Estranguladores uso y flujo de fluidos ESTRANGULADORES En las instalaciones de producción los estranguladores son dispositivos mecánicos que se utilizan en los pozos para provocar una restricción al flujo ( flujo controlado), con objeto de controlar el aporte de agua y arena proveniente de los yacimientos y así evitar problemas superficiales de producción de arena, desgaste de los elementos superficiales y subsuperficiales como arenamiento del pozo y conificación de agua y o gas según el caso. Existen estranguladores de diámetro fijos ( positivos) y ajustables (variables) CONDICIONES CONDICIONES DE FLUJO FLUJO SUPERFICIAL SUPERFICIAL DE PRODUCCION PRODUCCION La caÍda de presión a través de los estranguladores es generalmente muy significativa. No hay ecuación ecuación universal para predecir predecir la caída de presión por los estrangulad estranguladores ores para todos los tipos de líquidos de la producción. Diversos modelos de flujo por los estranguladores están disponibles de la literatura, y tienen que ser elegidos basados en la fracción fracción del gas en el líquido líquido,, los regímen regímenes es del flujo, flujo, es decir decir, en flujo flujo sónico sónico o subsónico. FLUJO SONICO La onda acústica y la onda de la presión son ondas mecánicas. Cuando la velocidad del fluído en un estrangulador alcanza la velocidad del sonido en condiciones in situ, el flujo es sóni sónico. co. Bajo Bajo cond condici icion ones es de flujo flujo sóni sónico, co, la onda onda de la presió presión n despu despues es del del estrangulador no puede pasar contra la corriente a través de la estrangulador porque el medio (líquido) está viajando en la dirección opuesta en la misma velocidad. Por lo tanto, existe una discontinuidad de la presión en el estrangulador, es decir, la presión flujo después después del estrangulad estrangulador or no afecta a la presión presión flujo arriba. Debido a la discontinuidad discontinuidad de la presión en el estrangulador, cualesquier cambio en la presión flujo abajo no puede ser detectado un manómetro antes del estrangulador. Este estado de flujo sónico proporciona una característica única de estrangulación que estab estabililiz iza a las las cond condici icion ones es de gasto gasto del del pozo pozo y las las cond condici icion ones es de opera operació ción n de separación. Para que exista flujo sónico en un estrangulador estrangulador este depende depende de la relación de presión presión flujo arriba/ flujo abajo / (antes / después después del estrangulador). estrangulador). Si esta relación de presión es menor que una relación de presión critica existe flujo (crítico) sónico. Si es este cociente de la presión mayor o igual el cociente de la presión crítica, el flujo (subcrítico) subsónico existe
La relación de presión critica através del estrangulador se expreso como
Pdespués Pantes = La expresión de k=Cp/Cv es la relación de calores específicos de presión y volumen , un valor de 1.28 es para el gas natural ,con ello la relación de presión critica es de 0.55 el valor práctico para hidrocarburos líquidos es de 0.50
Relaciones criticas através del estrangulador para
FLUJO MONOFASICO LIQUIDO Debido a que la caída de presión en el estrangulador es debida al cambio de energía cinética, el término correspondiente en la ecuación de energía se rearregla para determinar el gasto de fluido Factor por aceleración o cambio de energía cinética
Expresada en unidades de campo
El coeficiente CD se puede determinar basado en el numero de Reynolds y la relación de diámetros de tubería de producción y diámetro del estrangulador , este esta representado en las graficas 5.2 y 5.3 para estranguladores fijos tipo tobera y tipo orificio respectivamente. Guo y Ghalambor en 2005 derivaron una correlación para calcular C D para Nre entre 104 y 106 para estrangulador de tobera
Tipo tobera
Tipo orificio
FLUJO MONOFASICO GAS Las ecuaciones de presión para el flujo de gas por estranguladores se han derivado basados en un proceso isotrópico, esto es debido no hay tiempo para la transferencia de calor ( proceso adiabático) y la pérdida de presión en el estrangulador es despreciable. Además en lo concerniente al cambio de presión en el estrangulador es un elemento importante en los pozos de gas , debido a que se pueden formar cristales de hidratos que pueden taponar las tuberías .
Flujo de gas en condiciones sónicas Bajo condiciones de flujo sónico el gasto de gas llega a su máximo valor así el gasto de gas se puede aproximar con buena precisión considerando el gas como ideal
COMPORTAMIENTO DE LA TEMPERATURA EN FLUJO MONOFASICO GAS Dependiendo de la relación de presión antes y después del estrangulador , la temperatura en el estrangulador puede ser mucho más baja que la esperada. Esta bajada de temperatura se debe al efecto Juole-Thompson, esto es que la súbita expansión del gas que pasa por el estrangulador causa un caída de temperatura significante y caer fácilmente por debajo del punto de congelamiento y formar cristales de hidratos causando un problema de taponamiento, de esta manera considerando un flujo de gas ideal se puede calcular la temperatura después del estrangulador con la siguiente ecuación:
Un gas de densidad relativa de 0.6 y de viscosidad de 0.001245 fluye por una tubería de 2 pg hacia un estrangulador tipo orificio de 1 pg. La presión corriente arriba( antes del estrangulador) es de 800 psia y 75°F.La presión corriente abajo ( despues del estrangulador) es de 200 psia ± medida a 2 pies del estrangulador --.La relación de calor especifico del gas es de 1.3 . Determine: a)
El gasto de producción
b)
Se requiere aplicar calor no obstruirá el orificio?
c)
Cual es la presión esperada a la salida del estrangulador
para asegurarse que el congelamiento
Inciso b
Inciso a : Gasto de producción Condición de flujo En este caso si se requiere de calor aplicar calor ya que el punto de congelamiento del agua es de 32°
Coeficiente de descarga
Finalmente el gasto
Inciso c
FLUJO BIFASICO Cuando el aceite producido llega al estrangulador en la cabeza del pozo, la presión en este punto esta por debajo de la presión de burbujeo del aceite. Esto significa que existe gas libre en la corriente de fluido que pasa por el estrangulador. El comportamiento en el estrangulador se manifiesta de manera diferente dependiendo del contenido de gas y el régimen de flujo ( sónico o subsónico) Tangren y otros (1949) realizó la primera investigación sobre el flujo bifásico gas- líquido por estranguladores. Presentaron un análisis del comportamiento de una expansión del sistema gas-liquido. Demostraron que si se agregan burbujas de gas a un fluido incompresible, sobre la velocidad de flujo crítico , el medio llega a ser incapaz de transmitir cambio de presión flujo arriba contra el flujo. (principio de flujo critico)
Desde entonces se han desarrollado múltiples correlaciones empíricas las cuales tienen la siguiente forma general
Donde C, m y n son constantes relacionadas con las propiedades de los fluidos producidos. Así a continuación se presentan las constantes de algunos de los modelos empíricos realizados
