HIDRAULICA HIDRAULIC A DE LA CEMENTACION CEMENTACION
1. REOLOGIA
Reología es la ciencia que trata de la deformación y del flujo de la materia. El uso de valores reológicos en las lechadas de cemento y en el lodo de perforación nos permite calcular los siguientes parámetros: • La velocidad anular y el caudal de omeo necesario para conseguir un flujo tapón laminar o turulento. • La velocidad interior en la ca!ería. • Las presiones de fricción que producen la lechada y el lodo de perforación al circular a trav"s del po#o. • La potencia hidráulica necesaria. • El volumen de lechada$ colchones lavadores$ etc. 2. VISCOSIDAD
En su sentido más amplio$ la viscosidad se puede descriir como la resistencia al flujo de una sustancia. %or definición la viscosidad &'( se pueden descriir como la relación del esfuer#o de corte &)( a la velocidad de corte &*(:
+.,. E-/ER01 2E 31R4E: 3uando un fluido está fluyendo$ hay una fuer#a en el fluido que se opone al flujo. Esta fuer#a se llama esfuer#o de corte. -e puede descriir como un esfuer#o de fricción que aparece cuando una capa de fluido se desli#a encima de otra. El esfuer#o de corte &)( representa las liras de fuer#a por cien pies cuadrados &l5,66 pies+( requeridas para mantener la velocidad de corte. +.+. 7EL138292 2E 31R4E: La velocidad a la cual una capa pasa por delante de la otra capa se llama velocidad de corte. %or lo tanto$ la velocidad de corte &*( es un gradiente de velocidad epresada en segundos &seg;,(. 3. TIPOS DE FLUIDOS
.,. L/821- ?E@41?89?1-on todos los fluidos cuya viscosidad permanece constante a toda velocidad de corte. En
estos fluidos$ el esfuer#o de corte es directamente proporcional a la velocidad de corte. Los luidos ?e=tonianos típicos usados en operaciones de cementación son el agua$ algunos colchones lavadores &colchones químicos($ gasolina y aceites livianos. >.+. L/821- ?1 ?E@41?89?1Auchas lechadas de cemento ehien un comportamiento ?o ?e=toniano muy complejo. Beneralmente la viscosidad es una función de la velocidad de corte y del comportamiento del corte. -e dee diferenciar entre fluidos adelga#antes$ en los cuales la viscosidad decrece con el incremento de la velocidad de corte y los fluidos dilatantes donde ocurre lo inverso. 2e manera general podemos decir que las lechadas de cemento caen dentro de la primera categoría y los modelos reológicos mas usados para descriir las propiedades de la lechada son el Aodelo de Ley de %otencia y el Aodelo %lástico de
Fig. 1 Curvas de los distintos tipos de fluidos
A12EL1 L/C1 %L9-4831 2E <8?BD9A Este modelo descrie un fluido en el cual se requiere una fuer#a finita para iniciar el flujo &punto cedente( y que luego demuestra una viscosidad constante cuando la velocidad de corte aumenta &viscosidad plástica(. La ecuación para el modelo de lujo %lástico de
2onde: ) Esfuer#o de corte F% %unto cedente o esfuer#o de corte a una velocidad de corte de cero &intersección de F( %7 7iscosidad plástica o tasa de aumento del esfuer#o de corte con el aumento de la velocidad de corte &pendiente de la línea( * velocidad de corte
A12EL1 L/C1 2E L9 LEF 2E %14E?389 1 LEF EG%1?E?389 Este modelo descrie un fluido en el cual el esfuer#o de corte aumenta segHn la velocidad de corte elevada matemáticamente a una potencia determinada. Aatemáticamente$ el modelo de Ley Eponencial se epresa como: τ = K ×γ n
2onde: ) Esfuer#o de corte I Jndice de consistencia * 7elocidad de corte n Jndice de Ley Eponencial . PERFILES DE FLU!O
K.,. L/C1 49%1? La literatura justifica con muchos argumentos que el tipo de flujo aconsejale para la cementación de un po#o es el flujo turulento$ pero hay situaciones donde no es posile conseguir flujo turulento por ra#ones como: • Beometría del po#o. • %ropiedades reológicas del fluido. • Restricciones de presión. 3uando se presentan estas situaciones el tipo de fluido recomendado es el tapón$ el cual presenta las siguientes características: • 7elocidad de flujo muy aja. • %erfil de velocidad recto y ordenado. •
K.>. L/C1 L9A8?9R Las características principales presentadas por este perfil de flujo son: • 7elocidad de flujo moderada. • El fluido fluye en línea recta y en paralelo al centro de la ca!ería. • La velocidad del fluido en la pared de la ca!ería es cero. • Aáima velocidad en el centro de la ca!ería. • Benera moderado esfuer#o sore el fluido. K.K. 4R9?-8381? E?4RE L/C1El ?Hmero de Reynolds es un valor$ el cual nos indica en que punto eiste la transición de un perfil de flujo a otro$ segHn determinadas circunstancias. NRE <> 100 <> NRE > 3000 “Flujo Turbulento
En el rango entre +,66 a >666 no se puede definir con precisión el perfil de flujo y este punto se conoce como #ona de transición. 3uando se cementa en flujo tapón la mayoría de los traajos indican que solo se puede remover el 6 M del lodo$ sin emargo si se han tenido uenos pre;flujos$ se puede conseguir mas de un NO M de remoción de lodo. -egHn estudios$ se puede constatar que con flujo turulento se pueden conseguir remociones de lodo mayores al NO M.
