MAÑANA2

ESTUDIO COMPARATIVO DE MODELOS REOLÓGICOS PARA LODOS DE PERFORACION MARIA ISABEL BEDOYA MORENO NATALIA CARDONA LAMPION UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLÍN FACULTA DE MINAS ESCUELA DE PROCESOS Y ENERGÍA MEDELLÍN 2009 ESTUDIOS COMPARATIVOS DE MODELOS REOLÓGICOS PARA LODOS DE PERFORA MARÍA ISABEL BEDO NATALIA CARDONA PACE 1 or27 to View nut*ge MO TRABAJO DIRIGIDO DE GRADO PRESENTADO COMO REQUISITO P ARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO DE PETRÓLEOS DIRECTOR CARLOS MARIO SIERRA RESTREPO, PH. D 13 2.

MARCO TEORICO 15 2. 1. Reolog[a . 2. 2. Parámetros Reológicos . 2. 3. Viscosímetro Rotacional . 17 2. 4. Modelos Reológicos 2. 4. 1 . Modelo Plástico de Bingham . 2. 42. Ley de potencia 18 2. 4. 3. Modelo de Casson 2. 44. Modelo de Herschel-gulkley — 2. 4. 5. Modelo de Robertson-Stiff 2 OF 19 2. 5. Selección del Modelo — 21 2. 6. Pérdidas de Presión por Fricción 3. PROCEDIMIENTO . 23 4. DATOS Y RESULTADOS — 26 4. 1. Datos experimentales y geometría del — 26 pozo 4. 2. Resultados. 28 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS…….

RECOMENDACIONES 32 CONCLUSIONES . 34 35 BIBLIOGRAFÍA 36 LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1 . Tipos de viscosidad. 1 . Tipos de viscosidad. 16

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Figura 2. Diagrama de bloques para el cálculo de los parámetros eológicos y selección modelo óptimo 24 Figura 3. Diagrama de bloques para el cálculo de las pérdidas de presión por fricción. ….. 25 Figura 4. Geometría del pozo. 27 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Ecuaciones para calcular los parámetros reológicos de cada modelo. Tabla 2. Tabla 3. Tabla 4. Tabla 5. Tabla 6. Tabla 7. lodos..

Tabla 8. Unidades utilizadas Ecuaciones para calcular las pérdidas de presión. Características de los lodos estudiados .. 26 Datos experimentales … 27 Geometría del pozo. . Parámetros reológicos calculados para los Error promedio para cada modelo según el lodo tilizado. 40F Tabla g. Modelos de míni promedio.. Tabla 10. Pérdidas de presión por fricción totales para cada lodo, LISTA DE GRÁFICAS Gráfica 1. Reograma lodo B/ … 28 Gráfica 2. Reograma lodo base agua salada. . . Gráfica 3. Reograma lodo K/ Gráfica 4.

Reograma para el lodo base aceite. NOMENCLATURA Bottom Hole Assembly Revestimiento (Casing) Diámetro interno de la tubería, 01 Diámetro externo de la tubería, 02 s OF en la tubería, C]DO Lectura a X RPM en el viscosímetro de Viscosidad plástica, Densidad del fluido, CIOO Esfuerzo de corte, aon IOOCICI 2 Punto de cedencia, 10020 2 RESUMEN Fann. En este estudio se presentan cinco modelos reológicos aplicados a cuatro lodos de perforación t[picos con el objetivo de comparar su capacidad para modelar las características reológicas de cada Iodo.

Los modelos empleados son Ley de Potencia, plástico de Bingham, Robertson-Stiff, Herschel-Bulkley y Casson. Cada modelo es descrito y se da la ecuación que lo representa. Además, se muestra como calcular los parámetros re pérdidas de presión generadas en el sistema comparing their capacity to show off rheological characteristics of each muda The used models are Power Law, Bingham Plastic, Robertson-Stiff, Herschel-Bulkley and Casson. Each model is described and the equation which represents it is given. Also, is shown how to calculate rheological parameters and pressure losses generated in the circulatory system.

To analyze the behavior of the models, an application in Visual Microsoft Basic 6. 3 was developed. This one calculates the parameters associated to each model, the error associated to the adjustment of experimental values and generates comparative rheograms for each mud; later it calculates the pressure loss in annulus and pipe and finally gives for each model the associated pressure loss. The analysis concludes that the models Herschel-Bulkley and Robertson-Stiff provide a good fit for all proposed muds and the Bingham Plastic model does not provide an acceptable adjustment for any proposed mud.

The pressure losses calculated, for a given assembly With the model of best fit, are not necessarily the Iowest but is expected to be the closest to the real value. INTRODUCCIÓN La perforación de pozos e amienta disponible para corroborar la presencia permiten hacer un ajuste matematico de la deformación del fluido como respuesta a una tasa de corte dada. El objetivo de este proyecto es realizar un estud10 comparativo entre os siguientes modelos reológicos: Plástico de Bingham, Ley de Potencia, Casson, Robertson-Stiff y Herschel-BulkIey.

Este proyecto está constituido por cinco partes principales. La primera es una revisión bibliográfica donde se describen los antecedentes de cada modelo en la industria del petróleo, en la segunda parte encontramos la definición de cada uno de los modelos, las ecuaciones para hallar los parámetros reológicos y los criterios para la definición del tipo de flujo para el posterior cálculo de las pérdidas de presión. En la tercera parte se muestra el algoritmo propuesto para el cálculo de los parámetros eológicos y las pérdidas de presión.

El análisis de resultados se muestra en la cuarta parte, donde se analiza la efectividad de cada uno de los modelos para los diferentes tipos de lodos propuestos y su repercusión en el cálculo de las pérdidas de presión por fricción. Finalmente se muestran las conclusiones del proyecto y una serie de recomendaciones. En términos generales con este proyecto se concluye que los modelos Herschel-Bulkley y Robertson-Stiff proporcionan un buen ajuste para todos los tipos de lodo aqui analizados.

Las pérdidas de presión por fricción para un ensamb aje de pozo ado calculadas con el modelo de mejor ajuste no necesariamente son las más bajas pero si se esperaría fuera 8 OF más próximas al valor real. por diferentes autores para mostrar o verificar la funcionalidad y rango de aplicación de los modelos reológicos en la industria del petróleo. En 1982 Zhongyingy Songran (1) presentan un estudio de verificación experimental del modelo reológico de Casson aplicado a lodos de perforación.

Para esto se toman mediciones del viscosímetro rotacional, calculan los parámetros reológicos de Casson, verifican las ecuaciones con los datos obtenidos y finalmente uestran las principales aplicaclones del método de Casson. Con base en los resultados obtenidos los autores afirman que el modelo de Casson proporciona una mejor descripción de los fluidos de perforación a en un amplio rango de tasas que los modelos Plástico de Bingham y Ley de Potencia.

Finalmente los autores concluyen que el modelo Plástico de Bingham proporciona buenas aproximaciones cuando es aplicado en tasas medias y altas, es declr, no es apropiado para cálculos de flujo en el anular dado a las bajas tasas manejadas en este sector. Y el modelo Ley de Potencia asegura una aproximación satisfactoria para asas bajas e intermedias. En 1988 Alderman, Gavignet, Guillot y Maitland (2) reportan mediciones reolágicas en campo de lodos de perforación base-agua con temperaturas mayores a 1300 C y presiones superiores a 1000 bar.

Las mediciones reportadas tuvieron un mejor ajuste usando el modelo de Ley de Potencia Modificada (Herschel Bulkley), aunque en algunos casos, particularmente a bajas te altas presiones, los dos parámetros reológicos de Para ambos modelos el comportamiento de la viscosidad a altas tasas refleja el comportamiento de la viscosidad de la fase continua, una débil dependencia de la presión una dependencia exponencial a la temperatura similar a la del agua.

El origen físico del comportamiento observado es discutido, y se plantea un modelo simplificado para representar los datos, el cual muestra cómo hacer una extrapolación de las mediciones hechas en superficie hacia las condiciones de pozo en un sistema de circulación utilizando lodos base agua. En 1996 Weir y Bailey (3) publican un estudio estadístico donde pretenden demostrar la capacidad de algunos modelos reológicos, diferentes a los modelos Plástico de Bingham y Ley de Potencia, para caracterizar un fluido.

En general se onsidera que el modelo de Ley de Potencia proporciona mejores aproximaciones a bajas tasas de corte, mientras que el modelo Plástico de Bingham lo hace a altas tasas. Por lo anterior el primero se ha utilizado principalmente en el anular y el segundo en la tubería de perforación, pero la aplicación de este método segmentado o por regiones trae como consecuencia una incorrecta predicción de pérdidas de presión y de la ECD (Equivalent Circulating Density para lograr demostrar la efectividad de los modelos se realiza un análisis comparativo donde se examina el com el RMS (Residual Mean Square) con base en los