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Microsoft Word - APENDICE A - PROPIEDADES REOLOGICAS DE LOS FLUIDOS
APNDICE A PROPIEDADES REOLGICAS DE LOS FLUIDOS
APNDICE A
PROPIEDADES REOLGICAS DE LOS FLUIDOS1
Sea el siguiente sistema, figura A-1, en donde se bombea un fluido a un gasto constante Q de densidad r a travs de un tubo horizontal:
La diferencia entre las presiones de entrada, P1, y de salida, P2, se le conoce como perdida de presin por friccin o cada de presin, _P. Es decir:
_P = P1 P2
Ec. A.1
Uno de los factores de los que dependen las cadas de presin son las propiedades reolgicas de los fluidos. Por tal motivo, las cadas de presin de un sistema no son constantes. Tal y como se
muestra en la figura A-2.Figura A-2. Cadas de presin
de un sistema de circulacin.
Las cadas de presin DP1 y DP2 son diferentes, entre otras cosas, porque su reologa es distinta, viscosidad, punto de cendencia, constantes K y n, en otras palabras la reologa del fluido influye en su comportamiento.
Reologa. Es la disciplina que estudia la deformacin y flujo de la materia, las propiedades reolgicas fundamentales del lodo de perforacin son:
CONTROL DE POZOS 15
PROPIEDADES REOLGICAS DE LOS FLUIDOS APNDICE A
Viscosidad plstica.
Punto de cedencia.
Resistencia al gel.
La reologa de un fluido de perforacin la podemos utilizar para:
- Calcular las prdidas de presin por friccin.
- Analizar la contaminacin del fluido de perforacin.
- Determinar los cambios de presin en el interior del pozo durante un viaje.
Esfuerzo de corte, t [lb / 100 pies2]. Es la fuerza por unidad de superficie requerida para mover un fluido a una velocidad de corte dada. Es decir, la fuerza mnima necesaria para mover un fluido.
ndice de consistencia, K [cP]. Es el factor de consistencia del flujo laminar. Podemos describirla de forma idntica al concepto de viscosidad plstica dado que un aumento de K indica un aumento en la concentracin de slidos disminucin del tamao de las partculas.
Indica la consistencia del fluido; es decir, si el valor de K es alto, el fluido es mas "viscoso" y viceversa.
ndice de flujo, n [Adimensional]. Es la relacin numrica entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte.
Es una medida de la no-newtonianidad del fluido, entre ms alejado de la unidad sea el valor de n, mas no-Newtoniano es el comportamiento del fluido.
Resistencia al gel. Es la fuerza de atraccin que se da a condiciones estticas, debido a la presencia de partculas cargadas elctricamente. Depende principalmente de la cantidad y tipo de slidos en suspensin, el tiempo de reposos, la temperatura y el tratamiento qumico.
15 CONTROL DE POZOS
APNDICE A PROPIEDADES REOLGICAS DE LOS FLUIDOS
Punto de cedencia, PC [lb / 100 pies2]. Es el esfuerzo mnimo de corte que debe aplicarse a un fluido para que comience a desplazarse, figura A-3.
Velocidad de corte, g [seg-1]. Es la velocidad relativa de una lmina movindose junto a otra, dividida por la distancia entre ellas.
Viscosidad, [cP]. Propiedad de los fluidos que tiende a oponerse al flujo cuando se le aplica una fuerza, entre ms alta sea la viscosidad de un fluido mayor resistencia interna al flujo opondr, figura A-4.
Viscosidad aparente, A [cP]. La viscosidad aparente es la viscosidad real o viscosidad verdadera observada.
Viscosidad efectiva, E [cP]. Describe la resistencia del fluido a fluir a travs de una geometra particular. El fluido fluyendo a travs del espacio anular tendr una viscosidad efectiva diferente a la que tiene cuando fluye dentro de la tubera de perforacin.
CONTROL DE POZOS 15
PROPIEDADES REOLGICAS DE LOS FLUIDOS APNDICE A
Tambin la podemos definir como la Viscosidad verdadera en cualquiera de los puntos obtenidos por lecturas del viscosmetro.
Viscosidad plstica, P [cP]. Es la parte de la resistencia al flujo causada por la friccin, afectada principalmente por la concentracin de slidos, tamao y forma de las partculas slidas y la viscosidad de la fase fluida.
CLASIFICACIN REOLGICA DE LOS FLUIDOS
En la siguiente figura se muestra en forma general como se clasifican los fluidos segn su reologa, figura A-5.
Fluido. Toda substancia que fluye y que no opone resistencia a una fuerza que tienda a modificar su forma. El trmino incluye tanto a los lquidos como a los gases.
Fluido Newtoniano. Son aquellos fluidosqueexhibenuna proporcionalidad directa entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte. Por ejemplo; diesel y agua, figura
A-6.
Figura A-6. Comportamiento del fluido Newtoniano.
Fluido no-newtoniano. Son todos aquellos fluidos que no exhiben una relacin directa entre el esfuerzo y la velocidad de corte. Por ejemplo; la mayora de los fluidos de perforacin y el cemento.
15 CONTROL DE POZOS
APNDICE A PROPIEDADES REOLGICAS DE LOS FLUIDOS
Los fluidos no-newtonianos se dividen en dos principales grupos:
Fluidos independientes del tiempo
Fluidos dependientes del tiempo
Fluidos independientes del tiempo. Son as llamados debido a que sus propiedades reolgicas no cambian con el tiempo. Entre estos se encuentran los siguientes:
Fluidos plsticos de Bingham. Estos fluidos, para iniciar su movimiento requieren vencer un esfuerzo inicial finito o punto de cedencia y al graficar en escala lineal exhibiendo una relacin lineal entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte, figura A-7.
fluido plstico de Bingham.
Fluidos seudoplsticos. Son aquellos fluidos que con un esfuerzo cortante infinitesimal iniciar su movimiento y posteriormente la velocidad de corte se incrementar en forma no lineal; lo que nos indica que la viscosidad del fluido disminuye al
Fluidos dilatantes. Estos fluidos presentan un comportamiento similar a los fluidos seudoplsticos, con la diferencia de que en los fluidos dilatantes el ritmo del incremento del esfuerzo cortante con la
CONTROL DE POZOS 155
PROPIEDADES REOLGICAS DE LOS FLUIDOS APNDICE A
Fluidos seudoplsticos y dilatantes con punto de cedencia: Son aquellos fluidos que exhiben un
esfuerzo inicial finito o punto de cedencia. Una vez que el esfuerzo inicial ha sido rebasado, la relacin entre el esfuerzo cortante, con la velocidad de corte
resultante no es lineal, figura A-10.
Fluidos dependientes del tiempo. Estos fluidos se caracterizan porque sus propiedades reolgicas varan con la duracin del corte (esfuerzo cortante y velocidad de corte), bajo ciertas consideraciones. Los fluidos dependientes del tiempo se subdividen en:
Fluidos tixotrpicos. Son aquellos fluidos en los cuales el esfuerzo cortante decrece con la duracin del corte, figura A-11.
de los fluido tixotrpicos.
Fluido reopcticos. A diferencia de los fluidos tixotrpicos, el esfuerzo cortante se incrementa conforme se incrementa la duracin del corte, figura A-12.
de los fluido reopcticos.
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
1. Lpez Valdez Israel, Apuntes de Ingeniera de Pozos, 2008-2
15 CONTROL DE POZOS
APNDICE B RGIMEN DE FLUJO
APNDICE B
RGIMEN DE FLUJO1, 2
Como ya se menciono, la reologa se encarga del estudiar de la deformacin y flujo de la materia.
Flujo. Es una deformacin de los fluidos de tipo permanente.
Rgimen de flujo. Es la configuracin de estructura de fases en la tubera. Cuando un fluido fluye a travs de un conducto, este puede fluir ya sea en rgimen laminar, transicional o turbulento, figura B-1.
Existen tres tipos bsicos de regmenes de flujo, que son:
Flujo laminar.
Flujo turbulento.
Flujo transicional.
Flujo transicional. El flujo transicional tiene lugar cuando el flujo cambia de laminar a turbulento y viceversa.
CONTROL DE POZOS 15
RGIMEN DE FLUJO APNDICE B
Flujo laminar. El flujo laminar tiene lugar entre bajas y moderadas velocidades de corte en que las capas de fluido pasan unas junto a otras en forma ordenada. Este movimiento es paralelo a las paredes del agujero a travs del cual fluye y la friccin generada entre el fluido y las paredes es
baja, figura B-2.
Flujo turbulento. El flujo turbulento se produce a altos ndices de cizallamiento, cuando el fluido se mueve en forma catica. En un flujo turbulento las partculas son arrastradas por giros al azar y remolinos de corriente, la friccin en este flujo es
Velocidad crtica. La velocidad crtica de un fluido es la velocidad a la cual el flujo cambia de rgimen, figura B-4.
NMERO DE REYNOLDS
Reynolds mostro que el criterio para romper el movimiento laminar del fluido y la transicin al flujo turbulento depende de una cantidad adimensional denominada nmero de Reynolds, este es de gran importancia en la solucin de problemas de flujo y
15 CONTROL DE POZOS
APNDICE B RGIMEN DE FLUJO
relacionan las fuerzas de inercia a las fuerzas viscosas que son desarrolladas por el fluido en movimiento.
El nmero de Reynolds considera factores bsicos del flujo en tuberas los cuales son: dimetro de la tubera, velocidad promedio, densidad y viscosidad del fluido.
- r: Densidad
- v: Velocidad
- Di: Dimetro interno
- m: Viscosidad
La clasificacin del rgimen de flujo con respecto al nmero de Reynolds es de la siguiente manera:
- Si NRe < 2300, el flujo es laminar
- Si 2300 < NRe < 3100, el flujo es transicional
- Si NRe > 3100, el flujo es turbulento
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
1. Grace Robert D. with contributions by: Bob Cudd, Richards S. Carden and Jerald L. Shursen. Blowout and Well Control Handbook. Gulf Professional Publishing Company. 2003.
2. Villegas Javier Mara Isabel, Apuntes de Flujo Multifasico, 2009-1.
CONTROL DE POZOS 15
APNDICE C SNUBBING
_
APNDICE C
SNUBBING
El proceso con el snubbing, consiste en correr o jalar tubera, tubera de perforacin u otras tuberas en presencia de presin en superficie, tal que esta sea suficiente para que la tubera se vea forzada a salir del agujero, esto es, con el snubbing la fuerza generada por la presin de formacin es tal que puede eyectar la tubera.
En la figura C-2 se muestra que la fuerza en el pozo Fp, es mayor que el peso de la tubera. La fuerza en el pozo es la combinacin de la fuerza de presin, fuerzas de friccin y fuerzas de empuje.
_
16 _CONTROL DE POZOS _
SNUBBING APNDICE C
_
El stripping es similar al snubbing si la tubera se est corriendo o jalando fuera del agujero bajo presin. En las operaciones de stripping la fuerza resultante de la presin de formacin es insuficiente para sacar la tubera del agujero. Se muestra en la figura C-3.
Las operaciones de snubbing y stripping pueden desarrollarse a cualquier presin. Por lo regular estas operaciones estn limitadas a presiones menores de 2000 [psi].
Algunas de las aplicaciones del Snubbing ms comunes son las siguientes:
- Viajar tubera bajo presin.
- Control de pozos bajo presin.
- Pesca, fresado y perforacin bajo presin.
- Operaciones de terminacin de pozos bajo presin.
El snubbing podra ser la nica opcin para las operaciones crticas del control de pozos.
En general las operaciones de alta presin se realizan con mayor seguridad. Para las operaciones de terminacin de pozos, los procedimientos se pueden desarrollar sin fluidos de control, esto gracias a que se elimina potencialmente el dao a la formacin.
Existen, como en todo, algunas desventajas asociadas con las operaciones con el snubbing, usualmente estas operaciones son bastante complejas. Las operaciones con el snubbing son ms lentas que el stripping.
_
CONTROL DE POZOS 161
_
APNDICE C SNUBBING
_
Para el control de pozos con el equipo snubbing existen algunas tcnicas que pueden utilizarse para mantener las presiones de los pozos dentro de los niveles seguros durante las operaciones, cuando la tubera esta fuera del pozo o est viajando.
Los pozos donde se realizan operaciones con snubbing tienen presin en superficie y capacidad de fluir. El mantener el control del pozo significa que las presiones, a cualquier profundidad, se mantienen por debajo de la capacidad del equipo utilizado. Dependiendo de las condiciones del pozo, las presiones excesivas dan como resultado fallas en el equipo superficial, fallas en la tubera o fracturas de cualquier formacin expuesta.
El control del pozo se logra mediante los preventores, y mediante el empleo de operaciones de desfogue o bombeo, para mantener las presiones del pozo en niveles aceptables.
El control primario del pozo se logra mediante el fluido del pozo que proporciona presin hidrosttica para prevenir que el pozo fluya. Los preventores se instalan como elementos de respaldo. Cuando se realizan operaciones con snubbing se emplea una combinacin de presin superficial ms la presin hidrosttica para controlar el pozo, figura C-4.
Figura C-4. Control de pozos convencional contra control de pozos con snubbing.
Para prevenir la entrada de fluido de formacin en operaciones normales, tenemos:
Pformacin__Prof x Densidad del lodo10
Cuando se realizan operaciones con Snubbing esto se convierte en:
_
16 _CONTROL DE POZOS _
SNUBBING APNDICE C
_
Ec. C.2
Pformacin Profundidad x Densidad del lodo10+ P
s
Los factores que previenen la entrada del fluido de formacin en las operaciones normales son presin de formacin, profundidad de formacin y la densidad del fluido en el pozo. Un factor adicional para el snubbing es la presin superficial.
A continuacin se muestra comparativo de presiones, en relacin a una operacin convencional y una operacin snubbing, figura C-5. Note que la presin en todos los puntos por arriba de la profundidad total, en el caso del snubbing, es mayor que la presin en operaciones convencionales.
REFERENCIAS
1. Grace Robert D. with contributions by: Bob Cudd, Richards S. Carden and Jerald L. Shursen. Advanced Blowout and Well Control. Gulf Publishing Company. 1994.
2. Petrleos Mexicanos. Pemex Exploracin y Produccin. Un Siglo de la Perforacin en Mxico. Tomo 13 -
Control de Brotes. _
_
CONTROL DE POZOS 163
_
APNDICE D GRAFICAS
APNDICE D
GRAFICAS
16 CONTROL DE POZOS
GRAFICAS APNDICE D
CONTROL DE POZOS 165
APNDICE D GRAFICAS
16 CONTROL DE POZOS
GRAFICAS APNDICE D
CONTROL DE POZOS 167
APNDICE D GRAFICAS
1 CONTROL DE POZOS
GRAFICAS APNDICE D
APNDICE D GRAFICAS
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
1. Bourgoyne Jr. Adam T., Millheim Keith K., Chenevert Martin E., Young Jr F. S. Aplied Drilling Engineering.
Society of Petroleum Engineers.
2. Bourgoyne Jr. Adam T., Millheim Keith K., Chenevert Martin E., Young Jr F. S. Aplied Drilling Engineering.
Society of Petroleum Engineers.
3. Bourgoyne Jr. Adam T., Millheim Keith K., Chenevert Martin E., Young Jr F. S. Aplied Drilling Engineering.
Society of Petroleum Engineers.
4. Bobok Ph. D. Elemr, Fluid Mechanics for Petroleum Engineers, Elsevier.
5. Bobok Ph. D. Elemr, Fluid Mechanics for Petroleum Engineers, Elsevier.
6. Bobok Ph. D. Elemr, Fluid Mechanics for Petroleum Engineers, Elsevier.
1 CONTROL DE POZOS
APENDICE E HOJA DE CONTROL
APNDICE E
HOJA DE CONTROL
CONTROL DE POZOS 171
HOJA DE CONTROL APNDICE E
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
1. Petrleos Mexicanos PEP-UPMP. Programa de Acreditacin en Control de Pozos, Well Cap.
CONTROL DE POZOS172
APNDICE F TABLAS DE PROBLEMAS Y SOLUCIONES DEL CONTROL DE POZOS
APNDICE F
TABLAS DE PROBLEMAS Y SOLUCIONES DEL CONTROL DE POZOS
CONTROL DE POZOS 173
TABLAS DE PROBLEMAS Y SOLUCIONES DEL CONTROL DE POZOS APNDICE F
Tabla F-2.
APNDICE F TABLAS DE PROBLEMAS Y SOLUCIONES DEL CONTROL DE POZOS
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
1. Petrleos Mexicanos PEP-UPMP. Programa de Acreditacin en Control de Pozos, Well Cap.
CONTROL DE POZOS 175
EJERCICIOS RESUELTOS DE CONTROL DE POZOS APNDICE G
APNDICE G
EJERCICIOS RESUELTOS DE CONTROL DE POZOS
176 CONTROL DE POZOS
APNDICE G EJERCICIOS RESUELTOS DE CONTROL DE POZOS
EJERCICIOS RESUELTOS DE CONTROL DE POZOS APNDICE G
APND
DICE G
S DE CONTR
La gra es la s
afica que rep siguiente:
presenta el c
comportami
En la circula la sup
primera et acin, esta p erficie hasta
apa, el nive presin dism a la barrena
e a la pres el fluido de
En la hasta
segunda et la superficie
tapa se deb e por el espa
nstante, des
das de pr al circular n las siguien
TROL DE POZ
ZOS
ROL DE POZO
con respect
to a la presi
figura G observar
G-1
el la la de
miento de
durante del fluido
sin inicial control, des
sde la barre
resin en
179
EJERCICIOS RESUELTOS DE CONTROL DE POZOS APNDICE G
Con base a lo anterior, al calcular la densidad equivalente de circulacin obtenemos lo siguiente:
rfc = 13.5 [lb / gal] 0.119826 = 1.617 [gr /cm3] Prof = 17384 [ft] 0.3048 = 5300 [m]
\ DEC = 1.637 [gr /cm3]
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
1. Wild Well Control, Well Control Killsheets Ver. 10.11.
180 CONTROL DE POZOS
Figura A-1. Sistema de circulacin.
Figura A-3. Punto de cedencia.
ALTA VISCOSIDAD
BAJA VISCOSIDAD
Figura A-4. Viscosidad de los fluidos.
Figura A-5. Clasificacin reolgica de los fluidos.
Figura A-7. Comportamiento del
incrementarse la velocidad de corte, figura A-8.
Figura A-8. Comportamiento de los fluidos seudoplsticos.
velocidad de corte se incrementa, figura A-9.
Figura A-9. Comportamiento
de los fluidos dilatantes
Figura A-10. Fluidos seudoplsticos y
dilatantes con punto de cedencia.
Figura A-11. Comportamiento
Figura A-12. Comportamiento
Figura B-1. Regmenes de flujo.
Figura B-2. Flujo laminar.
mayor, figura B-3.
Figura B-3. Flujo turbulento.
Figura B-4. Velocidad crtica.
Fuerzas
de
_
Inercia
N
Re
=
E
c
.
B
.
1
Fuerzas
_
Vis
cos
as
r
v
D
N
Re
=
m
Don
de:
- NRe: Nmero de Reynolds, [Adimensional]
Figura C-1. Equipo Snubbing.
Figura C-2. Fuerzas en el snubbing.
Figura C-3. Fuerzas en el Stripping.
Figura. C-5. Comparativo de presiones segn la operacin.
1
, para el modelo plstico de Bingham.
CRe
Figura D-1. Nmero crtico de Reynolds, N
2
, para el modelo deLey de Potencias.
CRe
Figura D-2. Nmero crtico de Reynolds, N
3
Figura D-3. Constante de eficiencia de flujo, k [Adimensional].
Figura D-4. Factor de compresibilidad, Z, para el metano.5
Figura D-5. Factor de compresibilidad, Z, para el etano.6
Figura D-6. Factor de compresibilidad, Z, para el propano.7
CONTROL DE POZOS 169
Figura E-1. Hoja de control de brotes.1
174 CONTROL DE POZOS
Tabla F-3.
CONTROL DE POZOS 177
178 CONTROL DE POZOS
"COMP
PORTAMIEN
NTO DE PR
RESIN
DURANTE
E LA CIRCU
LACIN DE
EL FLUIDO
DE CON
NTROL"
2500
2000
PRESIN
1500
1000
NA""BARRENA
A - SUPERFICIE"
"SUPE
ERFICIE - BARREN
0 500
01
1000 2000
3000 4000
5000 600
00 7000
EMBOLADAS
Fig
gura G-1.
En la podemos comportam presin circulacin control.
Figura G-
-2.
Las cad sistema a control so
el fluido
n
tes:
-
D
P
P
S
= 6.97 [p
s
s
i]
-
D
P
P
I
NT.
TUB.
=
3
4
4
2.59 [psi]
[psi]
- DP
PBna = 40.68
-
D
P
P
EA
= 152.2
3
3
[psi]
704
D
P
704
23
gr
DEC
=
r
+
=
617
+
=
637
EA
fc
3
H
5300
cm
Tabla F-1.
EJERCICIOS
ento de las
RESUELTOS
emboladas
OS
n
de presin edida que es or de la tube
r la presin
correspond s circulado e era.
en TP con
el mximo minuye a me
por el interio
be mantene acio anular.
de de
na
el de
CONT