Reologia de los fluidos de perforación

8.1.- Introducción

Las propiedades físicas de un fluido de perforación, densidad y propiedades reológicas son monitoreadas para auxiliar en la optimización del proceso de perforación. Estas propiedades físicas contribuyen para varios aspectos importantes para la perforación exitosa de un pozo, incluyendo:

Proporcionar control de presión para prevenir un influjo de fluido de formación.

Proporcionar energía a la barrena para maximizar la Velocidad de Penetración (ROP: Rate of Penetration).

Proporcionar estabilidad del hoyo a través de zonas sometidas a esfuerzo mecánico o presurizadas.

Recortes y material de lastre suspendidos durante los períodos estáticos.

Permitir la separación de sólidos perforados y gas en la superficie. Remover los recortes del pozo.

Cada pozo es único, por lo tanto es importante controlar estas propiedades con respecto a los requerimientos para un pozo específico y el fluido que se está utilizando. Las propiedades reológicas de un fluido pueden afectar negativamente un aspecto mientras que proporcionan un impacto positivo significativo con relación a otro aspecto. Se debe obtener un equilibrio para maximizar la limpieza del hoyo, minimizar las presiones de la bomba y evitar influjos de fluido o de formación, así como para prevenir pérdida de circulación para las formaciones que están siendo perforadas.

8.2.- Que es la reologia del fluido de perforación

La Reología es una disciplina científica que se dedica al estudio de la deformación y flujo de la materia o, más precisamente, de los fluidos.

Y se clasifica en: fluido newtoniano y no newtoniano

La reología es una parte de la mecánica de medios continuos.

Las propiedades mecánicas estudiadas por la reología se pueden medir mediante reómetros, aparatos que permiten someter al material a diferentes tipos de deformaciones controladas y medir los esfuerzos o viceversa. Algunas de las propiedades reológicas más importantes son:

Viscosidad aparente (relación entre esfuerzo de corte y velocidad

de corte) Coeficientes de esfuerzos normales Viscosidad compleja (respuesta ante esfuerzos de corte

oscilatorio) Módulo de almacenamiento y módulo de pérdidas

(comportamiento viscoelástico lineal) Funciones complejas de viscoelasticidad no lineal

La reologia permite identificar:

Fluidez Estructura Punto de gel Peso molecular

8.3.- Clasificación general de un fluido de acuerdo a su comportamiento reológico.

8.4.- FLUIDO NEWTONIANO

FLUIDOS NEWTONIANOS: Son aquellos cuya viscosidad se mantiene constante independientemente de la velocidad a que están siendo cortados cuando se mueven en conductos de régimen laminar. Es decir, mantienen una relación directa y proporcional entre el esfuerzo de corte que genera el movimiento y la velocidad de corte a la cual se mueve.

ECUACIÓN DEL FLUIDO

Matemáticamente, el rozamiento en un flujo unidimensional de un fluido newtoniano se puede representar por la relación:

Donde:

T : Es la tensión tangencial ejercida en un punto del fluido o sobre una superficie sólida en contacto con el mismo, tiene unidades de tensión o presión ([Pa]).

µ: Es la viscosidad del fluido, y para un fluido newtoniano depende sólo de la temperatura, puede medirse en [Pa·s] o [kp·s/cm2].

dvdx

: Es el gradiente de velocidad perpendicular a la dirección al plano en

el que estamos calculando la tensión tangencial, [s−1].

DIAGRAMA DEL MODELO REOLOGICO

Los fluidos newtonianos poseen una relación lineal entre la magnitud del esfuerzo cortante aplicado (ô) y la velocidad de deformación (ã) resultante (Bloomer 2000). Lo anterior, indica una viscosidad (μ) constante a diferentes velocidades de corte; cuando no presentan tal característica, entonces se denominan fluidos no newtonianos y acorde a su dependencia con el tiempo se identifican como reopéctico o tixotrópico (McClements 1999). De acuerdo a Shames (1995) y Chhabra (2007) los principales modelos matemáticos para los fluidos son descritos en la Tabla I.

Figura 1. Clasificación de fluidos.

EJEMPLOS

Un buen número de fluidos comunes se comportan como fluidos newtonianos bajo condiciones normales de presión y temperatura:

Agua Aire Gasolina Aceite Vino Aceites minerales Lubricantes

Entre otros

μ=σγ