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REOLOGIAREOLOGÌA es la disciplina que estudia la deformación y flujo de la materia, las

propiedades Reologicas fundamentales del lodo de perforación son:

a. Viscosidad de Embudo.

b. Viscosidad Plástica.

c. Punto de Cedente.

d. Resistencia al Gel.

PRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION

Utilidad:

1. Calcular las perdidas de presiòn por fricción.

2. Determinar la capacidad del lodo para levantar los cortes

3. Analizar la contaminación del lodo.

4. Para determinar los cambios de presiòn en el interior del pozo durante un viaje.

LA VISCOSIDAD

DEFINICIÓN

• La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia a la deformación del fluido. Dicho concepto se introdujo anteriormente en la Ley de Newton, que relaciona el esfuerzo cortante con la velocidad de deformación (gradiente de velocidad).

• Donde: ECUACION 1

: esfuerzo cortante [mPa].

: viscosidad [mPa·s]

D: velocidad de deformación [s-1]

UNIDADES Cp en unidades petroleras y pascal* seg. en el SI

D·

VISCOSIDAD DE EMBUDO

Es el tiempo en Segundo requeridos para que un cuarto de galón (940 cm3) de lodo

pase a través de un tubo de 3/16 Plg de Diàmetro. Se expresa en Seg/Qt y es un

valor cualitativo de la viscosidad del lodo.

REOLOGIA


Procedimiento

1. Cubrir con el dedo el orificio inferior del embudo, seguidamente verter 1500 Cm3 de lodo previamente tamizado.

2. Remover el dedo del orificio y tomar el tiempo (Seg) que transcurre para que 940 Cm3 pasen a través del tubo de 3/16.

940 cm3

Tiempo

EMBUDO MARSH

Tubo de 3/16 Plg

Se determina a través de un instrumento llamado Embudo Marsh, tiene un diàmetro de 6 Plg

en el extremo superior, decrece progresivamente hasta 3/16 plg en el inferior, su longitud es

de 12 plg.

VISCOSIDAD DE PLASTICA

Es la parte de la resistencia al flujo causada por la fricción mecánica, afectada

principalmente

1. Concentración de Sólidos.

2. Tamaño y forma de las partículas sólidas.

3. Viscosidad de la fase fluida.

REOLOGIAPRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION

Procedimiento

1. Sumergir la camisa rotatoria en la muestra de lodo hasta la marca indicada.

2. Con la camisa rotando a 600 rpm, registrar la lectura del dial, una vez estabilizada.

3. Cambiar la velocidad de rotación a 300 rpm, y registrar la lectura del dial, una vez estabilizada.

V1

V2

La viscosidad plástica se determina a partir de la información obtenida del viscosímetro Fann, con ayuda

de la siguiente ecuación

VISCOSIMETRO FANN300 600 p - ( cP)

CamisaRotatoria

PUNTO CEDENTE

Es el esfuerzo mínimo de corte que debe aplicarse a un fluido para que comience a

desplazarse, depende de:

1. Propiedades superficiales de los sólidos del fluido.

2. Concentración volumétrica de los sólidos.

3. Ambiente eléctrico de estos sólidos.

REOLOGIAPRUEBAS FUNDAMENTALES DE LODOS DE PERFORACION

El Punto Cedente puede ser estimado a partir de la información obtenida del Viscosímetro, con ayuda de

la siguiente ecuación:

600300 - *2 PC p 300 - PC Lbs/100 pies2

Velocidad de Corte

Esf

uer

zo d

e C

ort

e

Punto Cedente

RESISTENCIA AL GEL

REOLOGIA

La Resistencia al Gel Es la fuerza de atracción que se da en condiciones estáticas, debido

a la presencia de partículas cargadas eléctricamente, depende de:

1. Cantidad y tipos de sólidos en suspensión.

2. Tiempo de reposo.

3. Temperatura.

4. Tratamiento Químico.

• Cizallar la muestra 10 seg., luego dejarla en reposo por 10 seg.• Hacer girar el rotor lentamente en dirección opuesta a las manecillas del reloj para producir una

lectura positiva de Gel lb/100 plg2.

La Resistencia al Gel se obtiene a partir del viscosímetro de lodo, de la siguiente forma:

Tiempo (Min)

Esf

uer

zo d

e G

el

(lb

s/10

0 p

lg2 )


FLUIDOS NEWTONIANOS

Son aquellos líquidos cuya Viscosidad es constante a cualquier temperatura y

presiòn dadas, Ejemplo agua, Aceite de Motor, Glicerina

DEFINICIONES BASICAS

Velocidad de Corte

Esf

uer

zo d

e C

ort

e

m

Velocidad de Corte

Vis

cosi

dad

m

PERFIL DE FLUJO

Fuerza Opuesta (Esfuerzo de Corte)

Fuerzade Flujo

V1

V2

d )( Corte de Velocidad

)( Corte de Esfuerzo

(cP)

R E LA C I O N E S

REOLOGIA

d

V -V )( Corte de Velocidad

1 2 (Seg-1),

V2 Velocidad de la capa 1 en pies/seg

V1 Velocidad de la capa 2 en pies/seg

d Distancia entre 1 y 2 en pies


FLUIDOS NO NEWTONIANOS

Son aquellos líquidos cuya viscosidad no es constante a la presiòn y temperatura

de que se trata, sino que depende del flujo como factor adicional, Ejemplo los

lodos de perforación.


Velocidad de Corte

Vis

cosi

dad

La viscosidad no es constante, a medida que

la velocidad de corte se incrementa disminuye

la viscosidad

REOLOGIA

Velocidad de Corte

Esf

uer

zo d

e C

ort

e

Para que el fluido comience a fluir se debe

vencer cierto grado de residencia interna


REOLOGIA

VISCOSIDAD

Propiedad de un fluido que tiende a oponerse al flujo cuando se le aplica una

fuerza, entre mas alta sea la viscosidad de un fluido mayor resistencia interna al

flujo opondrá.

BAJA VISCOSIDAD ALTA VISCOSIDAD


VISCOSIDAD EFECTIVA

REOLOGIA

La viscosidad Efectiva se refiere la viscosidad de un fluido no Newtoniano bajo

ciertas condiciones de Velocidad de Corte, Presiòn y Temperatura.

V1

V2

V4

V5

V3

Velocidad de Corte

Esf

uer

zo d

e C

ort

e

Vis

cosi

dad

Efe

ctiv

a


Excesivos esfuerzos gelatinizantes originan problemas de:

1. Entrampamiento de aire ò gas en el fluido.

2. Presiones excesivas de bombeo cuando se reanuda la circulación

3. Reducción de la eficiencia del equipo de remoción de sólidos.

4. Excesivos esfuerzos de fricción mecánica al sacar la tubería del pozo

5. Incapacidad para bajar herramientas de perfilaje

RESISTENCIA AL GEL

REOLOGIA

T I E M P O

P R

E S

I O

N

D E

B

O M

B E

O

Presión de Circulación Normal

CirculaciónSuspendida

CirculaciónReanudada

Tiempo de ReposoVelocidad de flujo Tiempo de Agitación

Fue

rza

Gel

Vis

cosi

dad

apar

ente

Vis

cosi

dad

Relaciones de Fuerza y Velocidad en Flujo de Líquidos


BINGHANBINGHAN

REPRODUCE EL COMPORTAMIENTO DE UN LODO BASE AGUA DE ARCILLA FLOCULADA DE REPRODUCE EL COMPORTAMIENTO DE UN LODO BASE AGUA DE ARCILLA FLOCULADA DE

BAJA DENSIDAD (PLASTICO) EL CUAL REQUIERE UNA FUERZA FINITA PARA INICIAR EL FLUJO.BAJA DENSIDAD (PLASTICO) EL CUAL REQUIERE UNA FUERZA FINITA PARA INICIAR EL FLUJO.

MODELO REOLOGICO

Es una descripción matemática de la relación entre el Esfuerzo de corte y la Velocidad de corte

*p 0

DEFICIENCIAS

1. Presenta limitaciones a bajas velocidades de corte.

2. Los cálculos hidráulicos han dado resultados diferentes con respecto a las condiciones reales.

3. Las velocidades de corte en el espacio anular están por debajo de 60 RPM

Esf

uer

zo d

e C

ort

e

Velocidad de Corte γNEWTONIANO

Punto Cedente de Binghan

Punto Cedente Verdadero

0

µp

γ

Esfuerzo de Corte (lbs/100 pie2)

Punto Cedente de Binghan (lbs/100 pie2)

Viscosidad Plástica (cP)

Velocidad de corte (seg-1)

Esf

ue

rzo

de

Co

rte

(Ө

) In

dic

ac

ion

es

de

l V

isc

os

íme

tro

Velocidad Rotacional (ω) rpm

300 600

Ө300

Ө600

300 * p PC

PC

p 300 - PC

µp = m

300 600 p -

ω = Velocidad Rotacional en rpm

Θ = Indicación del cuadrante del Viscosímetro de lodo

* 1,678

ω * 1,703 γ Seg-1

Lbs/100 pie2

DESCRIBE UN FLUIDO EN EL CUAL EL ESFUERZO DE CORTE AUMENTA SEGÙN LA VELOCIDAD DESCRIBE UN FLUIDO EN EL CUAL EL ESFUERZO DE CORTE AUMENTA SEGÙN LA VELOCIDAD

DE CORTE ELEVADA MATEMÀTICAMENTE A UNA POTENCIA DETERMINADA.DE CORTE ELEVADA MATEMÀTICAMENTE A UNA POTENCIA DETERMINADA.

MODELO REOLOGICO

LEY EXPONENCIALLEY EXPONENCIALE

sfu

erzo

de

Co

rte

Velocidad de Corte γ

Ley Exponencial en papel de coordenadas Rectangulares

Esf

ue

rzo

de

Co

rte

Velocidad de Corte

m = n

K

Ley Exponencial en papel doble Logarítmico

γ

K

γEsfuerzo de Corte

Velocidad de Corte

Es el factor de consistencia del flujo Laminar, es similar a la Viscosidad Plástica, dado

que un aumento de K indica un aumento en la concentración de sólidos ò disminución

del tamaño de las partículas (Dina Segn / cm2)

n Índice de Ley Exponencial, Para fluido Newtoniano n = 1, para fluidos de peroración n < 1

Θ300= Indicación del viscosímetro de lodo a una

velocidad de corte de 300

Θ600= Indicación del viscosímetro de lodo a una velocidad de corte de 600.

ω300= Velocidad de corte en RPM del Viscosímetro de lodo


300

600

300

600

ωωlog

ΘΘlog

nn

300

300

ωΘk No toma en

cuenta el esfuerzo de cedencia

n k *

SIMILAR A LA LEY EXPONENCIAL, EXCEPTO QUE TIENE EN CUENTA UNA TENSIÒN DE CEDENCIA SIMILAR A LA LEY EXPONENCIAL, EXCEPTO QUE TIENE EN CUENTA UNA TENSIÒN DE CEDENCIA

POSITIVAPOSITIVA

MODELO REOLOGICO

LEY EXPONENCIAL MODIFICADALEY EXPONENCIAL MODIFICADA

Esf

uer

zo d

e C

ort

e


Ley Exponencial Modificada en papel de coordenadas Rectangulares

E

sfu

erzo

de

Co

rte


Ley Exponencial Modificada en papel doble Logarítmico

Θ0 = Esfuerzo del Gel nulo ò indicación a 3 RPM.





300

600

0300

0600

log

log

n300

0 300 - K n

n γk *0

Tensión de Cedencia0

Esfuerzo de Corte

γ Velocidad de Corte

Es el factor de consistencia del flujo Laminar, es similar a la Viscosidad Plástica, dado que

un aumento de K indica un aumento en la concentración de sólidos ò disminución del

tamaño de las partículas (Dina Segn / cm2)

n: Índice de Ley Exponencial, Para fluido Newtoniano n = 1, para fluidos de peroración n < 1

K:

toma en cuenta el esfuerzo de cedencia

HIDRÀULICA DE LA PERFORACIÒN ROTATORIA

ECUACIÒN HIDRAULICA GENERALIZADA

n γk *0

: Esfuerzo de Corte en lbs/100 pies2

0 : Parámetro determinado por la elección del Modelo lb/100 pies2

k : Factor de Consistencia lb/100 pies2- rpmn

: Velocidad de Corte en Seg-1

n : Índice de comportamiento de flujo

γ

Modelo Plástico de Binghan

0 = PC (Punto Cedente de Binghan)

300γ

PC * p

Modelo Ley Exponencial

0 = 0n

γ*k

CRITERIO DE SELECCION

La ley Exponencial modificada es una adecuada

elección para cualquier lodo.

Para Elegir entre el modelo de Binghan y Ley

Exponencial, una medición de la tensión de Cedencia a

3 rpm es una alternativa. Si está mas cerca de cero

tomar el modelo de Ley Exponencial.

Modelo Ley Exponencial Modificada

0 = Tensión de Cedencia a 3 rpm

n γ*k 0

HIDRÀULICA DE LA PERFORACIÒN ROTATORIA

CONJUNTO DE ECUACIONES REOLÒGICAS RECOMENDADAS

POR API PARA EL CALCULO DE “n” Y “K”

p

600p

n * k

1022

5,11

p

p

pp

p ep

n

4

13n1)- n(

1,6100

n *

DV * * k * μ

3

100a log * n 0,657

a

3 a n

* K5,11

5,11

a

a

aa

12a ea

n

n1 n*

- n

- V * * k * μ

3

21

DD

2,4100

Tuberías Anulares

Ecuaciones de Ley exponencial

300

600p log3,32 * n

APLICACIONES DEL ESTUDIO DE LA REOLOGÍA

Control de calidad de los alimentos: este control se realiza en la propia línea de producción. Es determinante para la aceptación de productos como patatas fritas, cereales, quesos, aperitivos, yogures, dulces, chocolates, cremas, etc.

Estudio de la textura y consistencia de productos alimenticios: dichas propiedades son muy importantes a la hora de que un producto sea del agrado del consumidor.

Producción de pegamentos: el estudio de su plasticidad, de la forma de fluir dentro del recipiente que lo contiene, etc.

Producción de pinturas: una pintura debe ser esparcida de forma fácil pero sin que escurra.

Producción de productos cosméticos y de higiene corporal: la duración de una

laca sobre el pelo, la distribución de la pasta de dientes por toda la boca, la forma de cómo se esparce una crema, etc. Todas estas características se estudian con la reología para obtener la mayor eficacia del producto.

APLICACIONES DEL ESTUDIO DE LA REOLOGÍA

Producción de medicamentos: se estudia su estabilidad química, su tiempo de caducidad y su facilidad de extrusión, entre otras.

Caracterización de elastómeros y de polímeros.

Estabilidad de emulsiones y suspensiones.

Caracterización de gasolinas y otros tipos de hidrocarburos.

Caracterización de metales (en situaciones de elevada temperatura), y de cristales líquidos.

Control de sustancias que sean transportadas a lo largo de un recipiente cilíndrico (para evitar la reopexia).

Estudio del magma en vulcanología: cuanto más fluido sea el magma más tendencia va a tener el volcán a que provoque una erupción.

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