filosofía del flujo multifásico en tuberías

7/21/2019 Filosofía Del Flujo Multifásico en Tuberías

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Filosofía del flujo Multifásico en tuberías

Un pozo exploratorio de 1.500 pies se utilizó para estudiar los gradientes de

presión que se producen durante el flujo de dos fases continua ertical a tra!s de

una tubería de 1 pulgada" 1 1#$%pulg & 1 1#'%in tubo de ta(a)o no(inal. *l pozo de

prueba fue equipado con dos álulas de gas de eleación & cuatro Mai+a,trans(isores de presión electrónica" así co(o con instru(entos para (edir la tasa

de producción de líquido" tasa de in&ección de aire" te(peraturas & presiones de

superficie.

-as pruebas se realizaron para diferentes tasas de flujo de líquido" proporciones

de gas%líquido & iscosidades de líquidos. partir de estos datos" una precisa línea

/raersal de presión s profundidad se constru&ó para cada prueba en cada uno

de los tres ta(a)os de tubos.

partir de los resultados de estas pruebas" las correlaciones que se +andesarrollado per(iten la predicción exacta de los gradientes de presión para una

a(plia ariedad de ta(a)os de tuberías" las condiciones de flujo & las

propiedades del líquido. de(ás" las correlaciones & ecuaciones que se

desarrollan satisfacen la condición necesaria que se reducen a las relaciones

apropiadas para el flujo de una sola fase cuando la elocidad de flujo de gas o la

fase líquida se conierte en cero. /odas las correlaciones i(plican sólo grupos

adi(ensionales" que es una condición general(ente buscado para en análisis de

si(ilitud pero no sie(pre se consigue.

-as correlaciones desarrolladas en este estudio se +an utilizado para calcular losgradientes de presión para tuberías de diá(etro (a&or que aquellos sobre los que

se basan las correlaciones. -as co(paraciones de estos gradientes calculados

con deter(inados experi(ental(ente gradientes para las (is(as condiciones de

flujo obtenidos de la bibliografía indican que la extrapolación de estas tuberías de

(a&or ta(a)o es posible con un grado de precisión suficiente para los cálculos de

ingeniería. *l alcance de esta extrapolación sólo se puede deter(inar con los

datos adicionales de diá(etros de tubería (ás grandes.

-a predicción exacta de la caída de presión se espera que ocurra durante el flujo

de (ltiples fases de fluidos en la cadena de flujo de un pozo" es un proble(aa(plia(ente reconocido en la industria del petróleo. *l proble(a se +a acercado

an (ás a la pro(inencia con la llegada de ter(inaciones +o&o desnudo o pozos

ter(inaciones (u& peque)as que utilizan tubos de peque)o diá(etro. Muc+as de

las correlaciones que dan resultados razonable(ente precisos en los ta(a)os de

tubos (ás grandes son en gran (edida en el error cuando se aplica a los



conductos de peque)o diá(etro. onductos de diá(etro peque)o se definen

co(o 1 1#'%in tubo de ta(a)o no(inal o (ás peque)o.

*l estudio de los gradientes de presión que se producen durante el flujo de flujo

(ultifásico en tuberías es extre(ada(ente co(pleja debido al gran n(ero de

ariables que interienen. 2tras dificultades se refieren a la posibilidad denu(erosos regí(enes de flujo de geo(etría (u& ariable & el (ecanis(o & las

inestabilidades de las interfases de fluidos inolucrados. *n consecuencia" una

solución al proble(a por el enfoque utilizado nor(al(ente en la diná(ica de

fluidos clásico basado en la for(ulación & la solución de la ecuación de 3aier %

4to,es no se +a recibido. *ste es principal(ente el resultado de las no

linealidades que interienen & la dificultad de describir adecuada(ente las

condiciones de contorno. o(o resultado de lo anterior" la (a&oría de los

inestigadores +an elegido enfoques se(i%e(píricos o pura(ente e(píricos en un

esfuerzo para obtener una solución práctica al proble(a.

ran parte del trabajo preio en esta área se +izo en (odelos de tubería con un

diá(etro (u& peque)o en el laboratorio. Una serie de proble(as surgen" sin

e(bargo" cuando se intenta extrapolar estos resultados de laboratorio a

condiciones de ca(pos petroleros en la que se encontró tuberías (uc+o (ás

largas. *n los pocos estudios en los que se utilizaron los datos to(ados en tubos

largos" los datos cubiertos sólo una ga(a li(itada de las ariables" & co(o

resultado inexactitudes cuando se introducen las correlaciones se extienden fuera

de la ga(a de los datos originales. de(ás" co(o consecuencia de la li(itada

cantidad de datos disponibles para estos estudios" se pasaron por alto los efectos

de arias ariables i(portantes.

*l proble(a de predecir la caída de presión que se produce en el flujo de (ltiples

fases difiere de la de flujo de una sola fase en que se introduce otra fuente de

p!rdida de presión" es decir" las p!rdidas de presión resultantes por colga(iento

entre las fases. *ste colga(iento es un resultado de la diferencia entre las

elocidades lineales pro(edio integrado de las dos fases" que a su ez se debe a

las propiedades físicas de los fluidos inolucrados. *n contraste con el flujo de una

sola fase" las p!rdidas de presión en el flujo de (ltiples fases no sie(pre

au(entan con una dis(inución en el ta(a)o del conducto o un au(ento en la

tasa de producción. *sto se atribu&e a la presencia de la fase de gas que tiende a

colgarse por la fase líquida sin real(ente contribuir a su eleación.

Muc+os inestigadores +an intentado correlacionar a(bas las p!rdidas de

colga(iento & las p!rdidas por fricción por (edio de un nico factor de p!rdida de

energía análoga a la utilizada en el proble(a de flujo de una sola fase. *n un

enfoque de este tipo" sin e(bargo" (uc+as de las ariables i(portantes" co(o la



relación gas %líquido" la iscosidad del líquido & la tensión superficial" no

representan adecuada(ente. de(ás" las correlaciones no son generales" & un

gran n(ero de correlaciones serían necesarias para cubrir la ga(a de

condiciones que se encuentran en la práctica del ca(po petrolífero. 2tros

inestigadores +an optado por (edir el al(acena(iento del líquido" es decir" el

olu(en fraccional del conducto real(ente ocupado por el líquido" por diersos

(edios. *sto les per(itió corregir la parte estática del gradiente de la pendiente

total para los efectos de colga(iento. -as p!rdidas restantes se atribu&eron a la

fricción" & los factores de fricción se calculan a partir de los datos de prueba.

*stos factores de fricción fueron correlacionados con diersos grupos. uando

estas correlaciones se aplican a los datos to(ados en un tubo largo" sin e(bargo"

las p!rdidas de presión calculados son (uc+o (a&ores que los obserados & " de

+ec+o " en (uc+os casos" esas p!rdidas calculadas por el gradiente de estática

corregido solo superan las p!rdidas de presión total obserada . *sto indicaría que

el olu(en fraccional del tubo real(ente ocupado por el líquido es (ás peque)o

para el tubo largo que para el tubo corto" o que el flujo es (ás eficiente en el tubo

largo.

*l objetio del presente estudio fue obtener los datos de las pruebas realizadas en

un tubería larga & utilizar estos datos para desarrollar correlaciones que

explicarían por separado para los efectos de colga(iento & la fricción.

*l pri(er enfoque lógico sería realizar el (is(o tipo de estudio en los tubos largos

co(o se +izo en el caso de los (odelos de corto tubo " es decir " (edir el

al(acena(iento del líquido en el tubo largo & correlacionar estas (ediciones conpropiedades de flujo conocidos. Un enfoque alternatio al proble(a sería

deter(inar una correlación fricción basado en una analogía con el flujo de una

sola fase. -as p!rdidas por fricción podrían entonces ser deter(inadas utilizando

estos factores de fricción" & la diferencia entre las p!rdidas de presión totales

(edidos & las p!rdidas por fricción se podrían atribuir a la gradiente estática co(o

au(ento por desliza(iento entre las fases.

-os factores de colga(iento podrían ser calculados a partir de los datos de

prueba. 4e puede argu(entar en este punto en un enfoque de este tipo ni el

al(acena(iento del líquido" ni las p!rdidas por fricción se (iden en realidad. 4ine(bargo" si una correlación de fricción factor razonable puede ser deter(inada"

un gran porcentaje de las p!rdidas de presión calculados por este factor de

fricción será debido a la fricción. 6esde la otra fuente i(portante de p!rdida de

presión es el gradiente estática co(o au(ento por colga(iento" esta p!rdida se

refleja en la correlación atraco % factor. *s cierto que algunas p!rdidas de fricción

pueden ser incluidas en la correlación atraco & iceersa. *stos deben ser



peque)os" & &a que estos factores son deter(inados experi(ental(ente" estas

p!rdidas se contabilizarán. 4ería irtual(ente i(posible separar todas las for(as

de p!rdidas & desarrollar correlaciones para cada uno" pero un enfoque de este

tipo se separará las p!rdidas por fricción debido al al(acena(iento del líquido en

gran (edida & ta(bi!n dar cuenta de todas las otras p!rdidas. *ste lti(o

enfoque es el que se aprobó para el presente estudio.

*l propósito del trabajo experi(ental descrito en la siguiente sección era obtener

los datos necesarios de tubos largos que luego podrían ser utilizados en el

desarrollo de una correlación (ás generalizada.

7ara obtener una (edida de la exactitud de las correlaciones desarrolladas en las

secciones anteriores" se realizó un análisis estadístico sobre los resultados de los

cálculos que utilizan los datos obtenidos co(o parte del presente estudio" así

co(o los datos reportados por Fanc+er & 8ro9n. *n el lti(o se inclu&eron debido

a que los datos representaban (ás altas presiones de tuberías & (a&oresproporciones de gas %líquido que se podían obtener en la prueba ta(bi!n.



o(o resultado de este trabajo" se +an llegado a las siguientes conclusiones:

1. -os factores de fricción para flujo de dos fases se pueden deter(inar a partir de

un diagra(a de factor de fricción conencional (ediante la definición de un

n(ero de ;e&nolds para el flujo de dos fases" proporcionado una definición

adecuada del factor de colga(iento.

'. 3o es necesario separar el flujo de dos fases en los diferentes patrones de flujo

& desarrollar correlaciones para cada uno. -as correlaciones generalizadas

desarrollados en este trabajo en el que no se +izo ningn intento de deter(inar los

patrones de flujo proporcionan la suficiente precisión para propósitos de

ingeniería.

<. *n (uc+os casos" la p!rdida de presión debido a un ca(bio en la energía

cin!tica puede darse un porcentaje apreciable de las p!rdidas totales de presión"

particular(ente cerca de la parte superior del pozo cuando se encuentran bajas

presiones de tubería. *n estas condiciones" se debe to(ar el ca(bio en la energía

cin!tica en consideración.

$. -as correlaciones desarrolladas co(o parte de este trabajo parecen ser (u&

generales & se pueden aplicar en un rango (uc+o (ás a(plio de condiciones que

la (a&oría de las correlaciones presentadas anterior(ente. -as correlaciones

i(plican sólo grupos adi(ensionales & son consistentes con el requisito de que la

ecuación de gradiente para el flujo de dos fases" a reducir a la ecuación de

gradiente de flujo de una sola fase cuando se per(ite que sea la elocidad de flujo

del gas o el líquido es aproxi(ado a cero.

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