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8/12/2019 Propiedades reológicas del petroleo.doc

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DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES

REOLOGICAS

1. OBJETIVO

La presente práctica tiene por objetivo determinar las propiedades reológicas de

un lodo de perforación mediante el uso de un viscosímetro rotativo o Rheómetro.

2. FUNDAMENTO TEORICO

La Reología es el estudio de la viscosidad y las deformaciones en el flujo de un fluido de

perforación cuando este se encuentra en movimiento. Las propiedades

reológicas están definidas por el esfuerzo de corte τ y la velocidad de corte

D que son los factores que originan la composición de la viscosidad. La

reología de los fluidos es estudiada principalmente a través de la medida de

su viscosidad o su inverso la fluidez.

La viscosidad esta compuesta de dos variables que son! la viscosidad plástica "# y el

punto cedente o yield point $#.

La "iscosidad #lástica VP es la resistencia al flujo de un fluido de perforación causada

principalmente por la fricción entre las partículas suspendidas y la

viscosidad de la fase líquida continua. #ara propósitos prácticos la

viscosidad plástica depende de la concentración de sólidos presentes y del

tama%o y forma de las partículas que conforman estos sólidos.

&l #unto cedente YP $ield #oint #unto de fluencia es la resistencia al flujo causado

por la atracción molecular que es el resultado de la atracción de cargas

eléctricas positivas y negativas situadas en o cerca de la superficie de las

partículas bajo condiciones de flujo que dependen de!

- La viscosidad de la fase líquida continua

- 'el volumen de los sólidos en el fluido de perforación

- 'el volumen de fluidos dispersados (fluidos emulsionados)

- 'el n*mero de partículas por unidad de volumen del fluido de perforación

- 'e la forma de las partículas sólidas

- 'e la atracción o repulsión a) entre partículas sólidas b) entre sólidos y las fases

del fluido



La viscosidad se define como la resistencia interna al flujo de un fluido. +ambién la

podemos definir como la relación del esfuerzo de corte a la velocidad de corte de un

fluido.

,iendo el esfuerzo de corte igual a!

A

F =τ

'onde - es la fuerza que act*a sobre el área .

La velocidad de corte!

dZ

dV D =

que es el deslizamiento en dirección de la fuerza -.

&ntonces la viscosidad es!

D

dZ

dV A

F

τ µ ==

/ndice de consistencia ( )n

++

=YP VP

VP 2YP ln4427 .1n

ó para lecturas en un viscosímetro rotatorio

=

300

600ln4427 .1n

τ

τ

/ndice de comportamiento de flujo ( )k

n511

YP VP k +=

ó para lecturas en un viscosímetro rotatorio

n

300

511k

τ =

#ara hallar la "# y el $# además de la viscosidad aparente seg*n las lecturas de un

viscosímetro rotatorio se tienen las siguientes fórmulas!



"iscosidad #lástica 300600VP τ τ −= en [ ]cp

#unto 0edente VP YP 300 −=τ en

⋅ 2 ft 100

lbs

"iscosidad #lástica2

VAP 600τ

= en [ ]cp

Las condiciones reales de flujo no se conocen a profundidad en todo el circuito de fluidos

de perforación y tampoco pueden ser reproducidas estas condiciones con un simple

instrumento de uso en el campo consecuentemente por conveniencia las mediciones de la

reología son efectuadas bajo condiciones estrictamente arbitrarias.

Los fluidos pueden ser clasificados en 1e2tonianos y 1o 1e2tonianos. Los primeros son

aquellos que se comportan como fluidos ideales esto es sus componentes no tienen

cualquier interacción entre sí en cuanto a los 1o 1e2tonianos serían los fluidos reales.

1o e3isten naturalmente fluidos ideales más son solamente fluidos cuyo comportamiento

se apro3ima al ideal como es el caso de líquidos soluciones verdaderas diluidas y pocos

sistemas coloidales.

-L4/'5 1&6+51/15 $ 15 1&6+51/15

&n el fluido 1e2toniano solamente ocurren efectos de atracción mecánica y el nivel

energético de esas interacciones se apro3iman al nivel energético para ruptura y

formación de puentes de hidrógeno en un líquido. &n estos fluidos la gradiente D de

deformación es directamente proporcional a la fuerza o tensión aplicada τ siendo la

proporcionalidad dada intrínsecamente dependiente de la naturaleza del fluido. ,i la

viscosidad de un fluido es constante a temperatura y presión constantes e independiente

de la velocidad de corte el fluido es llamado ne2toniano por ejemplo el agua la glicerina

el alcohol.

&sa constante es el coeficiente de viscosidad h que representa el atributo mecánico

entre las capas hD=τ como el atributo por definición es independiente de la variación

de τ y de la gradiente D . 0uando estas interacciones entre los componentes dependen

de la velocidad de deformación causada por fuerzas e3ternas este fluido es llamado 1o

1e2toniano. esta categoría pertenecen la gran mayoría de los coloides hidrofílicos.

#ara estos sistemas el efecto de las temperaturas sobre la viscosidad varía con la

naturaleza más o menos hidrofílicas de los dispersiones.



&l coeficiente de viscosidad h es llamado viscosidad aparente. &n los fluidos ne2tonianos

un valor de h caracteriza el fluido en cuanto para el 1o 1e2toniano el valor de h

varía con la fuerza aplicada produciendo diferentes tipos de comportamiento en función

de τ . ,i la viscosidad además de ser función de la temperatura y también de su presión

varía también con el esfuerzo de corte aplicada y en algunos casos con el trabajo previo

ejecutado sobre el líquido en este caso el fluido es llamado no ne2toniano por ejemplo

las suspensiones de arcilla lodos o fluidos de perforación. 0uando la fuerza aplicada

aumenta la fluidez del sistema o cesa baja su viscosidad independientemente del tiempo

de aparición de la fuerza tenemos un tipo de fluido que es llamado #seudoplástico y al

cesar la causa deformante el fluido vuelve a tener el valor de la viscosidad aparente

inicial .ho &n el caso opuesto cuando la fuerza disminuye la viscosidad aparente

aumenta por efecto de una fuerza uniforme aplicada al fluido. &n este caso el fluido al

ser sometido a la agitación aumenta su resistencia al movimiento volviendo a oh al cesar

la fuerza aplicada independiente del tiempo de aplicación de la fuerza es llamado

'ilatante.

#ara los fluidos #seudoplásticos y 'ilatantes las curvas pueden ser descritas por una

ecuación diferencial!nkD=τ

0uando ,hk ,1n == tenemos el fluido 1e2toniano cuando 1n > el fluido es dilatante y

será #seudoplástico cuando .1n < &l fluido dilatante es formado habitualmente por una

alta concentración de sólidos bien dispersados que e3hibe una curva de consistencia no

lineal y pasando por el origen. Los fluidos que presentan un flujo pseudo plástico son

líquidos espesos como el shampoo o también el diesel oil con bastante asfalto disuelto.

&n otros dos casos en que los efectos descritos y producidos por la aplicación de fuerza

e3terna de deformación perduran parcialmente cuando cesa la fuerza aplicada. &sto es el

fluido demora un tiempo mayor de aquel que fue aplicada la fuerza para volver al estado

inicial de oh tales fluidos son denominados +i3otrópicos y Reopécticos.

Los fluidos +i3otrópicos y Reopécticos e3hiben 7/,+&R&,/, esto es la viscosidad de los

sistemas sujetos a una fuerza t . &ntre los alimentos que presentan comportamientos

ti3otrópicos ésos son geles de pectina con bajo tenor de grupos 8e5 geles de alginatos y

ciertos tipos de miel. &l ti3otropismo puede ser atribuido a ligaciones de hidrógenos entre

las micelas coloidales rompidas por la agitación y que vuelven a formarse en el sistema enreposo.

Los fluidos plásticos que e3hiben un comportamiento semi sólido no

autodeformables y deformables por la aplicación de una fuerza superior a la fuerza

mínima son los llamados -luidos 9ingham. "irtualmente todos los fluidos de perforación

de base agua que contienen arcillas fluyen de una manera similar al 9inghan #lástico

como se indica en la figura. Los lodos de aceite tienden a presentar un flujo

pseudoplástico y tienen que ser formulados especialmente para impartir una conducta de

flujo plásticos. &n lodos con alto contenido volumétrico de sólidos la fricción entre



partículas es incrementada debido a su roce continuo de una con otra. 9ajo esas

condiciones la viscosidad plástica siendo una medida de la fricción es incrementada

acompa%ada de un incremento en la viscosidad aparente. La disminución del diámetro

de las partículas también incrementa el valor de la viscosidad plástica debido a que se

incrementa el área de superficie y consecuentemente la fricción. &n todos los fluidos de

perforación e3iste un incremento en la superficie de las partículas debido a la acción

triturante del trépano durante la perforación.

&3isten varios métodos para disminuir la concentración de sólidos de un fluido de

perforación los cuales sirven para bajar las viscosidades plástica y aparente!

• &n muchos casos se a%ade agua para diluir los sólidos y así disminuir la fricción

entre partículas.

• 7acer correr el lodo por la zaranda remueve las partículas de gran tama%o

reduciendo la concentración de sólidos.

• &stas máquinas hacen una separación mecánica de las partículas de alta y baja

gravedad específica desechando las partículas de baja gravedad y disminuyendo la

concentración de sólidos.

• &sta máquina remueve mecánicamente la arena del lodo lo cual reduce la

concentración de sólidos.

3. MATERIALES Y EQUIPO

• 8uestra de lodo.

• Licuadora para agitar el lodo.

• Rheómetro completo.

&l equipo que se utilizó en laboratorio es el Rheometro que es un equipo que permite

obtener lecturas directas opera en forma rotacional por medio de un cilindro e3terno

(959) que es accionado por un operador haciendo girar un manubrio en forma circular

para obtener una velocidad angular que a través de un sistema de engranajes internos

produce velocidades de :;; y <;; revoluciones por minuto las cuales pueden ser

seleccionadas alternativamente por una palanca de cambios. &n laboratorio y en el pozo

se usan viscosímetros rotativos ("iscosímetro -ann Rheómetro etc.) como un medio de

evaluar cuantitativamente las propiedades reológicas "# y $# del lodo para tener un

control contínuo en la perforación.

4. PROCEDIMIENTO

• 0oloque el instrumento sobre una superficie bien nivelada y verifique que su

plataforma se encuentre bien asentada.

• 0olocar una muestra de lodo recientemente agitado en el recipiente de prueba y

colóquelo en la plataforma e3actamente debajo del cilindro rotatorio (959).



• segure el peso en el interior del cilindro rotatorio.

• 0uando el cilindro rotatorio e3terior y la pesa interior están firmemente

aseguradas baje el conjunto hasta que esté sumergido en la muestra e3actamente

hasta la línea marcada en el cilindro rotor. #ara sostenerlo en esta posición

apriete la cerradura del tornillo (vuelta de tuerca) en la pata izquierda del

instrumento.

• 0oloque la palanca de cambios en baja velocidad (:;; R#8) subiendo esta hacia

arriba hasta que esta encaje dentro de su retenedor.

• 'é vueltas al manubrio (en sentido horario) de forma enérgica y constante por

un minuto o el tiempo necesario para que l lectura en el dial se estabilice y sea

constante (el tiempo requerido depende de la características de la muestra).

• 0uando la lectura sea constante registre ésta como el esfuerzo de corte a :;;

revoluciones por minuto ( ).300τ .

• Repetir el mismo procedimiento pro colocando l manubrio de la palanca de

cambios hacia abajo hasta que éste encaje dentro del retenedor esto significaráque esté a alta velocidad de <;; R#8.

• 0uando la lectura sea constante registre esta como el esfuerzo de corte a <;;

revoluciones por minuto como ( ).600τ Las mangas y el 959 del Rheómetro serán

lavadas después de cada operación.

5. DATOS EXPERIMENTALES

Lodo ! D"ns#d$d [ ] LP% 300τ 600τ

1 &,6 11 1'

2 &,57 25,5 35,5

Lodo ! [ ]cpVP

2 ft 100lbYP [ ]cpVAP

1 & 3 ',5

2 10 15,5 17,75

Lodo ! n k (

)#n ft

Vc

)#n *$l

+c

1 0,7&& 0,0&1 50',1& 171,16 162,432 0,477 1,302 7672,05 355,4' 337,35

0álculos.

• 0alcular las viscosidades plásticas y puntos cedentes para cada lodo.

LODO 1



[ ]

[ ]cp &VP

cp 111'- VP

VP 300600

=

−=

−= τ τ

=

−=

−=

2

2

300

100ft lb 3YP

100ft lb &11- YP

VP YP τ

[ ]

[ ]cp 5 ,'VAP

cp 2

1'VAP

2VAP 600

=

=

=τ

LODO 2

[ ]

[ ]cp 10VP

cp 5 ,255 ,35- VP

VP 300600

=

−=

−= τ τ

=

−=

−=

2

2

300

100ft lb 5 ,15YP

100ft lb 105 ,25- YP

VP YP τ

[ ]

[ ]cp 75 ,17 VAP

cp 2

5 ,35VAP

2VAP 600

=

=

=τ

• 0alcular los índices de consistencia y de comportamiento de flujo para cada lodo.

LODO 1

7&& ,0n

11

1'.ln4427 ,1n

.ln4427 ,1YP VP

VP 2YP .ln4427 ,1n

300

600

=

=

=

+

+

= τ

τ

0&1 ,0k

511

11k

511511VP YP k

7&& ,0

n300

n

=

=

=+= τ

LODO 2

7&& ,0n

5 ,25

5 ,35.ln4427 ,1n

.ln4427 ,1YP VP

VP 2YP .ln4427 ,1n

300

600

=

=

=

++

=τ

τ

302 ,1k

511

5 ,25k

511511

VP YP k

477 ,0

n

300

n

=

=

=+

= τ

• 0alcular la velocidad crítica y el caudal crítico con cada lodo para un pozo con!

Diámetro del pozo DH = 8,5 plg

Diámetro de la tubería DP = 7,0 plg



Para el lodo 1:

( )

( )

[ ] pie/min 16,171

18,509

18,509

60,8·)75,8(

788,0·081,0·81600

·)(

··81600

788,02

1

2

1

788,0

387,0

387,0

=

=

=

=

−

=

−

=

−

−

Vc

Vc

/ Vc

/

/

D D

nk /

n

L

n

P ϕ

( )

[ ]gal/min 43,162

5,24

75,8·16,171

5,24·

22

22

=

−=

−=

+c

+c

D DVc+c

P

Para el lodo 2:

( )

( )[ ] pie/min 49,355

18,509

05,7672

57,8·)75,8(

477,0·302,1·81600

·)(

··81600

477,02

1

2

1

477,0

387,0

387,0

=

=

=

=

−

=

−

=

−

−

VcVc

/ Vc

/

/

D D

nk /

n

L

n

P ϕ

( )

[ ]gal/min 35,337

5,24

75,8·49,355

5,24·

22

22

=

−=

−=

+c

+c

D DVc+c P



2. Observaciones.

Se debe mover el maubrio a ua velo!idad !o"tate para #ue el dial idi#ue ua le!tura!o"tate$

De"pu%" de &a!er la medi!i' el dial "e de"plazaba detrá" del valor de !ero ( &abía #uemover el maubrio e "etido ati&orario para poerlo e !ero de uevo$

) la velo!idad de *00 +P el maubrio "e poe ma" duro ( "e debe u"ar ma(or -uerza

para &a!erlo girar$

3. Conclusiones.

Pudimo" determiar la" propiedade" reol'gi!a" de do" -luido" de per-ora!i' di-erete"

mediate el u"o de u +&e'metro ( lo" re"ultado" de vi"!o"idad plá"ti!a ( puto !edetepara !ada uo de ello" "o lo" "iguiete":

Lodo Nº VP [cp] YP [lb/100!2

]1 8 .

2 10 15,5

". Cues!ionario.

1. #Cu$l es la i%por!ancia de las propiedades reol&'icas en la peroraci&n(

/a" propiedade" reol'gi!a" d u -luido de per-ora!i' "o de gra importa!ia (a #ue o" da

idi!io" de !'mo "e !omporta el lodo e "u -luo, e" de!ir o" da la" !ara!terí"ti!a" de -luo de

el lodo$

/a" medida" de la vi"!o"idad plá"ti!a ( del puto !edete "o etremadamete tile" e ladetermia!i' de la !au"a de vi"!o"idade" abormale" e lo" -luido" de per-ora!i'$

2. #)u* es la viscosidad aparen!e(

/a vi"!o"idad aparete el la re"i"te!ia al -luo, debida a el !omportamieto !oloidal #ue tiee

lo" "'lido", e u -luido de per-ora!i'$ /a vi"!o"idad aparete o -luidez de u lodo "e !ompoe

de do" variable", la vi"!o"idad aparete ( el puto !edete$

3. Para +u* sirven los ,ndices de consis!encia - co%por!a%ien!o de luo.

3"to" ídi!e" "e u"a para realizar !ál!ulo" de &idráuli!a de per-ora!i' ( "irve para &allar

valore" de velo!idad !ríti!a ( !audal !ríti!o, e otro", !omo "e vi' e la parte de !ál!ulo"$

". eina lo +ue es sear ra!e relaci&n de cor!e o esuero cor!an!e.

3l "&ear rate o e"-uerzo !ortate e" la -uerza por uidad de área #ue "e e!e"ita para mover u

-luido a ua velo!idad de !orte determiada$



4. 5iblio'ra,a.

ud 3geeerig 4 ag!obaruía de /boratorio 4 6iv$ mar Sal!edo

Lodo Nº Dendidad 300τ 600τ

1 8.4 [LPG] 36 45

2 1.062 [g/!!] 11.5 16.5

6. CALCULOS

1. "al!#la la$ %i$!&$i'a'e$ pl$i!a$ * p#n&$ !e'ene$ paa !a'a l&'&.

LD 1

( )[ ]cpVP 3645300600 −=−= τ τ [ ]cpVP 9=

( )

⋅

−=−=2100

936300600 ft

lbYP τ τ

⋅

=2

10027

ft

lbYP

[ ]cpVAP 2

45

2

600==

τ [ ]cpVAP 5.22=

LD 2

( )[ ]cpVP 5.115.16300600 −=−= τ τ [ ]cpVP 5=

( )

⋅

−=−=2100

55.11300600 ft

lbYP τ τ

⋅

=2100

5.6 ft

lbYP

[ ]cpVAP 2

5.16

2

600==

τ [ ]cpVAP 25.8=

2. "al!#la l&$ +n'i!e$ 'e !&n$i$en!ia * 'e !&mp&amien& 'e l#& paa !a'a l&'&.

LD 1

=

=

36

45ln4427.1

300

600ln4427.1

τ

τ n 32193.0=n

32193.0511

36

511

300==

nk

τ 83482.4=k

LD 2



=

=

5.11

5.16ln4427.1

300

600ln4427.1

τ

τ n 52083.0=n

52083.0511

5.11

511

300==

n

k τ

44675.0

=k

3. "al!#la la %el&!i'a' !+i!a * el !a#'al !+i!& !&n !a'a l&'& paa #n p&& !&n

ime& 'el p&& () 8.5 p#lga'a$

ime& 'e la #e+a (P) 7.0 p#lga'a$

e'iane

( )n p D D

nk (

−

⋅⋅=

387.081600

( ) n2 / V −= 2

1

( )5.24

22

P 0 2 2

D DV +

−⋅=

&n'e a!& ('imen$i&nal)

! el&!i'a' !+i!a (pie$ p& min#&)

9! "a#'al !+i!& (gal&ne$ p& min#&)

LD 1

( ) 4.875.8

32193.083482.48160032193.0

387.0

⋅−⋅⋅

= ( 11099.26583= (

32193.02

1

11099.26583 −= V

=min

23449.433 p#"s

V

(5.24

75.823449.433

22 −⋅= +

=min

13069.411 %$l

+

LD 2

( ) 86282.875.8

52083.044675.08160052083.0

387.0

⋅−⋅⋅

= ( 20314.2587= (

52083.02

1

20314.2587 −= V

=min

88994.202 p#"s

V

( )5.24

75.823449.433

22 −⋅= +

=min

53841.192 %$l

+



7. CUESTIONARIO

1. l "s l$ #)pot$nc#$ d" l$s pop#"d$d"s "ol*#c$s "n l$ p"fo$c#n8

9.: :$ imp&ane !&n&!e la$ p&pie'a'e$ e&l;gi!a$ paa ene #n #en !&n&l en la pe&a!i;n,

*a <#e e$a$ p&pie'a'e$ n&$ a*#'an a !al!#la l&$ pame&$ =i'#li!&$ 'el l&'&, !&m& la

%el&!i'a' 'e l#& 'el l&'&, el n>me& 'e ?e*n&l'$, la %el&!i'a' 'e !a+'a 'e l&$ e!&e$, el !a#'al!+i!&, %el&!i'a' !+i!a, e!.

2. +; "s l$ <#scos#d$d $p$"nt"8

9.: La %i$!&$i'a' apaene $e &iene 'e la $#ma 'el p#n& !e'ene * el '&le 'e la %i$!&$i'a'

apaene &'& 'i%i'i'& ene '&$, * !&m& $# n&me in'i!a e$ la %i$!&$i'a' apaene <#e m#e$an

l&$ l#i'&$ 'e pe&a!i;n p& $e #n l#i'& n& ne@&nian&.

3. P$$ =; s#<"n los >nd#c"s d" cons#st"nc#$ ? co)pot$)#"nto d" fl@o.

9.:L&$ +n'i!e$ 'e !&n$i$en!ia * !&mp&amien& 'e l#& e$an liga'&$ a l&$ !l!#l&$ 'e =i'#li!a

'e pe&a!i;n paa en!&na la$ %el&!i'a'e$ 'e l#&, el n#me& 'e ?e*n&l'$, la %el&!i'a' 'e

!a+'a 'e l&$ e!&e$, e!.

4. D"f#n$ lo =" "s sh"$ $t" -"l$c#n d" cot" "sf"Ao d" cot$nt".

9.: Ai !&n$i'eam&$ #n paalelep+pe'& 'e l#i'& '&n'e e$a a!#an'& #na #ea $&e #na 'e la$!aa$, en&n!e$ !&m& a &'a a!!i;n =a* #na ea!!i;n, $e &igina amiBn #na #ea 'e la mi$ma

magni#' * 'ie!!i;n pe& 'e $eni'& !&nai&. :n&n!e$ a la ela!i;n ene la #ea ee!i'a

$&e el ea '&n'e a!>a $e 'en&mina e$#e& !&ane.

8. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS

pen'im&$ el mane& 'el ?=e;me&, 'n'&n&$ e$e apaa& le!#a$ 'ie!a$.

"&mp&am&$ <#e e$e mB&'& e$ m#* $en!ill&, * apli!ale en &!a p&&.

C$e%am&$ <#e el pime l&'& #ilia'& (!&n "a&gel) iene %i$!&$i'a' pl$i!a * *iel' p&inma*&e$ en !&mpaa!i;n 'el $eg#n'& l&'& (" P&l+me&),

DamiBn la$ %el&!i'a'e$ !+i!a$ * l&$ !a#'ale$ !+i!&$ $&n ma*&e$ paa el pime l&'& <#e

paa el $eg#n'&.

:n&n!e$ p&'em&$ !&n!l#i pin!ipalmene <#e la el&g+a e$ #na p&pie'a' e$en!ial 'e l&$l#i'&$, <#e 'ee $e !&n&la'&, paa p&'e a$+ ene #n me& !&n&l en la pe&a!i;n * 'e la

=i'#li!a 'el l#i'& pin!ipalmene.



i$!&$ime& pe$#ia'&, ala empea#a, &'el& 1000

Viscosimetro automatizado de campo. Modelo 900, 115 V

PATENT PENDING - OFI Testing Equipment, In!

Viscosimetro 8 velocidades con caja de acarreo y fuente de poder,Modelo 800, 23011512V, 50!"0#z.

$eometro a manivela de 2 velocidades

FIG. 5 STORMERTY!E

"ISCOMETER

FIG. 6 DIRECTINDICATING

"ISCOMETER

http://www.ofite.com/products/Drilling/Viscometers/sp-132-00.htm

http://www.ofite.com/products/Drilling/Viscometers/sp-130-10-C.htm

http://www.ofite.com/products/Drilling/Viscometers/sp-model%20900.htm




%ensiometros de &orte

Viscosimetro de em'udo Mars(, plastico





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propiedades reológicas del petroleo.doc

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