Perforacion

FLUIDO

Un fluido es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta. Todos los fluidos están compuestos de moléculas que se encuentran en movimiento constante. Sin embargo, en la mayor parte de las aplicaciones de ingeniería, nos interesa más conocer el efecto global o promedio (es decir, macroscópico) de las numerosas moléculas que forman el fluido. Son estos efectos macroscópicos los que realmente podemos percibir y medir. Por lo anterior, se puede considerar que el fluido está idealmente compuesto de una sustancia infinitamente divisible (es decir, como un continuo) y no nos preocuparemos por el comportamiento de las moléculas individuales.

CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS

•La posición relativa de sus moléculas puede cambiar continuamente.

•Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los líquidos son mucho menos compresibles que los gases.

•Tienen viscosidad, aunque la viscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos.

•Toman la forma del recipiente que los contiene, debido a su separación molecular los fluidos no poseen una forma definida por lo tanto no se puede calcular su volumen o densidad a simple vista, para esto se introduce el fluido en un recipiente en el cual toma su forma y así podemos calcular su volumen y densidad, esto facilita su estudio.

TIPOS DE FLUIDOS

Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo a diferentes características que presentan en:

•Newtonianos:

Son aquellos fluidos donde el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la rapidez de deformación. La mayor parte de los fluidos comunescomoel agua, el aire, y la gasolina son prácticamente newtonianos bajo condiciones normales.

•No Newtonianos:

El término no newtoniano se utiliza para clasificar todos los fluidos donde el esfuerzo cortante no es directamente proporcional a la rapidez de deformación. Numerosos fluidos comunes tienen un comportamiento no newtoniano. Dos ejemplos muy claros son la crema dental y la pintura Lucite. Esta última es muy "espesa" cuando se encuentra en su recipiente, pero se "adelgaza" si se extiende con una brocha. De este modo, se toma una gran cantidad de pintura para no repetir la operación muchas veces. La crema dental se comporta como un "fluido" cuando se presiona el tubo contenedor. Sin embargo, no fluye por sí misma cuando se dejaabierto el recipiente. Existe un esfuerzo límite, de cedencia, por debajo del cual la crema dental se comporta como un sólido. En rigor, nuestra definición de fluido es válida únicamente para aquellos materiales que tienen un valor cero para este esfuerzo de cedencia.

REGIMEN O PATRONES DE FLUJO DE LOS FLUIDOS

•Flujos Viscosos y no Viscosos:

La subdivisión principal señalada en la figura anterior se tiene entre los flujos viscosos y no viscosos. En un flujo no viscoso se supone que la viscosidad de fluido u, vale cero. Evidentemente, tales flujos no existen; sin embargo; se tienen numerosos problemas donde esta hipótesis puede simplificar el análisis y al mismo tiempo ofrecer resultados significativos. (Si bien, los análisis simplificados siempre son deseables, los resultados deben ser razonablemente exactos para que tengan algún valor.) Dentro de la subdivisión deflujo viscoso podemos considerar problemas de dos clases principales. Flujosllamados incompresibles, en los cuales las variaciones de densidad son pequeñas yrelativamente poco importantes. Flujos conocidos como compresibles donde lasvariaciones de densidad juegan un papel dominante como es el caso de los gases a velocidades muy altas. Estudiaremos ambos casos dentro del área general de flujos no viscosos. Por otra parte, todos los fluidos poseen viscosidad, por lo que los flujos viscosos resultan de la mayor importancia en el estudio de mecánica de fluidos.

Flujos Laminares y Turbulentos:

Los flujos viscosos se pueden clasificar enlaminares o turbulentos teniendo en cuenta la estructura interna del flujo. En un régimen laminar, la estructura del flujo se caracteriza por el movimiento de láminas o capas. La estructura del flujo en un régimen turbulento por otro lado, se caracteriza por los movimientos tridimensionales, aleatorios, de las partículas de fluido,superpuestos al movimiento promedio. En un flujo laminar no existe un estado macroscópico de las capas de fluido adyacentes entre sí. Un filamento delgado de tinta que se inyecte en un flujo laminar aparece como una sola línea; no se presenta dispersión de la tinta a través del flujo, excepto una difusión muy lenta debido al movimiento molecular. Así, por ejemplo, la naturaleza del flujo (laminar o turbulento) a través de un tubo se puede establecer teniendo en cuenta el valor de un parámetro adimensional, el número de Reynolds, Re = pVD/u, donde p es la densidad del fluido, V la velocidad promedio, D el diámetro del tubo y u la viscosidad.

Flujo Compresible y Flujo Incompresible:

Aquellos flujos donde las variaciones en densidad son insignificantes se denominan incompresibles; cuando las variaciones en densidad dentro de un flujo no se pueden despreciar, se llaman compresibles. Si se consideran los dos estados de la materia incluidos en la definición de fluido, líquido y gas, se podría caer en el error de generalizar diciendo que todos los flujos líquidos son flujos incompresibles y que todos los flujos de gases son flujos compresibles.

La primera parte de esta generalización es correcta para la mayor parte de los asos prácticos, es decir, casi todos los flujos líquidos son esencialmente incompresibles.Por otra parte, los flujos de gases se pueden también considerar como incompresibles si las velocidades son pequeñas respecto a la velocidad del sonido en el fluido; larazón de la velocidad del flujo, V, a la velocidad del sonido, c, en el medio fluido recibe el nombre de número de Mach, M, es decir, M=V/c.

MODELOS REOLOGICOS

Plástico ideal o de Bingham:

Se denomina plástico ideal o de Bingham a las sustancias o fluidos que para tensiones tangenciales inferiores a un valor característico 0 τ se comportan elásticamente, y superado ese valor muestran uncomportamiento similar al de un fluido newtoniano. A este tipo de fluido lo

Flujo laminar de un fluido perfecto entorno al perfil de un objeto.

Distribución de velocidades al interior de un tubo con flujo turbulento.

No existe un término para el punto de cedencia por tanto bajo este modelo los fluidos comienzan a fluir a una tasa de corte cero. Viendo estos dos modelos se diferencian en las siguientes características en que el modelo plástico el fluido comienza a generar movimientos después que el corte se ha aplicado, y en la ley de potencia no importa si este haya aplicado ya un esfuerzo mínimo superior al corte, éste fluirá sin dicho esfuerzo.

CAÍDAS DEPRESIÓN EN TUBERÍAS

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La caída de presión es uno de los factores que frecuentemente se ignoran al calcular las dimensiones de los sistemas. Los datos sobre caídas de presión para equipo son por lo general proporcionados por el fabricante del equipo. Normalmente se conoce la presión estática en el sistema. En algunos casos puede hacerse muy poco acerca de las tuberías existentes, las cuales pueden ser de un tamaño marginal o definitivamente demasiado pequeñas. En este caso, otros procedimientos, tales como instalar una unidad de mayor tamaño o aumentar el diámetro de la tubería en secciones críticas del sistema, pueden ser necesarios. La manera en que puede calcularse una caída de presión típica y el flujo requerido, podría parecer un proceso complicado. Sin embargo, solamente consiste de una serie de pasos sencillos. Es importante conocer los requisitos específicos del código de tuberías que han sido adoptados, y puestos en vigor, por la jurisdicción responsable de vigilar la seguridad e integridad de construcciones y tuberías en el área geográfica de instalaciones de equipo de tratamiento.

Geometría de Hidráulica:

Tuberías, Revestimientos, longitudes de secciones, etc. Fueron siempre involucradas en la determinación de las pérdidas de presión en un pozo, sin embargo el uso de tuberías más grandes de perforación (6 5/8” y 5 7/8”) han cambiado estos conceptos por el notable aumento en el área interna de circulación y por la disminución en el diámetro hidráulico, siendo este ultimo altamenteinfluenciado por la presencia de las uniones de cada tubo de perforación, los cuales hasta la fecha eran voluntariamente ignorados.

Variación de los espacios anulares.

DISEÑO DE LA HIDRÁULICA DE UN LODO

El Fluido de Perforación es un fluido de características químicas y físicas apropiadas, que puede ser aire o gas, agua, petróleo y combinaciones de agua y aceite con diferente contenido de sólidos. No debe ser tóxico, corrosivo ni inflamable, pero sí inerte a las contaminaciones de sales solubles o minerales y además, estable a altas temperaturas. Debe mantener sus propiedades según las exigencias de las operaciones y debe ser inmune al desarrollo de bacterias. El objetivo principal que se desea lograr con un fluido de perforación, es garantizar la seguridad y rapidez del proceso de perforación, mediante su tratamiento a medida que se profundizan las formaciones de altas presiones, la circulación de dicho fluido se inicia al comenzar la perforación y sólo debe interrumpirse al agregar cada tubo, o durante el tiempo que dure el viaje que se genere

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