REOLOGIA REOLOGÌA es la disciplina que estudia la deformación y flujo de la materia, las propiedades Reologicas fundamentales del lodo de perforación.

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2 REOLOGIA REOLOGÌA es la disciplina que estudia la deformación y flujo de la materia, las propiedades Reologicas fundamentales del lodo de perforación son: a. Viscosidad de Embudo. b. Viscosidad Plástica. c. Punto de Cedente. d. Resistencia al Gel. PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION Utilidad: 1. Calcular las perdidas de presiòn por fricción. 2. Determinar la capacidad del lodo para levantar los cortes 3. Analizar la contaminación del lodo. 4. Para determinar los cambios de presiòn en el interior del pozo durante un viaje.

3 LA VISCOSIDAD DEFINICIÓN La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia a la deformación del fluido. Dicho concepto se introdujo anteriormente en la Ley de Newton, que relaciona el esfuerzo cortante con la velocidad de deformación (gradiente de velocidad). Donde: ECUACION 1  : esfuerzo cortante [mPa].  : viscosidad [mPa·s] D: velocidad de deformación [s -1 ] UNIDADES Cp en unidades petroleras y pascal* seg. en el SI

4 VISCOSIDAD DE EMBUDO Es el tiempo en Segundo requeridos para que un cuarto de galón (940 cm 3 ) de lodo pase a través de un tubo de 3/16 Plg de Diàmetro. Se expresa en Seg/Qt y es un valor cualitativo de la viscosidad del lodo. REOLOGIA PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION Procedimiento 1. Cubrir con el dedo el orificio inferior del embudo, seguidamente verter 1500 Cm 3 de lodo previamente tamizado. 2.Remover el dedo del orificio y tomar el tiempo (Seg) que transcurre para que 940 Cm 3 pasen a través del tubo de 3/16. 940 cm 3 Tiempo EMBUDO MARSH Tubo de 3/16 Plg Se determina a través de un instrumento llamado Embudo Marsh, tiene un diàmetro de 6 Plg en el extremo superior, decrece progresivamente hasta 3/16 plg en el inferior, su longitud es de 12 plg.

5 VISCOSIDAD DE PLASTICA Es la parte de la resistencia al flujo causada por la fricción mecánica, afectada principalmente 1. Concentración de Sólidos. 2. Tamaño y forma de las partículas sólidas. 3. Viscosidad de la fase fluida. REOLOGIA PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION Procedimiento 1.Sumergir la camisa rotatoria en la muestra de lodo hasta la marca indicada. 2.Con la camisa rotando a 600 rpm, registrar la lectura del dial, una vez estabilizada. 3.Cambiar la velocidad de rotación a 300 rpm, y registrar la lectura del dial, una vez estabilizada. V1V1 V2V2 La viscosidad plástica se determina a partir de la información obtenida del viscosímetro Fann, con ayuda de la siguiente ecuación VISCOSIMETRO FANN ( cP) Camisa Rotatoria

6 PUNTO CEDENTE Es el esfuerzo mínimo de corte que debe aplicarse a un fluido para que comience a desplazarse, depende de: 1. Propiedades superficiales de los sólidos del fluido. 2. Concentración volumétrica de los sólidos. 3. Ambiente eléctrico de estos sólidos. REOLOGIA PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION El Punto Cedente puede ser estimado a partir de la información obtenida del Viscosímetro, con ayuda de la siguiente ecuación: Lbs/100 pies 2 Velocidad de Corte Esfuerzo de Corte Punto Cedente

7 RESISTENCIA AL GEL REOLOGIA La Resistencia al Gel Es la fuerza de atracción que se da en condiciones estáticas, debido a la presencia de partículas cargadas eléctricamente, depende de: 1. Cantidad y tipos de sólidos en suspensión. 2. Tiempo de reposo. 3. Temperatura. 4. Tratamiento Químico. Cizallar la muestra 10 seg., luego dejarla en reposo por 10 seg. Hacer girar el rotor lentamente en dirección opuesta a las manecillas del reloj para producir una lectura positiva de Gel lb/100 plg 2. La Resistencia al Gel se obtiene a partir del viscosímetro de lodo, de la siguiente forma: Tiempo (Min) Esfuerzo de Gel (lbs/100 plg 2 ) PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION

8 FLUIDOS NEWTONIANOS Son aquellos líquidos cuya Viscosidad es constante a cualquier temperatura y presiòn dadas, Ejemplo agua, Aceite de Motor, Glicerina DEFINICIONES BASICAS Velocidad de Corte Esfuerzo de Corte m Velocidad de Corte Viscosidad m PERFIL DE FLUJO Fuerza Opuesta (Esfuerzo de Corte) Fuerza de Flujo V1V1 V2V2 d (cP) R E LA C I O N E S REOLOGIA (Seg -1 ), V 2 Velocidad de la capa 1 en pies/seg V 1 Velocidad de la capa 2 en pies/seg d Distancia entre 1 y 2 en pies PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION

9 FLUIDOS NO NEWTONIANOS Son aquellos líquidos cuya viscosidad no es constante a la presiòn y temperatura de que se trata, sino que depende del flujo como factor adicional, Ejemplo los lodos de perforación. DEFINICIONES BASICAS Velocidad de Corte Viscosidad La viscosidad no es constante, a medida que la velocidad de corte se incrementa disminuye la viscosidad REOLOGIA Velocidad de Corte Esfuerzo de Corte Para que el fluido comience a fluir se debe vencer cierto grado de residencia interna

10 DEFINICIONES BASICAS REOLOGIA VISCOSIDAD Propiedad de un fluido que tiende a oponerse al flujo cuando se le aplica una fuerza, entre mas alta sea la viscosidad de un fluido mayor resistencia interna al flujo opondrá. BAJA VISCOSIDAD ALTA VISCOSIDAD PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION

11 VISCOSIDAD EFECTIVA REOLOGIA La viscosidad Efectiva se refiere la viscosidad de un fluido no Newtoniano bajo ciertas condiciones de Velocidad de Corte, Presiòn y Temperatura. V1V1 V2V2 V4V4 V5V5 V3V3 Velocidad de Corte Esfuerzo de Corte Viscosidad Efectiva PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION

12 Excesivos esfuerzos gelatinizantes originan problemas de: 1.Entrampamiento de aire ò gas en el fluido. 2.Presiones excesivas de bombeo cuando se reanuda la circulación 3.Reducción de la eficiencia del equipo de remoción de sólidos. 4.Excesivos esfuerzos de fricción mecánica al sacar la tubería del pozo 5.Incapacidad para bajar herramientas de perfilaje RESISTENCIA AL GEL REOLOGIA T I E M P O P R E S I O N D E B O M B E O Presión de Circulación Normal Circulación Suspendida Circulación Reanudada Tiempo de Reposo Velocidad de flujo Tiempo de Agitación Fuerza Gel Viscosidad aparente Viscosidad Relaciones de Fuerza y Velocidad en Flujo de Líquidos PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION

13 BINGHAN REPRODUCE EL COMPORTAMIENTO DE UN LODO BASE AGUA DE ARCILLA FLOCULADA DE BAJA DENSIDAD (PLASTICO) EL CUAL REQUIERE UNA FUERZA FINITA PARA INICIAR EL FLUJO. MODELO REOLOGICO Es una descripción matemática de la relación entre el Esfuerzo de corte y la Velocidad de corte DEFICIENCIAS 1. Presenta limitaciones a bajas velocidades de corte. 2. Los cálculos hidráulicos han dado resultados diferentes con respecto a las condiciones reales. 3. Las velocidades de corte en el espacio anular están por debajo de 60 RPM Esfuerzo de Corte Velocidad de Corte NEWTONIANO Punto Cedente de Binghan Punto Cedente Verdadero 0 µpµp Esfuerzo de Corte (lbs/100 pie 2 ) Punto Cedente de Binghan (lbs/100 pie 2 ) Viscosidad Plástica (cP) Velocidad de corte (seg -1 ) Esfuerzo de Corte (Ө) Indicaciones del Viscosímetro Velocidad Rotacional (ω) rpm 300 600 Ө 30 0 Ө 60 0 PC µ p = m ω = Velocidad Rotacional en rpm Θ = Indicación del cuadrante del Viscosímetro de lodo Seg -1 Lbs/100 pie 2

14 DESCRIBE UN FLUIDO EN EL CUAL EL ESFUERZO DE CORTE AUMENTA SEGÙN LA VELOCIDAD DE CORTE ELEVADA MATEMÀTICAMENTE A UNA POTENCIA DETERMINADA. MODELO REOLOGICO LEY EXPONENCIAL Esfuerzo de Corte Velocidad de Corte Ley Exponencial en papel de coordenadas Rectangulares Esfuerzo de Corte Velocidad de Corte m = n K Ley Exponencial en papel doble Logarítmico K Esfuerzo de Corte Velocidad de Corte Es el factor de consistencia del flujo Laminar, es similar a la Viscosidad Plástica, dado que un aumento de K indica un aumento en la concentración de sólidos ò disminución del tamaño de las partículas (Dina Seg n / cm 2 ) n Índice de Ley Exponencial, Para fluido Newtoniano n = 1, para fluidos de peroración n < 1 Θ 300 = Indicación del viscosímetro de lodo a una velocidad de corte de 300 Θ 600 = Indicación del viscosímetro de lodo a una velocidad de corte de 600. ω 300 = Velocidad de corte en RPM del Viscosímetro de lodo ω 600 = Velocidad de corte en RPM del Viscosímetro de lodo No toma en cuenta el esfuerzo de cedencia

15 SIMILAR A LA LEY EXPONENCIAL, EXCEPTO QUE TIENE EN CUENTA UNA TENSIÒN DE CEDENCIA POSITIVA MODELO REOLOGICO LEY EXPONENCIAL MODIFICADA Esfuerzo de Corte Velocidad de Corte Ley Exponencial Modificada en papel de coordenadas Rectangulares Esfuerzo de Corte Velocidad de Corte Ley Exponencial Modificada en papel doble Logarítmico Θ 0 = Esfuerzo del Gel nulo ò indicación a 3 RPM. Θ 300 = Indicación del viscosímetro de lodo a una velocidad de corte de 300. Θ 600 = Indicación del viscosímetro de lodo a una velocidad de corte de 600. ω 300 = Velocidad de corte en RPM del Viscosímetro de lodo ω 600 = Velocidad de corte en RPM del Viscosímetro de lodo Tensión de Cedencia 0 Esfuerzo de Corte Velocidad de Corte Es el factor de consistencia del flujo Laminar, es similar a la Viscosidad Plástica, dado que un aumento de K indica un aumento en la concentración de sólidos ò disminución del tamaño de las partículas (Dina Seg n / cm 2 ) n: Índice de Ley Exponencial, Para fluido Newtoniano n = 1, para fluidos de peroración n < 1 K: toma en cuenta el esfuerzo de cedencia

16 HIDRÀULICA DE LA PERFORACIÒN ROTATORIA ECUACIÒN HIDRAULICA GENERALIZADA : Esfuerzo de Corte en lbs/100 pies 2 : Parámetro determinado por la elección del Modelo lb/100 pies 2 k : Factor de Consistencia lb/100 pies 2 - rpm n : Velocidad de Corte en Seg -1 n : Índice de comportamiento de flujo Modelo Plástico de Binghan = PC (Punto Cedente de Binghan) Modelo Ley Exponencial = 0 CRITERIO DE SELECCION La ley Exponencial modificada es una adecuada elección para cualquier lodo. Para Elegir entre el modelo de Binghan y Ley Exponencial, una medición de la tensión de Cedencia a 3 rpm es una alternativa. Si está mas cerca de cero tomar el modelo de Ley Exponencial. Modelo Ley Exponencial Modificada = Tensión de Cedencia a 3 rpm

17 HIDRÀULICA DE LA PERFORACIÒN ROTATORIA CONJUNTO DE ECUACIONES REOLÒGICAS RECOMENDADAS POR API PARA EL CALCULO DE “n” Y “K” TuberíasAnulares Ecuaciones de Ley exponencial

18 APLICACIONES DEL ESTUDIO DE LA REOLOGÍA  Control de calidad de los alimentos: este control se realiza en la propia línea de producción. Es determinante para la aceptación de productos como patatas fritas, cereales, quesos, aperitivos, yogures, dulces, chocolates, cremas, etc.  Estudio de la textura y consistencia de productos alimenticios: dichas propiedades son muy importantes a la hora de que un producto sea del agrado del consumidor.  Producción de pegamentos: el estudio de su plasticidad, de la forma de fluir dentro del recipiente que lo contiene, etc.  Producción de pinturas: una pintura debe ser esparcida de forma fácil pero sin que escurra.  Producción de productos cosméticos y de higiene corporal: la duración de una laca sobre el pelo, la distribución de la pasta de dientes por toda la boca, la forma de cómo se esparce una crema, etc. Todas estas características se estudian con la reología para obtener la mayor eficacia del producto.

19 APLICACIONES DEL ESTUDIO DE LA REOLOGÍA  Producción de medicamentos: se estudia su estabilidad química, su tiempo de caducidad y su facilidad de extrusión, entre otras.  Caracterización de elastómeros y de polímeros.  Estabilidad de emulsiones y suspensiones.  Caracterización de gasolinas y otros tipos de hidrocarburos.  Caracterización de metales (en situaciones de elevada temperatura), y de cristales líquidos.  Control de sustancias que sean transportadas a lo largo de un recipiente cilíndrico (para evitar la reopexia).  Estudio del magma en vulcanología: cuanto más fluido sea el magma más tendencia va a tener el volcán a que provoque una erupción.

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