Presentacion Reologia

Reología de los Fluidos de Perforación

Reología : es la ciencia que se encarga del estudio de la deformación y del flujo de los materiales. Provee un medio de evaluar las propiedades de flujo de un fluido de perforación, determinando la efectividad con que lleva a cabo las funciones que debe cumplir.

La reología se estudia en los fluidos de perforación porque esta asociada y permite determinar y controlar :

• Capacidad de limpieza del hoyo• Propiedades de Suspensión• Caídas de presión en el sistema de circulación• Presiones de surgencia• Tratamientos del Fluido

Hidráulicade Perforación


Debe también ser entendido, que tanto la hidráulica como la reología de los fluidos de perforación no son ciencias exactas, pero se basan en Modelos Matemáticos que las describen cercanamente.

Los fluidos de perforación no se adecuan exactamente a ninguno de estos modelos, por tal razón existen diferentes métodos o modelos válidos para calcular parámetros reológicos e hidráulicos.

Comprender como la reología de un lodo (la ciencia) se acopla con la hidráulica del lodo (la ingeniería), para hacer las operaciones de perforación más eficientes y libre de problemas, es de vital importancia para el Ingeniero de lodo.


Cuando se está perforando un pozo y se hace mención a la Reología, inmediatamente se relaciona con un término asociado como lo es la Viscosidad. Este término acarrea varias connotaciones como lo son:

1.Viscosidad de Embudo (seg./qt)

2.Viscosidad Aparente (cP)

3.Viscosidad Efectiva (cP)

4.Viscosidad Plástica (cP)

5.Punto Cedente (lb./100 ft2)

6.Esfuerzos de Geles

Exceptuando a la viscosidad de embudo, todos estos términos están conectados entre si a través de una relación de dos conceptos que se aplican al flujo de los fluidos: Esfuerzo de Corte y Velocidad de Corte


La deformación de un fluido puede ser descrita sencillamente por dos láminas paralelas separadas por alguna distancia.Una fuerza, F, actuando sobre un área, A, causa que las laminas se deslicen una sobre la otra. Sin embargo, existe una resistencia ó arrastre friccionar, que se opone al movimiento de estas laminas. Dicha resistencia ó arrastre friccionar

se denomina el “esfuerzo de corte”, τ .

AF

τ

)2pielbs/100(AFτ

2pielbs/100x5.11 2Dinas/cm

Esfuerzo de Corte (Shear Stress) (τ ) Es una resistencia ó fuerza de arrastre por fricción que se opone al movimiento entre capas de fluidos.τ = lectura del viscosímetro x 1,0678Las lecturas del viscosímetro son usadas como indicación del esfuerzo de corte, τ, sin realizar conversión, ya que la diferencia es pequeña.

Esfuerzo de Corte


Velocidad de Corte (Shear Rate) (γ) : la diferencia de las velocidades entre las dos capas de fluido dividida por la distancia que las separa.

Distancia

VelocidaddeDiferenciaγ

1p

/p segie

segie

1s 1,702 x RPM eg

La velocidad de corte, se calcula multiplicando a la velocidad rotacional del viscosímetro por el factor 1,702. Dicho factor viene dado por las características de fabricación del viscosímetro.


Newtoniano : Relación lineal entre el esfuerzo de corte (shear stress) y la tasa de corte (shear rate) aplicada. Se ilustra como una línea recta que pasa por el origen (0, 0). La viscosidad es el único parámetro necesario para definir su comportamiento. Ejemplos : Agua, Alcohol, Aceites (diesel, mineral y sintético), muy pocos fluidos de perforación.

Tipos de Fluidos

No-Newtoniano ó Plástico de Binghan : No exhiben relación lineal entre el esfuerzo de corte (shear stress) y la tasa de corte (shear rate) aplicada. Requieren de un determinado esfuerzo de corte para iniciar flujo La viscosidad del fluido depende de la tasa de corte. Ejemplo : La mayoría de los fluidos de perforación

La relación entre esfuerzo de corte, τ, y tasa de corte, γ, define el comportamiento de un fluido. De tal forma que los fluidos se pueden clasificar en dos tipos diferentes:


Viscosidad, µ, (Viscosity) : Resistencia interna a fluir. Se calcula dividiendo el esfuerzo de corte, τ, por la velocidad de corte, γ.

µ = τ / γLa unidad de medida para la viscosidad es el poise, definido como la fuerza en dinas por centímetro cuadrado, requerido para producir una diferencia de velocidad de un centímetro por segundo, entre dos capas separadas por un centímetro. Un centipoise es la centésima parte de un poise.

Lámina en Movimiento, velocidad = 1.0 cm./seg.

Lámina fijo, velocidad = 0 cm./seg.

Perfil deVelocidad 1 cm.

Fuerza


Viscosidad Efectiva, µe.Para fluidos Newtonianos está definida por la relación entre esfuerzo de corte y tasa de corte. Como se mencionó anteriormente, esta relación es linear, es decir, si la tasa de corte es doblada, entonces el esfuerzo también será doblado.La viscosidad efectiva de un fluido newtoniano se ilustra como una línea recta que pasa a través del origen (0, 0), siendo la pendiente de la línea la viscosidad, µ.

Tasa de Corte

Esfuerzo de corte

τ

γ

τγ

Viscosidades Absolutaµ = =

Tasa de CorteTasa de Corte

Esfuerzo de corte

τ

γ

τγ

Viscosidades Absolutaµ = =

Reología de los Fluidos de PerforaciónViscosidad Efectiva, µe.

En fluidos No Newtonianos ó Plásticos de Binghan, no ocurre así, de tal forma que la definición de viscosidad efectiva es mas compleja, puesto que varía con el esfuerzo de corte aplicado, no permaneciendo constante. La viscosidad efectiva (µe), para fluidos no newtonianos, se define como la viscosidad de un fluido newtoniano que exhibe el mismo esfuerzo cortante, a la misma tasa de corte. Para la mayoría de los fluidos de perforación, la VE será relativamente alta a bajas tasas de corte y relativamente bajas a altas tasas de corte. En otras palabras, la VE disminuye, conforme se incrementa la tasa de corte. Cuando un fluido se comporta de esta manera se dice que posee “Adelgazamiento por Corte”. Los fluidos no newtonianos se diferencian de los newtonianos porque requieren de un determinado esfuerzo para iniciar flujo.

Tasa de Corte

Esfuerzo de corte

τ

γ

τγViscosidad Efectiva

µ =

=

Esfuerzo de Cedencia τ

Viscosidad Plástica

Tasa de Corte

Esfuerzo de corte

τ

γ

τγViscosidad Efectiva

µ =

=

Esfuerzo de Cedencia τ

Viscosidad Plástica

Este esfuerzo inicial se denomina Esfuerzo de Cedencia de Binghan


Viscosidad Efectiva, µe.

Se debe observar particularmente, que el valor de la VE no tiene ningún significado a menos que se especifique la tasa de corte a la cual fue medida. La VE es un parámetro muy útil cuando se utiliza en muchas ecuaciones hidráulicas conociéndose la tasa de corte, como se discutirá después.Además de la tasa ó velocidad de corte, existen otros factores, que afectan a la VE de los fluidos no newtonianos, como son, la temperatura y la presión. Podemos definir viscosidad efectiva para fluidos no newtonianos como la viscosidad de un fluido, bajo condiciones especificas de tasa de corte, presión y temperatura.Las relaciones entre esfuerzo de corte y tasa de corte para fluidos no newtonianos son explicadas por los Modelos Matemáticos de Fluidos.


Viscosidad Efectiva

Para fluidos de perforación se puede considerar que la VE comprende dos componentes: la viscosidad efectiva, que corresponde a la viscosidad de un fluido newtoniano (fluido base) y la viscosidad estructural, que representa la resistencia al corte causada por la tendencia de las partículas, que integran el fluido, a construir una estructura. La sumatoria de estos dos componentes es lo que se denomina, para el Modelo Plástico de Binghan, Viscosidad Plástica.

2 1

µp

τ 0

µo1µo2

τ 1

ES

FU

ER

ZO

CO

RT

AN

TE

τ

TASA DE CORTE γ

µe1 =τ1 - τ0 τ0

γ1 γ1

+

2 1

µp

τ 0

µo1µo2

τ 1

ES

FU

ER

ZO

CO

RT

AN

TE

τ

TASA DE CORTE γ

µe1 =τ1 - τ0 τ0

γ1 γ1

+

Viscosidad Estructuralpor atracción entre partículas

Viscosidad Efectiva del fluido base


Adelgazamiento por Corte

Es una característica muy deseable en los fluidos de perforación. la viscosidad efectiva del fluido será relativamente baja a altas tasas de corte en áreas como la tubería de perforación y las boquillas de la mecha, contribuyendo a que las presiones de bombeo sean menores. Así mismo, la viscosidad efectiva del fluido será relativamente alta a las bajas tasas de corte de regiones como el anular, donde ayudará en la limpieza del hoyo.

Tasa de Corte

Esfuerzo de corte

τ

γ

Esfuerzo

Cedente τ0

τγ

Viscosidades Efectivas


Viscosidad Aparente (VA)

Es una medida del carácter No Newtoniano de un fluido de perforación, es decir, que proporción de viscosidad estructural posee el fluido en su viscosidad efectiva.La viscosidad Aparente se determina dividiendo por dos a la lectura del viscosímetro de lectura directa @ 600 RPM.

FLUIDO Θ 600 Θ 300 VP PC VA 1 76 38 38 0 38 2 76 41 35 6 38 3 76 51 25 26 38


Modelos Reológicos

Un Modelo Matemático de Fluido describe el comportamiento de flujo de un fluido expresando una relación matemática entre la Velocidad ó Tasa de Corte y el Esfuerzo de Corte.Para fluidos Newtonianos esta relación ya se ha discutido anteriormente y viene dada por una relación constante entre el esfuerzo de corte (τ) y la velocidad de corte (γ). µ = τ / γ.Para explicar el comportamiento de los fluidos No Newtonianos, todavía no ha sido encontrada una relación generalizada. Los Modelos propuestos son aproximaciones. En esta sección, estudiaremos a el Modelo Plástico de Binghan, de Ley Exponencial (Power Law) y de ley Exponencial Modificada (Herschel - Bulkley).


Modelo Plástico de Binghan Algunos aspectos relacionados con este modelo ya se han tratado, en la sección de los tipos de fluidos y viscosidad, puesto que fue el primer modelo que intentó describir el comportamiento de los fluidos No Newtonianos. Este modelo describe un fluido en el cual se requiere una determinada fuerza para iniciar el flujo, denominada “Punto Cedente”, y que luego demuestra una relación linear ó constante de incremento de viscosidad, conforme la tasa de corte se incrementa. El modelo Plástico de Binghan no describe con exactitud el comportamiento de los fluidos de perforación, pero introdujo en la industria dos términos, que aun hoy en día son extensivamente utilizados: la Viscosidad Plástica y el Punto Cedente


Modelo Plástico de Binghan

La relación Esfuerzo de Corte / Punto Cedente para el Modelo Plástico de Binghan es dada por:

τ = τ0 + µpγ donde:

τ = Esfuerzo de Corte

τ0 = Punto Cedente

µp = Viscosidad Plástica

γ = Tasa de Corte



El Viscosímetro

Antes de entrar en los detalles de la determinación y estudio de la Viscosidad Plástica y el Punto Cedente, es conveniente analizar brevemente un instrumento comúnmente utilizado en la industria de los fluidos de perforación, el Viscosímetro de Lectura Directa.El viscosímetro de lectura directa, fue específicamente diseñado para facilitar el uso del Modelo Plástico de Binghan, en fluidos de perforación. Los elementos esenciales del viscosímetro, consisten de un cilindro exterior que rota concéntricamente alrededor de un cilindro interior ó bobina, la cual esta suspendida de un resorte de torsión. Este resorte provee una lectura en el dial, proporcional al torque y análoga al esfuerzo de corte. La velocidad de rotación es análoga a la tasa de corte. Las relaciones de diseño entre estos componentes hicieron posible que la determinación de la viscosidad plástica y el punto cedente se facilitara tanto, a un punto tal, que las hicieron dos de las propiedades más reconocidas y arraigadas en la tecnología de los fluidos de perforación.



Viscosidad Plástica, µp

En base a lo discutido acerca de la viscosidad efectiva de los fluidos no newtonianos, podemos definir a la Viscosidad Plástica como: la medida de la resistencia interna de un fluido a fluir, debido a la cantidad, tipo y tamaño de los sólidos que forman parte de su composición.

La viscosidad plástica, VP, medida en el viscosímetro de lectura directa y expresada en centipoises ó mPa/seg., es calculada como sigue:

PV (cP) = θ600 – θ300


Factores que influencian la Viscosidad Plástica:

1. Tipo de fase liquida del lodo: Lodos en base agua:

Sales y químicas disueltas, incrementan la VP Polímeros de alto peso molecular, incrementan la VP Altas temperaturas de fondo, disminuye la viscosidad del agua y la VP

Lodos en base aceite: Tipo de aceite base. Un aceite base viscoso contribuye a una alta VP. Polímeros y otros aditivos disueltos incrementan la VP La temperatura disminuye la viscosidad de los aceites, por lo tanto

disminuye la VP La presión incrementa la viscosidad de los aceite, incrementando la VP

Modelo Plástico de BinghanViscosidad Plástica, µp


Factores que influencian la Viscosidad Plástica (continuación):2. Concentración de sólidos y gotas suspendidas en el lodo:

Lodos en base aceite y agua Barita, carbonato de calcio, sólidos de perforación, gilsonita,

lignito, asfalto, cal, incrementan la VP Gotas emulsionadas incrementan la VP

3. Tamaño y Forma de los sólidos ó gotas en el lodo: Lodos en base aceite y agua

Sólidos muy pequeños con grandes áreas superficiales expuestas incrementaran la VP.

Sólidos con superficies planas incrementan mayormente la VP que las esféricas.

Modelo Plástico de BinghanViscosidad Plástica, µp


Se define como la resistencia al flujo debido al grado de atracción entre las partículas sólidas en el fluido, bajo condiciones dinámicas.

Se determina mediante las mediciones del viscosímetro de lectura directa de la siguiente manera:

PC (lb./100 pies2) = θ 300 RPM – VISCOSIDAD PLASTICA

– Indica atracción entre sólidos de Naturaleza eléctrica

– Es una medida de floculación

– Es indicativo de la habilidad de limpieza del fluido, cuando está en movimiento

PUNTO CEDENTE



Un incremento en la viscosidad ocasionada por un alto punto cedente puede ser por:

Contaminantes: sales, cemento, sólidos, carbonatos → floculación

Fraccionamiento de las arcillas → incrementa cargas positivas – floculación por incremento atracción borde-cara y borde-borde

Sólidos Inertes → Barita, CaCO3 – promueven acercamiento y contacto entre sólidos

Sólidos Activos → Arcillas perforación y comerciales – incremento de cargas y sólidos

Polímeros → forman una red entre si y con las arcillas para formar floculos

PUNTO CEDENTE



La disminución del punto cedente puede ser alcanzada mediante la adición de desfloculantes – orgánicos o poliméricos – que neutralizarían las cargas eléctricas en las partículas de arcillas.

PUNTO CEDENTE



τ = k . γ n

τ : Esfuerzo de Corte en dinas/cm2

γ : Velocidad de Corte seg.-1

K : Índice de Consistencia dinas-segn /cm2

n : Índice de Comportamiento

La mayoría de los fluidos de perforación exhiben un comportamiento que se encuentra entre los comportamientos descritos por el Modelo Newtoniano y el Plástico de Binghan. Este comportamiento se clasifica como pseudo plástico.

La denominación pseudos plástico viene a que estos fluidos no poseen punto cedente; sus curvas no son lineales, pero se aproximan a la linealidad a altas velocidades de corte. Por ejemplo, si las lecturas tomadas a altas velocidades de corte fueran extrapoladas hasta su intersección con el eje de los esfuerzos, pareciera que hubiera un punto cedente, similar al de los fluidos plásticos de Binghan.

La expresión matemática que define la relación esfuerzo de corte vs. velocidad de corte es:

MODELO LEY DE POTENCIA


0

10

20

30

0 50 100 150 200

VELOCIDAD DE CORTE, RPM FANN

LE

CT

UR

AS

VIS

CO

SIM

ET

RO

(E

SF

UE

RZ

O C

OR

TA

NT

E)

Fluido de Binham

Fluido de Perforación

Fluido Ley Potencial

Se acerca más a la relación EC y VC de un fluido de perforación


Falso Punto Cedente


Los dos términos, K y n, son constantes en el Modelo de Ley de Potencia. K es denominada como el índice de consistencia de flujo y describe, como lo indica su nombre, el cuerpo o consistencia del fluido, siendo, algunas veces análogo a la viscosidad efectiva. En otras palabras, mientras más viscoso sea el fluido, mayor será el valor de K, para describir adecuadamente la relación esfuerzo de corte y velocidad de corte.

Adicionalmente, n, es llamado el índice de comportamiento de flujo e indica el grado de comportamiento no Newtoniano del fluido.

Un fluido de características especiales existe cuando n = 1 y el Modelo de Potencia es idéntico al Modelo Newtoniano. Cuando n > 1, el fluido es clasificado como Dilatante; la viscosidad efectiva incrementa conforme incrementa la velocidad de corte. Ejemplo: la sangre.



Para los fluidos de perforación, el comportamiento pseudo plástico es aplicable y es caracterizado cuando el valor de n se encuentra entre 0 y 1, por lo que se puede decir, que los fluidos pseudo plásticos exhiben adelgazamiento por corte, tal como ocurre en el Modelo Plástico de Binghan.

De igual manera que el Modelo Plástico de Binghan, el Modelo de Ley de Potencia no describe exactamente el comportamiento de los fluidos de perforación. Sin embargo las constantes K y n, son utilizadas en los cálculos hidráulicos para proveer un grado de exactitud razonable.

Las diferencias entre estos dos modelos son más pronunciadas a bajas velocidades de corte, típicamente las más críticas desde un punto de vista de limpieza del hoyo y suspensión de material densificante.



El modelo Plástico de Binghan incluye el esfuerzo cedente inicial, pero no describe el comportamiento a bajas tasas de corte. El modelo de Ley de Potencia, describe con mayor exactitud el comportamiento a bajas tasas de corte, pero no incluye el esfuerzo cedente inicial y por lo tanto, provee de resultados pocos confiables a tasas de cortes extremadamente bajas (< 3 rpm).

Un fluido de perforación típico exhibe un comportamiento ubicado entre estos dos modelos.

Las constantes de la Ley de Potencia n y K se determinan utilizando dos juegos de datos de esfuerzo de corte – velocidad de corte, dependiendo de la velocidad de corte predominante en la región de interés. Estas regiones son: el interior de la tubería de perforación y el espacio anular. Para las velocidades de corte, que predominan, en el espacio anular existe una correlación con las lecturas del viscosímetro de lectura directa, de 300 rpm y 3 rpm, en tanto que para la tubería de perforación, las velocidades de corte son mas altas y se corresponden con las lecturas a las velocidades de corte de 600 rpm y 300 rpm



Como la ecuación τ = k . γ n puede ser expresada en forma logarítmica de la

siguiente manera: log τ = log K + n log γSe puede graficar en formato log – log y obtener una línea recta con los datos de esfuerzo de corte (θ dial viscosimetro) vs. velocidad de corte (seg.-1). La pendiente de la curva define a n, y la intersección en el eje de los esfuerzos a γ = 1, define a K (ya que log 1 = 0).

K y n pueden ser obtenidos mediante la elaboración del gráfico o calculando mediante la utilización de dos valores de esfuerzo de la siguiente manera:


K

=Lect1

RPM1n)log

)log

RPM1

RPM2

Lect1

Lect2

n

(

(


Velocidades de Corte correspondientes a las Velocidades del Viscosímetro

Velocidad Viscosímetro

(rpm)

Velocidad de Corte, γ (seg -1)

3 5.11 6 10.2

100 170 200 341 300 511 600 1022


Resolviendo tanto para la región anular como para la región de la tubería, se obtiene:


na =log θ300 log θ3-

log 5.11log 511 -

na =θ300

θ3

0.5 log

np =θ600

θ300

3.32 log

np =log θ600 log θ300-

log 511log 1022 -

Ka =θ300

511na

Kp =θ600

1022 np

log Ka = log θ300 – na log 511

log Kp = log θ600 – np log 1022


0

10

20

30

0 50 100 150 200

VELOCIDAD DE CORTE, RPM FANN

LE

CT

UR

AS

VIS

CO

SIM

ET

RO

(E

SF

UE

RZ

O C

OR

TA

NT

E) Fluido de Binham

Fluido de Perforación

Fluido Ley Potencial


Se acerca mas, que el Plástico de Binghan a la relación entre Velocidad de Corte y Esfuerzo de Corte de un fluido de perforación

“k” y “n” pueden ser calculadas a velocidades encontradas en el espacio anular

Mayor precisión para reproducir el real comportamiento del fluido

“n” indica el comportamiento seudo-plástico. La viscosidad disminuye con aumento de tasa de corte y viceversa


1

10

100

1000

1 10 100 1000 10000 100000VELOCIDAD DE CORTE, seg-1

VIS

CO

SID

AD

, C

PS


TANQUES ANULAR TUBERIA – COLLARS HIDROCILCLONES MECHA

RPM VISCOSIMETRO3 100 600

n = 1.0

n = 0.8

n = 0.6

n = 0.4

PC/VP=0

PC/VP=0.35

PC/VP=0.85

PC/VP=2.0


Sistema CirculatorioRangos de Velocidad de Corte

0.01 0.1 1 10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000

VELOCIDAD DE CORTE(1/seg)

ASENTAMIENTO DE BARITA

ANULAR

DRILLPIPE

DRILLCOLLARS

MECHA

HIDROCICLONES


n = 0.7

n = 0.5 n = 0.3

TUBERIA DEPERFORACION

PARED DELHOYO

PERFIL DE FLUJO EN EL ESPACIO ANULAR


τ = τ0 + (k . γ n)

τ : Esfuerzo de Corte

γ : Velocidad de Corte

K : Índice de Consistencia

n : Índice de Comportamiento

Este modelo incorpora los aspectos teóricos y prácticos de los modelos Plástico de Binghan y Ley de Potencia.; el modelo de H-B describe el comportamiento de fluidos según la ecuación siguiente:

MODELO LEY DE POTENCIA MODIFICADO O DE HERSCHEL - BULKLEY

τ0 : Esfuerzo de Cedencia

o fuerza para iniciar el flujo


En este modelo, los parámetros n y K son similares a los del modelo de Ley de Potencia. Pero, para fluidos que tienen un esfuerzo cedente, los valores de n y K serán diferentes. El parámetro τ0 es el esfuerzo cedente de un fluido cuando la velocidad de corte es 0 (0 rpm). En teoría, este parámetro es el mismo que el PC del modelo Plástico de Bingham cuando n = 1 y se reduce al modelo de Ley de Potencia cuando τ0 = 0.

El modelo H-B describe bien el comportamiento de fluidos base agua y base aceite ya que ambos tipos de fluidos exhiben comportamiento de adelgazamiento por corte y poseen un esfuerzo de corte a velocidad de corte cero.

Una utilización mas amplia de este modelo no había sido posible en el pasado, debido principalmente, a la complejidad de los cálculos para obtener soluciones a los parámetros n, K, y τ0. Adicionalmente, la aplicación de estos parámetros a cálculos de hidráulica, no pudo ser posible sino hasta solo recientemente.



Para calcular los valores de n, K, y τ0, se necesitan las lecturas del viscosímetro FANN 35 y las velocidades de corte correspondientes. Para simplificar cálculos en el campo se ha aceptado como el valor del esfuerzo cedente a la lectura a 3 rpm del viscosímetro FANN 35. al convertir las ecuaciones para establecer una relación logarítmica, para n y K, se tiene:


Θ2 – Θ0

Θ1 – Θ0

log

n =ψ2

ψ1

log

K =Θ1 – Θ0

ψ1n

Donde:

n = índice de comportamiento de la Ley de PotenciaK = índice de consistencia de la Ley de Potencia (dina – segn / cm2)Θ2 y Θ1 = lecturas del viscosímetro a VC superior e inferiorΘ0 = lectura a VC de 3 rpmψ2 y ψ1 = VC superior e inferior correspondientes

a la región de interés


La determinación de cálculos hidráulicos utilizando los parámetros del modelo H-B son ahora posible de ser realizados en campo, mediante programas de computación, como el incluido en la sección de hidráulica del Sistema Advantage. De la misma forma, el desarrollo de nuevas tecnologías en materia de viscosímetros (RJF) y su aplicación en campo, ha facilitado determinar el comportamiento de los fluidos de perforación a muy bajas velocidades de corte (entre 0,01 y 3 rpm), cubriendo el vacío existente entre las medidas dinámicas tradicionales y las medidas estáticas de los esfuerzos de geles, y de esta forma, poder predecir, con mayor exactitud, el impacto de las propiedades reologicas del fluido sobre la limpieza del hoyo y el asentamiento de sólidos, especialmente en pozos desviados y horizontales.

Ahora es posible calcular los valores de caída de presión en el espacio anular, utilizando la geometría del pozo, caudal de bomba, densidad del fluido y los tres parámetros del modelo H-B, obteniéndose valores de ECD mas confiables.




La descripción de las características de un fluido de perforación a través de todo el espectro reológico, se explica de manera mas exacta mediante el modelo de Ley de Potencia Modificada o Herschel – Buckley.

La aplicación de este modelo tiene implicaciones importantes en los cálculos de hidráulica y en la evaluación de capacidad de limpieza en pozos muy desviados. Utilizando los parámetros de este modelo, se puede hacer cálculos de hidráulica sin usar aproximaciones o factores de corrección.

Ley de Potencia modificada

Ley de Potencia


Esfuerzos de Geles(Gel Strength)

Son medidas realizadas con el viscosímetro de lectura directa y describen el comportamiento de flujo de un fluido de perforación dependiente del tiempo. Los valores de esfuerzo de geles son registrados a los 10 segundos (gel inicial) y a los 10 minutos (gel final). Una medición adicional de los esfuerzos de geles puede ser realizada a los 30 minutos. Los esfuerzos de geles indican las propiedades tixotrópicas de un fluido de perforación y son las medidas de las fuerzas atractivas bajo condiciones estáticas, en relación al tiempo, al contrario de la viscosidad plástica y el punto cedente, que son bajo condiciones dinámicas. Sin embargo los esfuerzos de geles y el punto cedente, algunas veces pueden estar relacionados, en el sentido de que los valores de esfuerzos de geles disminuirán, conforme disminuye el punto cedente.


Esfuerzo de Geles

Los esfuerzos de geles pueden ser Frágiles o Progresivos.

Un gel progresivo se incrementan sustancialmente con el tiempo, requiriendo de una alta presión para reiniciar el flujo o romper circulación, luego de una parada, mientras que, un gel frágil se incrementa ligeramente con el tiempo, pero puede ser más alto, inicialmente, que un gel progresivo Tiempo

Frágil o plano

ProgresivoE

sfue

rzo

de G

el

Tiempo

Frágil o plano

ProgresivoE

sfue

rzo

de G

el


Esfuerzo de Geles

Los esfuerzos de geles, en un fluido de perforación son dependientes de: Tratamiento Químico → gel inicial suficiente alto – evitar geles progresivos

Concentración de sólidos → incrementa valores de geles – tipo de sólidos

Tiempo → los geles se incrementan con el tiempo

Temperatura → incrementa geles – tratamiento químico

Un lodo densificado debe poseer suficientes esfuerzos de geles para evitar el asentamiento de la barita.


Puede ser una indicación de:

– Defloculación Insuficiente

– Sólidos reactivos muy altos

– Exceso de Sólidos

– Contaminación de Carbonatos

Esfuerzo de Geles


TIXOTROPIA

La tixotropía es una característica de los fluidos de perforación, especialmente los base agua de arcilla y polímero, la cual es medida mediante los esfuerzos de geles, con el viscosímetro de lectura directa, a 10 seg., 10min., 30 min., a una tasa de corte de 3 rpm y a temperatura constante.

Por lo tanto, se puede definir como el cambio isotérmico reversible en viscosidad con el tiempo, a una tasa de corte constante.

La importancia de su estudio y control en los fluidos de perforación radica en el papel que tiene en la suspensión del material densificante y recortes de perforación, así como en la presión de circulación inicial, luego de una parada y presiones de suabeo y surgencia durante los viajes.

En el caso de los fluidos de perforación, el fenómeno es causado por las plaquetas de arcilla que se arreglan, por si mismas, en posición de energía libre mínima, para satisfacer cargas superficiales electroestáticas.


TIXOTROPIA

Como ya hemos visto, la viscosidad efectiva de un fluido plástico de Bingham depende de la tasa de corte, debido a que, su componente estructural forma una porción decreciente de la resistencia total al corte a medida que la tasa de corte aumenta (adelgazamiento por corte). La viscosidad de un fluido tixotropico depende del tiempo de agitación, tanto como de la tasa de corte, debido a que la componente estructural cambia con el tiempo, de acuerdo con la historia pasada de corte del fluido. Por esta razón se dice que los fluidos tixotropicos son “fluidos con memoria”. Los fluidos plásticos de perforación pueden ser o no tixotropicos, dependiendo de su composición y de las condiciones electrostáticas.

Lo opuesto a la tixotropía es la reopectia. La viscosidad de un fluido reopectico aumenta con el tiempo a una tasa constante. No se ha registrado casos de reopectia en fluidos de perforación.

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