flujo multifãsico

FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS

FUNDAMENTOS DE FLUJO DE YACIMIENTOS

Los dos factores primordiales para que un yacimiento sea bueno son la porosidad y la permeabilidad. La porosidad es el porcentaje de espacio vaco en la roca en que estn almacenados los fluidos y la permeabilidad es la interconexin entre estos vacos o poros y se refiere a la capacidad que tiene el fluido a pasar a travs de la roca.

GENERALIDADESPorosidad y Permeabilidad del Yacimiento

GENERALIDADESFLUJO LNEAL

La velocidad a la cual el fluido atraviesa la roca depender de:

Seccin transversal, A La permeabilidad, K Cada de presin a travs del bloque, p Longitud del bloque, L La viscosidad, (La velocidad es indirectamente proporcional con la viscosidad)

ESTO ES FLUJO LNEAL, Henry Darcy estudio este tema y dio su nombre a la medida de la permeabilidad, el Darcy.

CLASIFICACIN DE YACIMIENTOSMayor a 39.0Menor a 0.830Superligero31.1 - 39.00.870 - 0.830Ligero22.3 - 31.10.920 - 0.870Mediano10.0 - 22.31.000 - 0.920PesadoDENSIDAD APIDENSIDAD (gr./ cm3)TIPO DE ACEITEEn Mxico se producen los sig. tres tipos de crudos de exportacin.39SuperligeroOlmeca32LigeroIstmo22PesadoMayaDENSIDAD APITIPO DE CRUDONOMBRE COMERCIALTIPOS DE ACEITE

ANLISIS DE FLUJO DEL YACIMIENTO AL POZO

ANLISIS DE FLUJO DEL YACIMIENTO AL POZOCOMO PRODUCE UN POZO

Durante la perforacin de un pozo, se utiliza la presin hidrosttica de los fluidos de perforacin para contrarrestar la presin del yacimiento que posteriormente conducir los hidrocarburos a la superficie.

Una vez que un yacimiento entra a producir, su presin puede reducirse a medida que se agota gradualmente la energa del mismo debido a la produccin de los fluidos (petrleo o gas).

La presin del yacimiento impulsa a los fluidos a la superficie. Si la presin del yacimiento es insuficiente para llevar los fluidos a la superficie, es necesario utilizar un mecanismos de levantamiento artificial o un sistema de recuperacin secundaria mejorada.

ANLISIS DE FLUJO DEL YACIMIENTO AL POZOCAIDAS DE PRESIN QUE CONTROLAN EL DESEMPEO DEL POZO

ANLISIS DE FLUJO DEL YACIMIENTO AL POZO

Dao a la formacin:El dao (o mejoramiento) a la formacin modifica la eficiencia del flujo, y por lo tanto, el comportamiento de afluencia del pozo.

La Eficiencia de Flujo (EF):Depende de la variacin de las condiciones naturales de la formacin. Cualquier cambio en ellas alterar la distribucin de presiones y consecuentemente, el gasto.

FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCTIVIDAD DEL YACIMIENTO

El flujo en el medio poroso depende de:

Compresibilidad del fluido:Incompresible: ningn fluido es incompresible. Se usa de manera terica.Ligeramente incompresible: agua y aceite se consideran ligeramente incompresiblesCompresible: gas

FLUJO EN EL MEDIO POROSOANLISIS DE FLUJO DEL YACIMIENTO AL POZO

Estado de Flujo:

No continuo transitorio dp/dt es diferente de cero: Es un tipo de flujo donde la distribucin de presin a lo largo del rea de drenaje cambia con el tiempo.

Semicontinuo dP/dt = constante: Despus del flujo transitorio este periodo ocurre una transicin hasta alcanzar una estabilizacin pseudo-estabilizacin de la distribucin de presin dependiendo de las condiciones existentes en el borde exterior del rea de drenaje.

Continuo Estacionario dP/dt = 0: Es un tipo de flujo donde la distribucin de presin a lo largo del rea de drenaje no cambia con el tiempo y se presenta cuando se estabiliza la distribucin de presin en el rea de drenaje de un pozo perteneciente a un yaciumiento.ANLISIS DE FLUJO DEL YACIMIENTO AL POZO

Nmero de fluidos presentes en el medioMonofsico: Agua, o aceite, o gasBifsico: Agua y aceite, o gas y aceite, o agua y gasMultifsico: agua, aceite y gasFlujo en el Medio PorosoANLISIS DE FLUJO DEL YACIMIENTO AL POZO

CAPACIDAD DE PRODUCCIN DEL SISTEMALa capacidad de produccin del sistema est representada a travs de el gasto de produccin del pozo, y esta es consecuencia de un perfecto balance entre la capacidad de aporte de energa del yacimiento y la demanda de energa de la instalacin.ANLISIS DE FLUJO DEL YACIMIENTO AL POZO

FUNDAMENTOS DE ANLISIS NODAL

Es el estudio del flujo de fluidos en un sistema de produccin el cual generalmente se divide en tres sub-sistemas , que son: flujo en el yacimiento, flujo en la tubera vertical y flujo en la tubera horizontal.Se le llama anlisis nodal porque se divide el sistema de flujo en partes (nodos), con la finalidad de predecir el gasto y la presin en los nodos de unin de los sub-sistemas, o bien en los extremos del mismo.ANLISIS NODALFUNDAMENTOS DE ANLISIS NODAL

ANLISIS NODALOBJETIVO:

Predecir el comportamiento del flujo para las condiciones actuales.Predecir el comportamiento de flujo al variar los parmetros en algn nodo del sistema.Tomar decisiones para optimizar las condiciones de flujo, en base a parmetros de volmenes de produccin, gastos crticos y parmetros econmicos.

CONDICIONES:

Siempre debe conocerse o suponerse la presin en el inicio y al final del sistema.En el nodo de solucin, las condiciones de gasto deben ser idnticas para cada sub-sistema analizado.Los nodos de solucin pueden ser los extremos de todo el sistema, o bien los puntos de unin.


FUNDAMENTOS DE ANLISIS NODALEs el conjunto de elementos por donde se mueven los fluidos desde el subsuelo hasta la superficie, se separan en aceite, gas y agua y se envan a las instalaciones para su almacenamiento y comercializacin.

YacimientoPozoEstranguladorTubera de descargaSeparador Tanque de almacenamientoDuctos de transporteSistema Integral de Produccin

Yacimiento: Porcin de una trampa geolgica que contiene hidrocarburos, la cual se comporta como un sistema hidrulicamente conectado.

Pozo: Agujero que se hace a travs de la roca hasta llegar al yacimiento y en el cual se instalan tuberas y otros elementos con el fin de establecer un flujo de fluidos controlado desde el yacimiento hasta la superficie.

Tubera de descarga: Conducto de acero con la finalidad de transportar la mezcla de hidrocarburos y agua desde la cabeza del pozo hasta el separador.

Estrangulador: Dispositivo instalado en los pozos productores para establecer una restriccin al flujo de fluidos y obtener el gasto deseado.

Separadores: Equipos utilizados para separar la mezcla de aceite, gas y agua que proviene del pozo; pueden ser verticales, horizontales o esfricos.


RECORRIDO DE LOS FLUIDOS EN EL SISTEMAFUNDAMENTOS DE ANLISIS NODALTransporte en el Yacimiento: El movimiento de los fluidos comienza en el yacimiento a una distancia re del pozo donde la presin es Pws, viaja a travs del medio poroso hasta llegar a la cara de la arena radio del hoyo, rw, donde la presin es Pwfs. En este mdulo el fluido pierde energa en la medida que el medio sea de baja capacidad de flujo (Ko. h), presente restricciones en las cercanas del pozo (dao S) y el fluido ofrezca resistencia al flujo (o). Mientras mas grande sea el hoyo mayor ser el rea de comunicacin entre el yacimiento y el pozo aumentando el ndice de productividad del pozo. La perforacin de pozos horizontales aumenta sustancialmente el ndice de productividad del pozo.

Transporte en las Perforaciones: Los fluidos aportados por el yacimiento atraviesan la terminacin que puede ser una tubera de revestimiento cementada y perforada, normalmente utilizado en formaciones consolidadas, un empaque con grava, normalmente utilizado en formaciones poco consolidadas para el control de arena. En el primer caso la prdida de energa se debe a la sobrecompactacin trituracin de la zona alrededor del tnel perforado y a la longitud de penetracin de la perforacin; en el segundo caso la prdida de energa se debe a la poca rea expuesta al flujo. Al atravesar la terminacin los fluidos entran al fondo del pozo con una presin Pwf.

Transporte en el Pozo: Ya dentro del pozo los fluidos ascienden a travs de la tubera de produccin venciendo la fuerza de gravedad y la friccin con las paredes internas de la tubera. Llegan al cabezal del pozo con una presin Pwh.

Transporte en la Lnea de Flujo Superficial: Al salir del pozo si existe un estrangulador de flujo en la cabeza del pozo ocurre una cada brusca de presin que depender fuertemente del dimetro del orificio del estrangulador, a la descarga del estrangulador la presin es la presin de las lnea de flujo Plf, luego atraviesa la lnea de flujo superficial llegando al separador en la estacin de flujo, con una presin igual a la presin del separador Psep, donde se separa la mayor parte del gas del petrleo.


P1 = Pr - Pwfs= Cada en el yacimientoP2 = Pwfs - Pwf= Cada en la pared del pozoP3 = Pwf - Pwh = Cada en la TPP5 = Pwh - Psep = Cada en la lnea de flujoPePwfsPwfP1 = (Pr - Pwfs)P2 = (Pwfs - Pwf)P3 = Pwf - PwhP5 = (Pwh2 - Psep)PsepGasLiquidoTanquePT = Pr - Psep = Cada de presin totalPwhCAIDAS DE PRESIN EN UN SISTEMA INTEGRAL DE PRODUCCINP4 = (Pwh1 Pwh2)Pwh1Pwh2EstranguladorP4 = Pwh1 Pwh2 = Cada en el estranguladorFUNDAMENTOS DE ANLISIS NODAL

FLUJO MULTIFSICO EN SISTEMAS DE PRODUCCIN

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICOFLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALESFLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS HORIZONTALESFLUJO MULTIFSICO A TRAVS DE ESTRANGULADORES

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSEs el volumen de aceite medido a condiciones de yacimiento, lo cual incluye aceite ms gas disuelto, entre el volumen de aceite muerto, pero medido a condiciones estndar, es decir, el volumen de aceite pero sin gas disuelto.

Bo = Vol. (aceite + gas disuelto) @ cy / (Vol. de aceite muerto @ cs )FACTOR DE VOLUMEN DEL ACEITE (Bo)

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSFACTOR DE VOLUMEN DEL GAS (Bg)Se define como el volumen de una masa de gas medido a presin y temperatura del yacimiento o de escurrimiento, dividido por el volumen de la misma masa de gas medido a condiciones estndar. BgPPsatPiBgs

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSRELACIN DE SOLUBILIDAD (Rs)Son los pies cbicos de gas disuelto en el aceite a ciertas condiciones de presin y temperatura, por cada barril de aceite en el tanque, medidos ambos volmenes a condicin estndar.PPiPbPabRsabRsiRs

Se define como el volumen de gas disuelto en el aceite ms el gas libre a condiciones estndar, dividido entre el volumen de aceite muerto a condiciones estndar.

En la etapa de depresionamiento desde la presin inicial del yacimiento hasta la presin de burbujeo, la RGA es igual a la Rs y son constantes, ya que el volumen de gas total a c.s. es el gas disuelto en el aceite, debido a que no hay liberacin del mismo. En la etapa de depresionamiento desde la Pb hasta la presin de abandono, existe un periodo en que la RGA baja, ya que el gas se empieza a liberar en el yacimiento y no fluye hasta que alcanza la saturacin de gas crtica. Una vez que el gas fluye del yacimiento hacia el pozo la RGA se incrementa debido a que se inicia producir el gas libre, el cual tiene ms movilidad que el aceite.RELACIN GAS - ACEITE (RGA)PT = cte.PbPiRGARGA = RsPROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

Viscosidad del Petrleoo (cps)P (psi)PROPIEDADES DE LOS FLUIDOSLa viscosidad se define como la resistencia interna de un fluido a fluir. La viscosidad del petrleo es una propiedad muy importante que controla la afluencia de flujo de petrleo a travs del medio poroso y tuberas.

Frmulas Rs,Bo,ro,muo,Z y Bg

Standing

Standing

Con:

Beggs & Robinson

Kartoatmodjo y Schmidt

Victor Popn (Z)

Bg (bls/pcn) = 0.00503*Z.T(R) / P(lpca)

&L&"Arial,Negrita Cursiva"&28&UPropiedades del Petrleo

Pb

Rs

Pb

Bo

Pb

mo

Pb

ro

Hoja3

MBD00060F5B.unknown

MBD0023A436.unknown

MBD0023B16A.unknown

MBD0023DF78.unknown

MBD0023B169.unknown

MBD000D084E.unknown

MBD0023A0CA.unknown

MBD000C33CE.unknown

FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICODEFINICIN DE FLUJO MULTIFSICO El flujo multifsico en tuberas se define como el movimiento conjunto de gas y lquido.

El gas y lquido pueden existir como una mezcla homognea o fluir conjuntamente como fase separadas, generando diferentes patrones de flujo, entendiendo por ello la distribucin de una fase con respecto a la otra al fluir a travs de las tuberas.

FASEEs una cantidad de materia homognea en toda su extensin tanto en composicin qumica como en la estructura fsica. Existen tres tipos de fases: slida, lquida y gaseosa. Un sistema puede contener una o ms fases.FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

PROBLEMAS RELACIONADOS CON EL FLUJO MULTIFSICO EN LA INDUSTRIA PETROLERA Problemas de diseo

Prediccin de gradientes de presin, temperatura, fracciones volumtricos de fases, patrones de flujo. Problemas de operacin

Condensacin en pozos y ductos. Bacheo severo. Formacin de hidratos y parafinas. Separacin de agua y aceite en oleoductos. Inestabilidad de flujo gas-lquido en pozos con BN.FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

Gas LquidoLquido LquidoLquido SlidoGas SlidoGas - Liquido SlidoGas - Liquido LquidoGas - Lquido - Lquido - SlidoTIPOS DE FLUJO MULTIFSICO EN LA INDUSTRIA PETROLERAFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

Es la superficie que separa dos fases.INTERFAZFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

GASTO MSICO

Es cantidad del fluido (masa) que atraviesa una seccin transversal de la tubera en unidad de tiempo (kg/s o Ibm/s)

W = V A

r = Densidad del fluidoV = Velocidad promedioA = rea de la seccin transversal del tubo.FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICOr

GASTO MSICO TOTAL

Es la suma de gastos msicos de cada fase:

W = Wl + Wg FRACCIN DE GAS MSICA

Es el gasto de la fase gaseosa entre el gastomsico total de la mezclawgwX =FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

GASTO VOLUMTRICO DE LQUIDOEs el volumen de lquidoque atraviesa una seccin transversal de la tubera por unidad de tiempo (m3/s) ql = Vl * AlGASTO VOLUMTRICO DE GASEs el volumen de gas que atraviesa una seccin transversal de la tubera por unidad de tiempo (m3/s) qg = Vg * Ag


GASTO VOLUMTRICO TOTALEs el volumen de la mezcla que atraviesa una seccin transversal de la tubera por unidad de tiempo. El gasto volumtrico total es la suma de los gastos de cada fase:

qT = ql + qgql = 0.01191 (qo Bo + qw Bw)

qg = 0.002122 qo (R Rs) BgFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

FRACCIN VOLUMTRICA TOTALSe define como la relacin entre la velocidad del gas y la velocidad del lquido:

Cuando K=1 se tiene flujo homogneo y las fases se mueven con la misma velocidad. La velocidad es muy importante para las cuestiones de diseo y la fraccin volumtrica de las fases depender en gran medida de las velocidades que se tengan.


Colgamiento de lquido (Hl) y gas (Hg). Relacin entre el volumen de lquido gas existente en una seccin de tubera a las condiciones de flujo y el volumen de la seccin de tubera correspondiente.Resbalamiento.Este trmino se usa para describir el fenmeno natural del fluido a mayor velocidad de una de las dos fases. VlVp HlCOLGAMIENTO Y RESBALAMIENTO VgVp HgFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

Cuando dos fases fluyen simultneamente, es evidente que lo pueden hacer en diversas formas .

A cada una de estas formas se le conoce como patrn de flujo. Ms concretamente , un patrn de flujo es la distribucin relativa de una fase con respecto a la otra en una tubera. El patrn de flujo esta determinado por la forma de la interfaz.PATRON DE FLUJOFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

CLASIFICACIN DE PATRONES DE FLUJO TUBERA VERTICAL FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

COMPORTAMIENTO DE FLUJO EN UN POZO TIPICO FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

FLUJO SEGREGADOFlujo Estratificado Flujo Ondulado Flujo AnularCLASIFICACIN DE PATRONES DE FLUJO TUBERA HORIZONTAL FLUJO INTERMITENTEFlujo TapnFlujo Tipo BacheFLUJO DISTRIBUIDOFlujo BurbujaFlujo NieblaFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

FLUJO SEGREGADO

Flujo Estratificado.- El lquido fluye por el fondo de la tubera y el gas de desplaza sobre la interfase gas lquido.

Flujo Ondulado.- Es similar al estratificado, pero el gas se mueve a mayor velocidad que el aceite y la interfase esta formada por ondas que se desplazan en la direccin del flujo.

Flujo Anular.- El lquido forma una pelcula alrededor del interior de la tubera y el gas fluye a alta velocidad en su parte central.FLUJO SEGREGADOFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

FLUJO INTERMITENTE

Flujo Tapn.- Flujo en el cual se alternan tapones de lquido y de gas en la parte superior de la tubera.

Flujo Bache.- Impulsadas por la mayor velocidad del gas, las ondas se elevan peridicamente, hasta tocar la parte superior de la tubera, formando espuma.FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICOTAPNBACHE

FLUJO DISTRIBUIDO

Flujo Burbuja.- En este tipo de flujo las burbujas de gas se desplazan por la parte superior de la tubera a la misma velocidad que el lquido.

Flujo Niebla.- La mayor parte de lquido fluye disperso en forma de niebla.BURBUJANIEBLAFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

FACTORES QUE AFECTAN EL PATRN DE FLUJOGastos de fases.

Presin.

Condiciones de transferencia de calor.

Propiedades de los fluidos transportados (densidad, viscosidad, tensin superficial).

Geometra del ducto (pozo), el dimetro de la tubera, el ngulo de inclinacin.

Direccin de flujo (ascendente, descendente, flujo Paralelo, flujo contracorriente).FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

METODOS DE PREDICCIN DE FLUJO MULTIFSICOCORRELACIONES EMPRICAS

MODELADO MATEMTICO

Correlaciones Empricas: Es una relacin entre grupos adimensionales de parmetros que permite describir un fenmeno fsico observado en un sistema (por ejemplo, la friccin de flujo multifsico sobre la pared).


LIMITACIONES DE LAS CORRELACIONESEl rango de aplicacin es limitado

El ingeniero no comprende los fenmenos fsicos que ocurren en el sistema

Las correlaciones estn limitadas al anlisis de flujo en el rgimen permanente

El mtodo no es aplicable para describir fenmenos transitoriosFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

PROBLEMAEl colgamiento de liquido fue medido en una tubera a gastos especficos de gas y aceite.

Determine las velocidades reales de las fases.

V SL = 1.0 ft/secVSG = 1.0 ft/secHL = 0.8FUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

PROBLEMAVgVlFLUJO BACHEFUNDAMENTOS DE FLUJO MULTIFSICO

FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

La ecuacin del balance energa se fundamenta en el principio de conservacin de la energa, el cual establece que un fluido con flujo en rgimen permanente al abandonar una parte de un sistema, lo hace con una energa igual a aquella con la que entr, ms el trabajo suministrado a dicho fluido o menos el cedido por ste.ECUACIN GENERAL DE ENERGAFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Por lo tanto de acuerdo con la Ley de conservacin de la energa:ECUACION GENERAL DE ENERGIA2hDiagrama de flujo en un conducto aislado12TurbinaWs2Ws1FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS (3.1)(3.2)

Energa de Expansin : esta dada por:

donde:Energa Potencial : esta dada por:(3.3)(3.4)FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Energa de Cintica : esta dada por:

donde:al sustituir las energas correspondientes a las posiciones 1 y 2 en la ecuacin (3.1) se obtiene:(3.5)(3.6)(3.7)FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

donde:Multiplicando la ecuacin (3.7) por y considerando despreciables las prdidas de energa por trabajo externo, se tiene:considerando positiva la cada de presin en la direccin del flujo, se tiene:A esta ecuacin se le acostumbra escribir en la forma siguiente:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

PERDIDAS DE PRESION POR FRICCIONLas prdidas de presin por friccin en conductos circulares de dimetro constante; han sido determinadas por varios investigadores. Dentro de los cuales se encuentran:

Ecuacin de Darcy. Ecuacin de Fanning.Ecuacin de DarcyDedujo experimentalmente la siguiente ecuacin, expresada en unidades consistentes:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Ecuacin de FanningLa ecuacin establecida por Fanning es:donde:

por lo tanto:


Factor de friccin (f):Es un factor que est en funcin de la rugosidad de la tubera ( ) y del Nmero de Reynolds (NRe), esto es:El nmero de Reynolds se define como:Clculo de fPara calcular el valor de f, es necesario determinar el rgimen de flujo (laminar turbulento).

El flujo laminar se presenta cuando NRe 2300. El flujo turbulento cuando NRe 3100.


Para flujo laminar de una sola fase, el factor de friccin depende exclusivamente del nmero de Reynolds, y est dado por:para; NRe 2300En base a datos experimentales Blasius obtuvo la siguiente expresin para el factor de friccin en tuberas lisaspara; NRe 105La ecuacin presentada por Drew y otros:para un rango de 3100 NRe 106Para tuberas rugosas, Nikuradse efectu determinaciones experimentales del factor de friccin, de estos resultados se obtuvo la siguiente expresin:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Basndose en la ecuacin anterior, Moody prepar el diagrama que lleva su nombre, para determinar el factor de friccin en tuberas de rugosidad comercial. Para NRe 2300 (flujo laminar); f= f(NRe). A partir de NRe = 3100, se inicia la zona de transicin; f= f(NRe, /d). La zona turbulenta se inicia a diferentes valores de NRe, dependiendo del valor de / d. f es independiente de NRe y vara nicamente con la rugosidad relativa. El valor de f puede obtenerse para flujo turbulento con:Cuando el flujo se encuentra en la zona crtica (2300NRe3100) el factor de friccin se puede aproximar con la siguiente ecuacin:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Diagrama de MoodyFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Una ecuacin explcita para el factor de friccin es la ecuacin de Chen: RugosidadLos valores ms comnmente empleados en la industria son:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

FLUJO DE LIQUIDO EN TUBERIASLa ecuacin general de energa que expresa el gradiente de presin total, puede escribirse en la forma siguiente, al considerar despreciable el efecto de la aceleracin.La cada de presin por elevacin es:donde:Ecuacin general de energa en unidades prcticasFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Las prdidas de presin por friccin estn dadas por:Sustituyendo las ecuaciones de Pe y Pf en la PT anterior, se obtiene:donde:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Numero de ReynoldsTambin es conveniente una ecuacin de NRe, en la que sus factores estn en unidades prcticas:La sustitucin de unidades se hace de la forma siguiente:Es decir:Finalmente sustituyendo las ecuaciones anteriores, nos queda lo siguiente:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Eficiencia de flujoSe define como la fraccin (o por ciento) del gasto total calculado al manejado realmente en una tubera.

Por lo tanto:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

FLUJO DE GAS EN TUBERIAS Y ESTRANGULADORESFLUJO DE GAS EN TUBERIASEcuacin general de energa

Prdidas de presin por friccin para flujo de gas en tuberas.FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

p ; (lb/pg2)qg ; (pie3/da)L ; (millas)T ; (F)d ; (pg)Prdidas de presin por friccin para flujo de gas en tuberas.FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Prdidas de presin por elevacin para flujo de gas en tuberas.p ; (lb/pg2)qg ; (pie3/da)L ; (millas)T ; (F)d ; (pg)FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Prdidas de presin totales para flujo de gas en tuberas.Premisas:Flujo en rgimen permanenteFlujo en una sola faseEnerga cintica despreciableFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Ecuaciones de flujo de gas natural para tuberas horizontalesFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Ecuaciones de flujo de gas natural para tuberas inclinadasqg ; (pie3/da)d ; (pg)g ; (cp)FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Principales caractersticas de las Ecuaciones de flujo de gasFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

La eficiencia de flujo en funcin de la presencia del lquido en el gas (Ikoku)Presencia de condensados:Correccin de la densidad del gas (Razaza y Katz):gc; densidad de la corriente de flujoMo; peso molecular del condensadoRL; Relacin gas / lquido (pie3/bl). En este caso se utilizar gc en lugar de g para todos los clculosFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

TIPO DE GASCONT. DE LQ.(gal/mmpcs)EGas seco0.10.92Gas hmedo7.20.77Gas y condensado8000.60

Presencia de condensados y agua:Correccin de la densidad del gas (Vitter):Correccin del gasto de gas por presencia de condensados:(Ikoku):GEo; gas equivalente del condensado (pie3 @ c.s. / bl).FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

ve ; velocidad de erosin (pie/seg).g ; densidad del fluido (lbm/pie3).C ; Cte. de proporcionalidad(75 a 150).qe ; Gasto de gas de erosin (pie3/da).P ; presin (lb/pg2).T ; Temperatura (F)Velocidad de erosinFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

ve = velocidad terminal (pies/seg). = densidad del fluido (lbm/pie3). ; tensin interfacial (dina/cm)Velocidad terminal (Turner):Conclusin:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

FLUJO DE GAS A TRAVS DE ESTRANGULADORESUn estrangulador es una herramienta cuya funcin es la de restringir el paso de un fluido bajo presin con el objeto de controlar el gasto del pozo en las cantidades deseadas.Presiones consideradas en el flujo a travs de un estranguladorFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

Los principios sobre los cuales se basa est teora se deducen de la ecuacin general de balance y energa, la cual se resume en lo siguiente:En el caso del flujo a travs de un estrangulador, los lmites de integracin son: a la entrada (1) y a la parte central (2), como se observa en la figura.Lmites de integracin y lneas de flujo12FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

El nmero de Mach se define como:Para M < 1 el flujo es subsnico.Para M > 1 el flujo es supersnico (o supercrtico).Para M = 1 el flujo es snico o crtico.Vf = velocidad del fluidoVp; velocidad de propagacin de la onda acstica

El conjunto de ecuaciones que describen las condiciones de flujo isoentrpico estacionario son:donde:Si se considera flujo snico y un gas cuyo valor de k sea de 1.4, se tiene que:FUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

El valor de k puede obtenerse de la siguiente figura o bien de la ecuacin:Y de los coeficientes de la pag 90 del libro de transporte.

Tabla. Relacin de presin, temperatura y densidad crtica para flujo isoentrpico de una gas idealFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

DETERMINACIN DEL DIMETRO DE ESTRANGULADOR La siguiente ecuacin obtenida de la combinacin de una ecuacin de estado con la ecuacin de balance de energa (Bernoulli), considerando flujo adiabtico y sin friccin, nos permite determinar el dimetro del estrangulador para flujo crtico y subcrtico. donde:Cd = 1.9083 x 10-4 para: Po = 14.7 lb/pg2 abs y To = 60 FFUNDAMENTOS DE FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS

FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES

FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES CRITERIOS La determinacin de las cadas de presin en tuberas verticales es de suma importancia, ya que es aqu donde se consume gran parte de la energa disponible en el yacimiento. Ejemplo Tub. 3 pg.

CADAS DE PRESIN Las cadas de presin en tuberas verticales estn dadas por los efectos de friccin, elevacin y aceleracin :

Gradiente de presin por FRICCIN. Gradiente de presin por ELEVACIN. Gradiente de presin por ACELERACIN.FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES

REGIONES DE FLUJO La siguiente grfica muestra el comportamiento de las cadas de presin totales contra el gasto de lquido y flujo vertical. En la regin de flujo estable las cadas de presin se incrementan a medida que el gasto se incrementa, debido a un incremento en las cadas por friccin.

En la regin de flujo inestable, las cadas de presin se incrementan a medida que el gasto se reduce debido al incremento del colgamiento y por ende al incremento de las cadas por elevacin (mayor densidad).

FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES

Tabla . Porcentaje de Cada de Presin por ComponenteFLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES

Componente% del p TotalPozos de petrleo Pozos de gas Elevacin (Hidrosttico)70 90 20 50 Friccin10 30 30 60 Aceleracin0 10 0 10

CLASIFICACIN DE CORRELACIONES FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES

FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES CARACTERSTICAS EXPERIMENTALES (Grupo I)

FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES CARACTERSTICAS EXPERIMENTALES (Grupos II y III)

CORRELACIN DE POETTMAN Y CARPENTER (1952) Calcular:FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES Calcular las propiedades de los fluidos:

CORRELACIN DE HAGEDORN Y BROWN Gradientes de Presin:Gradiente de presin gravitacional:f se obtiene a partir del diagrama de MoodyGradiente de presin debido a la friccin:Gradiente de presin debido a la aceleracin:FLUJO MULTIFSICO EN TUBERAS VERTICALES

flujo multifãsico

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