CUESTIONARIO FLUJO MULTIFASICO 1. ¿Qué es flujo multifásico? Se trata del movimiento simultáneo de dos fases: Líquida (Petróleo y agua) y Gaseosa. Los líquidos pueden o no estar formando una emulsión. 2. ¿Qué es la velocidad de resbalamiento y escriba su fórmula? Se define como la diferencia entre las velocidades reales de gas y de líquido.
3. ¿Qué es colgamiento? Es la razón del volumen del segmento de tubería ocupado por líquido al volumen del segmento de tubería. 4. ¿Qué es la velocidad real de un fluido? Es determinada para el área real transversal ocupada por el fluido como el cociente de la velocidad superficial del mismo sobre el colgamiento de la fase en que se encuentre. 5. ¿Qué es colgamiento con resbala miento de un líquido y gas escriba la fórmula? Colgamiento de los líquidos con resbalamiento Es la razón del volumen de un segmento de tubería ocupado por líquido al volumen del segmento de tubería.
Colgamiento de un gas con resbalamiento
El remanente del segmento de tubería es ocupado por gas, el cual es referido con un colgamiento de gas y es igual a la unidad menos el colgamiento del líquido.
6. ¿Qué es colgamiento sin resbala miento y escriba la fórmula con líquido y gas? Colgamiento sin resbalamiento de un líquido La fracción del líquido sin resbalamiento, también conocido como colgamiento sin resbalamiento o contenido de líquido de entrada, es definida como la razón del volumen de líquido en un segmento de tubería dividido para el segmento de tubería, considerando que el gas y el líquido viajaran a la misma velocidad.
Colgamiento sin resbalamiento del líquido
Colgamiento sin resbalamiento de un gas El colgamiento sin resbalamiento del gas se define como el complemento de
Si
todo líquido
Si
todo gas
.
7. Clasificación de los hidrocarburos: - En función de las características y condiciones en que se encuentran acumulados en el subsuelo, pueden ser: Petróleo. Negro o verde negruzco, γ>0.8, Rs<1100 PCS/BF. Petróleo volátil. Café oscuro, 0.74<γ<0.8, 1100110000 PCS/BF). Petróleo
Gas y
volátil
Condensado
45,62*
64,17
86,82
92,26
C2
3,17
8,03
4,07
3,67
C3
2,1
5,19
2,32
2,18
C4
1,5
3,86
1,67
1,15
C5
1,08
2,35
0,81
0,39
C6
1,45
1,21
0,57
0,14
C7+
45,08
15,19
3,74
0,21
Peso Mol. de C7+
231
178
110
145
Densidad Relativa
0,862
0,765
0,735
0,757
620
2300
19300
122000
Negro
Anaranjado
verduzco
oscuro
Café ligero
Acuoso
Componente
Petróleo
C1
Rel. Gas – Petróleo (PCS/BF) Color del Lí quido
Gas Seco
Considerando las fases y la composición de la mezcla de hidrocarburos, a la temperatura y presión a que se encuentran dentro del yacimiento, se obtiene una clasificación más apropiada, la misma que viene dada por un diagrama de fases:
Diagrama de fases – mono componente (Presión – Temperatura)
Diagrama de fases – binario (Presión – Temperatura)
Diagrama de fases – multi componente – Mezcla de Hidrocarburos
8. Indique las clases de flujo multifásico:
Vertical:
Horizontal:
Inclinado:
9. Indique la clasificación de las pérdidas en tuberías, explique cada una de ellas: Las pérdidas de carga (o pérdidas de energía) en tuberías son de dos tipos, primarias y secundarias:
Las pérdidas primarias son las “pérdidas de superficie” en el contacto del fluido con la superficie (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o las partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme y por lo tanto, principalmente se producen en tramos de tuberías de sección constante. Las pérdidas secundarias son las “pérdidas de forma” que tienen lugar en las transiciones (estrechamiento o expansiones), en codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tuberías.
Si se supone una tubería horizontal de diámetro constate, D, por la que circula un fluido cualquiera entre dos puntos 1 y 2, se cumple la ecuación de Bernoulli con pérdidas:
Al ser la tubería de sección constante y horizontal V 1 = V2
y
z1 = z2
Posteriormente se llegó a concluir que:
La ecuación fundamental de las pérdidas secundarias, análoga a la ecuación de Darcy para pérdidas primarias, es la siguiente:
10. Dibuje el perfil de velocidad laminar y turbulento y explique la configuración de la velocidad en cada uno de los regímenes. FLUJO LAMINAR.- Bajo las condiciones de flujo laminar, la naturaleza de la viscosidad dicta un perfil de flujo donde la velocidad se incrementa en dirección al centro del tubo según se ilustra:
FLUJO TURBULENTO.- La velocidad del flujo cerca de la pared cambia de cero, en la pared, a una casi uniforme distribución de velocidad en el resto de la sección transversal.
11. ¿A través de la fórmula de perfil de velocidad laminar Entre la velocidad en su punto máximo y explique por qué? ( ) )
( ( (
( ) ) ( ) ) ( )
12. ¿A través de la fórmula de perfil de velocidad turbulenta Entre la velocidad en su punto máximo y explique por qué? (
√ (
(
√ √
( (
(
√ √
√
(
)) ( ))
√ √
))
)
√ )
13. Explique que es el radio hidráulico de la tubería y comente si se utiliza en una tubería de producción de petróleo Se conoce como radio hidráulico (R) a la dimensión característica de secciones transversales no circulares. Está definido como el cociente entre el área neta de la sección transversal y el perímetro mojado (PM) de dicha sección 14. ¿Qué es el factor Fricción y de que parámetros depende? El factor de fricción es un parámetro adimensional que indica pérdida de energía depende de la velocidad, el diámetro de tubería, las propiedades del fluido (densidad y viscosidad) y de la rugosidad de la superficie del conducto (la cual depende del tipo de material y del acabado del mismo). (
)
Al ser un parámetro adimensional, se puede expresar en función de variables adimensionales (Número de Reynolds y rugosidad relativa): (
)
15. Escriba las principales expresiones tanto para flujo laminar y turbulento en tubería liza o rugosa para el cálculo del coeficiente de fricción. Pérdidas por Fricción en Flujo Laminar
Pérdidas por Fricción en Flujo Turbulento Si el conducto analizado es liso ( )
y el flujo es turbulento (2000 < Re < 100000), se
puede aplicar la ecuación de Blasius ⁄
Si el conducto analizado es liso ( )
y el flujo es muy turbulento (Re > 100000), se
puede usar la primera ecuación de Karman.Prandtl √
(
√
)
Si el conducto es rugoso y el flujo es turbulento (2000
En conductos con flujo altamente turbulento (Re>100000), donde el coeficiente de fricción únicamente depende de la rugosidad relativa de la pared, se puede aplicar la 2ª ecuación de Karman-Prandtl
16. En qué casos se tiene pérdidas secundarias de presión y de que depende Las pérdidas por friccion se dan en accesorios, codos, etc. Y se rigen a la ecuación:
El coeficiente ζ depende del tipo de accesorio, del número de Reynolds, de la rugosidad y hasta de la configuración de la corriente antes del accesorio.
17. Explique por qué se dan las pérdidas de presión por ensanchamientos bruscos y suaves y de que parámetros depende La transición de un conducto de sección circular de un diámetro d a otro diámetro mayor D puede realizarse de forma brusca o suavemente mediante un difusor cónico de ángulo . Esto puede generar caídas de presión. En este caso la pérdida se calcula a partir de la fórmula
El valor de m se toma de la siguiente tabla:
Si el ensanchamiento es brusco ( α=180º), el valor de m es aproximadamente igual a la unidad
18. Cuáles son los principales problemas que generan los codos debido a los residuos incrustados dentro del mismo, que pasa cuando residuos se acumulan en el codo. En un codo se originan dos tipos de pérdidas: Las producidas por la fuerza centrífuga que origina un flujo secundario que se superpone al flujo principal e intensifica el rozamiento (Figura b) La producida por las separaciones que pueden producirse en las zonas r y s (Figura a)
El flujo secundario se puede evitar casi por completo con la instalación de álabes directrices, aunque es una solución cara y utilizada de forma escasa. 19. ¿Cuáles son las principales variables del flujo multifásico? Densidad Viscosidad Tensión Superficial 20. Explique el comportamiento de la densidad cuando existe un incremento en la presión y se ha sobrepasado la presión de burbuja La densidad del petróleo varía conforme el gas que se encuentra disuelto, por eso dependerá de la presión de burbuja. Es así que cuando la presión aumenta y esta presión es mayor que la presión de burbuja la densidad del petróleo aumenta en su valor y disminuirá cuando se alcance el valor de la presión de burbuja.
21. ¿Es posible determinar las propiedades del flujo multifario como: densidad, viscosidad a través del colgamiento? Explique y escriba sus respectivas fórmulas. Se puede determinar los valores de densidad y viscosidad a través del colgamiento, esto con relaciones empíricas y considerando los diferentes casos de flujo multifásico como colgamiento con y sin resbalamiento.
Densidad con Resbalamiento:
Densidad sin Resbalamiento:
Sin resbalamiento
Con resbalamiento
22. Escriba el comportamiento de la viscosidad bajo la influencia de la presión. Presión de burbuja La viscosidad del petróleo va a depender de la presión de burbuja, es así que cuando la presión es mayor que la presión de burbuja, la viscosidad del fluido se incrementara, en otro caso, cuando la presión sea inferior a la presión de burbuja el gas en solución se libera dando como resultado la disminución de la viscosidad del petróleo en el punto de burbuja, para luego incrementar de nuevo su valor. 23. Dibuje y defina los patrones de flujo que se tiene en tubería horizontal Flujo estratificado El gas viaja por la parte superior de la tubería y el líquido por la inferior. Existe una interfase prácticamente líquida.
Flujo Ondulado Se origina a partir del flujo estratificado cuando se rompe la continuidad de la interfase por ondulaciones en la superficie del líquido.
Flujo Anular Una película de líquido está en contacto con las paredes de la tubería y el gas fluye con altas velocidades por el interior como si se tratase de un core central. A su vez, el gas transporta gotas de líquido en suspensión.
Flujo Tapón de Gas Se caracteriza porque las burbujas de gas aumentan de tamaño hasta llenar prácticamente la parte superior de la tubería.
Flujo Tapón de Líquido Se origina a partir del flujo ondulado cuando las crestas de las ondulaciones del líquido llegan prácticamente hasta la parte superior de la tubería, ocasionando grandes turbulencias. Las consecuencias de este régimen de flujo es el incremento de la velocidad del gas.
Flujo Burbuja Las burbujas de gas se mueven a lo largo de la parte superior de la tubería con una velocidad aproximadamente igual a la del líquido. La fase continua es el líquido y también transporta burbujas de gas.
Flujo Niebla Se caracteriza porque la fase continua es el gas y el líquido está completamente disuelto en él. Es decir, es el gas el que lleva en suspensión las gotas del líquido.
24. Dibuje y defina los patrones de flujo que se tiene en tubería vertical Flujo Burbuja El líquido se mueve a velocidad uniforme y ocupa prácticamente toda la tubería por lo que entra en contacto con sus paredes. El gas libre está presente en pequeñas burbujas que se mueven a diferente velocidad respecto a la fase líquida dependiendo de su diámetro (mayor diámetro, mayor rozamiento).
Flujo Bache La fase gaseosa es considerable respecto al líquido del flujo burbuja, las gotas de gas se mueven formando un bache que ocupa casi toda la sección de la tubería. La velocidad de las burbujas de gas en los baches es mayor a la velocidad de la fase líquida; tanto el líquido como el gas tienen un efecto significativo para el cálculo del gradiente de presión total. Predomina la fase líquida.
Flujo Transitorio Se inicia cuando se produce el cambio de gas a fase continua. Prácticamente desaparecen los tapones de líquido entre las grandes burbujas de gas que se juntan y el líquido se queda atrapado entre ellas. Los efectos del gas son significativos o predominantes para el cálculo del gradiente aunque la cantidad de líquido también es significativa para el cálculo del gradiente de presión.
Flujo Niebla La fase gaseosa es continua y el líquido se encuentra como gotitas en medio del gas. Las partículas de líquido que están en contacto con las paredes internas de la tubería son muy finas, es por esto que los efectos del gas influyen directamente en el cálculo del gradiente de presión total del pozo.
25. Por qué se da el patrón de flujo ondulado en tubería horizontal Se origina a partir del flujo estratificado cuando se rompe la continuidad de la interfase por ondulaciones en la superficie del líquido. 26. El patrón de flujo tipo bache, que fases de flujo interviene en la caída de presión Una película de líquido rodea a las burbujas de gas moviéndose a velocidades pequeñas que algunos casos puede tener una dirección contraria a la del flujo. La velocidad de las burbujas de gas en los baches es mayor a la velocidad de la fase líquida; tanto el líquido como el gas tienen un efecto significativo para el cálculo del gradiente de presión total. Predomina la fase líquida. 27. Por qué se da el patrón de flujo anular y cuál de las dos fases tiene mayor velocidad Una película de líquido está en contacto con las paredes de la tubería y el gas fluye con altas velocidades por el interior como si se tratase de un core central. A su vez, el gas transporta gotas de líquido en suspensión.
28. Por qué se da el patrón de flujo estratificado El gas viaja por la parte superior de la tubería y el líquido por la inferior. Existe una interfase prácticamente líquida. 29. ¿El patrón de flujo niebla podría originar cavitación en una tubería o bomba? Si porque la fase continua es gas que pasa a gran velocidad originando que las gotas en suspensión originen daños en la tubería.