TRABAJO ESCRITO BASADO EN EL PROYECTO DE GRADO “ESTUDIO COMPARATIVO DE MODELOS REOLÓGICOS PARA LODOS DE PERFORACIÓN”

TRABAJO ESCRITO BASADO EN EL PROYECTO DE GRADO “ESTUDIO COMPARATIVO DE MODELOS REOLÓGICOS PARA LODOS DE PERFORACIÓN”

PRESENTADO POR:

ESTEFANY JULIANA BASTIDAS BERNAL – 20181166220

PRESENTADO A: DOCENTE LUIS FERNANDO BONILLA

UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA DE PETRÓLEOS

MECÁNICA DE FLUIDOS NO NEWTONIANOS NEIVA, HUILA

2021

TABLA DE CONTENIDO

1. LISTADO DE ILUSTRACIONES        3
2. LISTADO DE TABLAS        4
3. LISTADO DE ECUACIONES        5
4. NOMENCLATURA        6
5. INTRODUCCIÓN        7
6. MARCO TEÓRICO        8

1. REOLOGÍA:        8
2. PARÁMETROS REOLÓGICOS:        8
3. VISCOSÍMETRO   ROTACIONAL:        10
4. MODELOS REOLÓGICOS:        11

1. MODELO PLÁSTICO DE BINGHAM:        11
2. MODELO DE LA LEY DE POTENCIA:        12
3. MODELO DE CASSON        12
4. MODELO DE HERSCHEL–BULKLEY        12
5. MODELO DE ROBERTSON–STIFF        12

1. SELECCIÓN DEL MODELO        15
2. PÉRDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN:        15

1. PROCEDIMIENTO        17
2. DATOS Y RESULTADOS        20

1. DATOS EXPERIMENTALES Y GEOMETRÍA DEL POZO        20
2. RESULTADOS        22

1. ANÁLISIS DE RESULTADOS        26
2. CONCLUSIONES        27
3. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS        28

1. LISTADO DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Tipos de viscosidad        9

Ilustración 2. Diagrama de flujo para el cálculo de los parámetros reológicos y selección modelo óptimo        18

Ilustración 3. Diagrama de flujo para el cálculo de las pérdidas de presión por fricción        19

Ilustración 4. Geometría del pozo        21

Ilustración 5. Reograma de lodo Bentonita / Polímero        23

Ilustración 6. Reograma lodo base agua salada        23

Ilustración 7. Reograma lodo KCl / Polímero        24

Ilustración 8. Reograma para el lodo base aceite        24

1. LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Ecuaciones para calcular los parámetros reológicos de cada modelo        13

Tabla 2. Unidades utilizadas        14

Tabla 3. Ecuaciones para calcular las pérdidas de presión        16

Tabla 4. Características de los lodos estudiados        20

Tabla 5. Datos experimentales        21

Tabla 6. Geometría del pozo        22

Tabla 7. Parámetros reológicos calculados para los lodos        22

Tabla 8.  Error promedio para cada modelo según el lodo utilizado        25

Tabla 9. Modelos de mínimo error promedio        25

Tabla 10. Pérdidas de presión por fricción totales para cada lodo        25

1. LISTADO DE ECUACIONES

Ecuación 1. Esfuerzo de corte mediante viscosímetro rotacional        10

Ecuación 2. Tasa de corte mediante viscosímetro rotacional        10

Ecuación 3. Ecuación Modelo Plástico de Bingham        11

Ecuación 4. Ecuación Modelo Ley de Potencia        12

Ecuación 5. Ecuación Modelo de Casson        12

Ecuación 6. Ecuación Modelo de Herschel-Bulkley        12

Ecuación 7. Ecuación Modelo de Robertson-Stiff        12

Ecuación 8. Ecuación error promedio        15

1. NOMENCLATURA

A continuación la nomenclatura presentada por los autores del estudio para un posterior entendimiento del mismo.

𝐵𝐻𝐴        Bottom Hole Assembly

𝐶𝑆𝐺        Revestimiento (Casing)

𝑑        Diámetro interno de la tubería, 𝑝𝑢𝑙𝑔

𝑑1        Diámetro externo de la tubería, 𝑝𝑢𝑙𝑔

𝑑2        Diámetro interno del anular, 𝑝𝑢𝑙𝑔

𝐷𝐶        Collares (Drill Collar)

𝐷𝑃        Tubería de perforación (Drill Pipe)

𝑓        Factor de fricción de Fanning, 𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

𝛾˙        Velocidad de corte, 𝑠−1

𝐻𝑊 𝐷𝑃        Tubería Pesada (Heavy Weight Drill Pipe)

𝑘        Índice de consistencia, 𝑐𝑃𝑒𝑞

𝐿        Longitud de la sección de análisis, 𝑝𝑖𝑒𝑠

𝑛        Índice de comportamiento de flujo, 𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

𝑁        Velocidad de rotación del rotor, 𝑅𝑃𝑀

𝑁𝑅𝑒        Número de Reynolds, 𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

𝑁𝑅𝑒𝑐 Número de Reynolds crítico, 𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

𝑂𝐻        Hueco abierto (Open Hole)

𝑞        Tasa de flujo, 𝑔𝑎𝑙/𝑚𝑖𝑛

𝑣̅        Velocidad axial de flujo, 𝑝𝑖𝑒𝑠/𝑠

𝑣c        Velocidad axial de flujo critica, 𝑝𝑖𝑒𝑠/𝑠

∆𝑃𝑎        Pérdidas de presión por fricción en el anular, 𝑝𝑠𝑖

∆𝑃𝑡        Pérdidas de presión por fricción en la tubería, 𝑝𝑠𝑖

𝜃𝑥        Lectura a X RPM en el viscosímetro de Fann

𝜇𝑝        Viscosidad plástica, 𝑐𝑃

𝜌        Densidad del fluido, 𝑙𝑏𝑚 /𝑔𝑎𝑙

𝑟        Esfuerzo de corte, 𝑙𝑏𝑓/100𝑓𝑡2

𝑟𝑦        Punto de cedencia, 𝑙𝑏𝑓/100𝑓𝑡2

1. INTRODUCCIÓN

Teniendo en cuenta que la perforación de pozos es la única herramienta para corroborar la presencia de hidrocarburos y permitir la posterior producción de estos, se hace necesario tener un amplio conocimiento de las variables involucradas en el proceso, como lo es la hidráulica de los fluidos de perforación, la cual comprende tanto las pérdidas de presión como el tipo de lodo utilizado. Además, considerando que para caracterizar el lodo de perforación es posible utilizar varios modelos reológicos que permitan hacer un ajuste matemático de la deformación del fluido como respuesta a una tasa de corte dada; en el estudio realizado y presentado como documento base: “Estudio Comparativo De Modelos Reológicos Para Lodos De Perforación” tomado de (Maria Isabel Bedoya Moreno, 2009) se presentan inicialmente cinco modelos reológicos (Ley de Potencia, Plástico de Bingham, Robertson-Stiff, Herschel-Bulkley y Casson) los cuales fueron aplicados a cuatro lodos de perforación con el objetivo o la finalidad de comparar su capacidad para modelar las características reológicas de cada lodo. De este modo, proceden inicialmente a describir de manera concisa cada modelo juntamente con las ecuaciones que lo representa, los pasos a seguir para calcular los respectivos parámetros reológicos y los criterios para la definición del tipo de flujo y el cálculo de las pérdidas de presión. Seguidamente, una vez determinados los parámetros reológicos de cada modelo, para lograr analizar el comportamiento de dichos modelos desarrollan una aplicación mediante la programación en Microsoft Visual Basic 6.3 la cual resultó ser de gran utilidad ya que aparte de calcular los parámetros reológicos según el modelo y el error asociado al ajuste de los valores experimentales, también generó de manera gráfica los reogramas comparativos para cada lodo facilitando así el análisis y la selección del modelo a aplicar. Finalmente, tras calcular las pérdidas de presión por fricción totales asociadas y analizar cada modelo, los autores concluyen que mientras los modelos de Herschel-Bulkley y Robertson-Stiff

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