que el rea de la placa, A, es el rea en contacto con
el fluido. El gradiente de velocidad es una expresin de la
Tasa de Corte:
dL
dv
L
v
Modelos Reolgicos
-
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 Reolgicos
-
Modelos Reolgicos
-
2. Modelos no Newtonianos: La mayora de los fluidos de
perforacin son muy complejos para ser caracterizados por un
nico 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 plsticos, 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 Reolgicos
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Modelos Reolgicos
Ejemplo (tomado de Applied Drilling Engineering, SPE): Una
muestra de lodo en un viscosmetro 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 28300
)28(300300
Similarmente, para la otra velocidad de rotor (600 rpm) se usa
la misma ecuacin:
cpN
V Na 23600
)46(300300
Ntese que la Va no permanece constante, sino que disminuye
cuando la veloc. de rotor aumenta (seudo plstico).
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Modelos Reolgicos
Ejemplo (cont.): La viscosidad plstica del lodo se obtiene
usando.
El punto cedente se puede calcular usando la ecuacin:
cpVp 182846300600
2
300 100/101828 pielbfVP pc
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2. Modelos no Newtonianos (cont.): Los fluidos de perforacin
y las lechadas de cemento son generalmente de naturaleza
seudo plstica.
Los modelos Plstico de Bingham y Ley de Potencia se usan
para aproximar el comportamiento seudo plstico de los
fluidos de perforacin y lechadas de cemento.
Modelos Reolgicos
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2. 1 Modelo Plstico 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 Reolgicos
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Modelo Plstico de Bingham
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2. 1 Modelo Plstico de Bingham (cont.): Un fluido plstico de
Bingham no fluir hasta que el esfuerzo de corte aplicado, ,
supere cierto valor mnimo, y, conocido como punto cedente.
Despus de esto, los cambios en esfuerzo de corte son
proporcionales a cambios en tasa de corte, y la constante de
proporcionalidad es la viscosidad plstica.
Modelos Reolgicos
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2. 2 Modelo Ley de Potencia: Se define por
0 si
0 si
1n
n
K
K
De la misma manera que el modelo Plstico de Bingham, este
modelo requiere dos parmetros para caracterizacin del
fluido. El parmetro K es llamado ndice de consistencia de
fluido, y el parmetro n es llamado ndice de
comportamiento de flujo.
Modelos Reolgicos
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Modelo Ley de Potencia
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QU ES LA VISCOSIDAD?
La viscosidad se define como la resistencia de un lquido a fluir. Esta resistencia es provocada por las fuerzas de atraccin entre las molculas del lquido.
El esfuerzo necesario para hacer fluir el lquido (esfuerzo de desplazamiento) estar en funcin de
esta resistencia.Las unidades de medicin comnmente son
centipoises o Pascal segundos.Existen varios tipos de viscosmetros, como el FANN
o el de orificio.
TIPOS DE VISCOSIDADViscosidad Dinmica o Absoluta
Viscosidad CinemticaViscosidad AparenteViscosidad Plstica
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QU ES LA VISCOSIDAD?
Existen varios tipos de viscosmetros, como el FANN o el de orificio.
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VISCOSIDAD PLSTICA
VISCOSIDAD APARENTE
PUNTO CEDENTE
RESISTENCIA DE GEL
Inicial
Final
(A)petrleo muy liviano que muestra la facilidad con que fluye y
la calidad de su transparencia.
(B) petrleo muy pesado cuya fluidez es casi imperceptible y de
transparencia nula.
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Propiedades Reolgicas
Viscosidad Plstica: Expresin de la
resistencia de un fluido a fluir, influenciada
por la cantidad, tamao y tipo de slidos en
el lodo. Cuando se emplea el viscosmetro
rotacional, la Vp se determina sustrayendo
la lectura a 300 rpm de la lectura a 600 rpm.
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Propiedades Reolgicas
Viscosidad Aparente: Expresin de la resistencia de un fluido a fluir, influenciada por los slidos reactivos e inertes, as como por la viscosidad de la fase lquida. Tambien se conoce como viscosidad newtoniana. En un fluido newtoniano, la Va es igual a la Vp (ej., el agua). En el viscosmetro rotacional, es igual a la mitad de la lectura a 600 rpm.
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Propiedades Reolgicas
Punto Cedente: Medida de la fuerza de
atraccin entre las partculas, bajo
condiciones dinmicas de flujo. Se ve
influenciada por los slidos reactivos. Se
determina sustrayendo la viscosidad plstica
de la lectura a 300 rpm. Se relaciona con la
capacidad de limpieza del lodo.
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Propiedades Reolgicas
Resistencia de Gel: Capacidad de un coloide para
formar geles. Es una medida de las mismas
fuerzas entre las partculas de un fluido que las
que determinan el punto cedente, excepto que la
resistencia de gel se mide en condiciones estticas,
mientras que el Pc se determina en condiciones
dinmicas. Existen el Gel Inicial y Gel Final. Se
relaciona con capacidad de suspensin del lodo.
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Propiedades Reolgicas
Gel Inicial: Resistencia de gel de un fluido
medida como la lectura mxima
(defleccin) tomada en un viscosmetro de
lectura directa (rotacional) despus de que
el fluido ha estado en reposo durante 10
segundos. Se mide a 3 r.p.m. Se reporta en
lb/100 pie2.
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Propiedades Reolgicas
Gel Final o gel de 10 minutos: Resistencia
de gel de un fluido al cabo de un reposo de
10 minutos. Lectura mxima (defleccin)
tomada en un viscosmetro de lectura
directa (rotacional) despus de que el fluido
ha estado en reposo durante 10 minutos. Se
mide a 3 r.p.m. Se reporta en lb/100 pie2.
