REOLOGÍA, PROPIEDADES Y EQUIPOS DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN

Presentación del tema: "REOLOGÍA, PROPIEDADES Y EQUIPOS DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN"— Transcripción de la presentación:

1 REOLOGÍA, PROPIEDADES Y EQUIPOS DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN
UNIDAD 2. REOLOGÍA, PROPIEDADES Y EQUIPOS DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN MARIO AVALOS SALAZAR

2 CONTENIDO 2. REOLOGÍA, PROPIEDADES Y EQUIPOS DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN 2. 1. REOLOGÍA Definición Reología Fluidos Newtonianos Fluidos No Newtonianos A. Modelo Plástico Bingham B. Modelo Potencia C. Modelo Potencia Modificada o Herchel –Bulkley D. Otros Modelos reológicos E. Medición de la reología 2.2. PROPIEDADES Y EQUIPOS Densidad - Balanza de lodos Viscosidad embudo API - Embudo Marsh Viscosidad plástica, Punto cedente, Fuerza de gel - Viscosímetro FAN Filtrado API- Filtro prensa API Filtrado HP HT - Filtro prensa HP HT Porcentaje de arena, Porcentaje de sólidos y líquidos - Retorta PH - PHmetro Equipos para ensayos químicos Dureza de calcio y magnesio Cloruros Alcalinidad filtrado y lodo PF, MF, PM Prueba azul Metileno (MBT)

3 CONTENIDO 2. REOLOGÍA, PROPIEDADES Y EQUIPOS DE LOS FLUIDOS DE PERFORACIÓN PARTE 1: REOLOGÍA 2. 1. REOLOGÍA Definición Reología Fluidos Newtonianos Fluidos No Newtonianos A. Modelo Plástico Bingham B. Modelo Potencia C. Modelo Potencia Modificada o Herchel –Bulkley D. Otros Modelos reológicos E. Medición de la reología

4 2.1. REOLOGÍA 2.1.1 Definición Reología Δ𝑦 𝑦 Reo = Flujo
Logos = Estudio La Reología es el estudio del flujo de la materia (fluidos perforación) y su deformación. Se trata de una disciplina que analiza principalmente la relación entre el esfuerzo de corte (𝝉) y la velocidad de corte o cizallamiento (𝜸), y el impacto que estos tienen sobre las características de flujo dentro de materiales tubulares y espacios anulares Δ𝑦 𝑦 𝝉= 𝑭 𝑨 𝒍𝒃𝒇 𝟏𝟎𝟎 𝒇𝒕 𝜸= 𝚫𝒗 𝚫𝒚 𝟏 𝒔

5 2.1. REOLOGÍA 2.1.1 Definición Reología
Se requiere la Reología para predecir: Qué tan bueno es el transporte los recortes afuera del pozo Qué tan buena es la limpieza de los ripios en la cara de la barrena. Cuáles son las pérdidas de presión en el sistema. Cómo se comporta el sistema de fluido con los regímenes de flujo que se emplean en el pozo. En otras palabras se necesita entender la hidráulica de los fluidos de perforación.

6 2.1. REOLOGÍA 2.1.1 Definición Reología Modelos Reológicos
Los modelos reológicos generalmente usados por ingenieros de perforación para simular y aproximar el comportamiento de flujo son: Newtoniano No Newtonianos Plástico de Bingham Potencia Potencia Modificada o Herchel -Bulkley

7 2.1. REOLOGÍA 2.1.2. Fluidos Newtonianos 𝑭 𝑨 =𝝁 𝚫𝒗 𝚫𝑳
Las fuerzas viscosas presentes en un fluido Newtoniano simple son caracterizadas por la viscosidad del fluido 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”. 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. Experimentalmente se vio que: 𝑭 𝑨 =𝝁 𝚫𝒗 𝚫𝑳 Donde: 𝝉= 𝑭 𝑨 ; 𝜸= 𝚫𝒗 𝑨𝑳 Ley Newton viscosidad 𝝉=𝝁 𝜸 𝑭 𝑨 =𝝁 𝚫𝒗 𝚫𝑳

8 2.1. REOLOGÍA 2.1.2. Fluidos Newtonianos 𝝉=𝝁 𝜸 𝝉=𝝁 𝜸
Los fluidos Newtonianos son aquellos en los cuales la viscosidad permanece constante para todas las velocidades de cizallamiento siempre y cuando la temperatura y la presión permanezcan constantes. Ejemplos de Fluidos Newtonianos son: el agua, la glicerina y el aceite ligero. 𝝉=𝝁 𝜸 𝝉=𝝁 𝜸

9 2.1. REOLOGÍA 2.1.2. Fluidos Newtonianos 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. y se define como la razón del esfuerzo cortante a la velocidad de corte o cizallamiento. La unidad “Poise” es algo grande, por lo que se prefiere expresar la viscosidad en “Centipoise” [cP] que es 1/100 de 1 Poise [P]. Tipos de viscosidad Viscosidad Dinámica o Absoluta Viscosidad Cinemática Viscosidad Aparente Viscosidad Plástica 1 poise = 1 dyna−s c m 2 =1 𝑔 𝑐𝑚−𝑠 1 centipoise = 0.01 poise

10 2.1. REOLOGÍA 2.1.3. Fluidos 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. •La viscosidad de un fluido no Newtoniano se conoce como la viscosidad efectiva y para obtener su valor se debe especificar una velocidad de cizallamiento específica. Gráfica de un fluido No Newtoniano.

11 2.1. REOLOGÍA 2.1.3. Fluidos No Newtonianos
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 Gráfica de un fluido No Newtoniano.

12 2.1. REOLOGÍA A) Modelo plástico Bingham
Un fluido plástico de Bingham no fluirá hasta que el esfuerzo de corte aplicado, 𝝉 supere cierto valor mínimo, 𝝉 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 𝝁 𝒑 . La ecuación del modelo plástico de Bingham está dada por: La intercepción con el eje “y” se conoce como el Punto de Cedencia, y es el esfuerzo que se requiere para hacer que el fluido se ponga en movimiento. La pendiente de la curva se conoce como la Viscosidad Plástica.

13 2.1. REOLOGÍA A) Modelo plástico Bingham
Viscosidad Plástica, PV (𝝁 𝒑 ) Los lodos de perforación normalmente están compuestos por una fase líquida continua en la cual están dispersos los materiales sólidos. La Viscosidad Plástica es la resistencia al flujo relacionada con la fricción mecánica que es causada por: La concentración de sólidos. El tamaño y forma de los sólidos. La viscosidad de la fase líquida. En el campo la PV se considera como una guía para el control de sólidos. Se incrementa conforme el porcentaje volumétrico de sólidos se incrementa o si el porcentaje volumétrico permanece constante pero el tamaño de partículas disminuye. Por lo tanto, la PV se puede reducir al reducir la concentración de sólidos o disminuyendo el área superficial

14 2.1. REOLOGÍA A) Modelo plástico Bingham Punto de Cedencia, YP ( 𝝉 𝒚 )
El punto de cedencia es la resistencia inicial al flujo debida a las fuerzas electroquímicas entre las partículas. Estas fuerzas son causadas por las cargas localizadas en la superficie de las partículas dispersas en la fase fluida. El punto de cedencia depende de: Las propiedades superficiales de los sólidos en el lodo. La concentración volumétrica de los sólidos. El ambiente iónico del líquido que rodea a los sólidos. El YP se puede controlar por medio de un tratamiento químico adecuado. •Las cargas positivas en las partículas se pueden neutralizar por la adsorción de grandes iones negativos. Estos pueden ser aportados por productos químicos como: taninos, lignitos, lignosulfonatos, etc. •En caso de contaminación de iones como calcio o magnesio, estos se pueden remover como precipitados insolubles. •La dilución con agua también puede reducir el YP. Sin embargo, si la concentración de sólidos es demasiado elevada no va a ser efectiva.

15 2.1. REOLOGÍA B) Modelo Ley de la Potencia
Se utiliza para simular el comportamiento de fluidos de perforación basados en polímeros que no tienen un esfuerzo de cedencia. (por ejemplo las salmueras transparentes viscosificadas). La ecuación general para este modelo es 𝝉=𝑲 𝜸 𝒏 K es el índice de consistencia, “n” es el índice de comportamiento de flujo. 0 < n < 1.0 Tanto K como n son particulares para cada fluido. 𝝉=𝑲 𝜸 𝒏

16 2.1. REOLOGÍA C)Modelo Ley de Potencia Modificado o Herschel
Modelo usado para simular el comportamiento de la mayoría de los fluidos de perforación. Toma en cuenta el esfuerzo de cedencia para iniciar el flujo, que tiene la mayoría de los fluidos.La ecuación general para este modelo es 𝝉= 𝝉 𝒚 +𝑲 𝜸 𝒏 K es el índice de consistencia, “n” es el índice de comportamiento de flujo. 0 < n < 1.0 Tanto K como n son particulares para cada fluido. 𝝉 𝒚 , punto cedente., es el esfuerzo que se requiere para hacer que el fluido se ponga en movimiento 𝝉= 𝝉 𝒚 +𝑲 𝜸 𝒏

17 2.1. REOLOGÍA D) Otros modelos reológicos
Estos modelos tienen poco uso en combinación con fluidos de perforación

18 2.1. REOLOGÍA E) Medición de la Reología
Las propiedades reológicas de los fluidos de perforción se determinan en equipos como el mostrado aquí, llamado Reómetro o Viscosímetro Rotacional De este instrumento se puede obtener la viscosidad plástica y el punto cedente usando las indicaciones derivadas de las velocidades del manguito de rotor de 600 y 300 RPM. Que son controladas por la palanca de selección de velocidad

19 2.1. REOLOGÍA E) Medición de la Reología expresados en lb / 100 ft2
·Esfuerzo de Cortante = f (Lectura observada) ·Velocidad de cizallamiento = f (RPM de la cubierta) ·Esfuerzo de Cortante = f (Velocidad de Cizallamiento) Lecturas de agua fresca deben ser cero. Los viscosímetros están diseñados para dar lecturas a 3, 6, 100, 200, 300 y 600 rpm Viscosidad plástica (PV) = R600 – R300, expresada en centipoises. Punto de cedencia (YP) = R300 – PV Gel 10 segundos (GS 10 sec) = R3 a 10 seg Gel 10 minutos (GS 10 min) = R3 a 10 min expresados en lb / 100 ft2

20 2.1. REOLOGÍA E) Medición de la Reología
Punto de cedencia a baja velocidad de cizallamiento (LSRYP: Low Shear Rate YP): Medida de la viscosidad del lodo a baja velocidad de cizallamiento. Mide la capacidad del lodo para transportar recortes en el espacio anular. Mientras más grandes sean los recortes más elevado será el valor LSRYP requerido. Se calcula con la expresión:

21 FIN UNIDAD 2 ?