Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
PRATICA N° 4 1. TITULO: “REOLOGÍA Y GELES” 2. INTEGRANTES: Garzón Anchapanta Kevyn Rubén Parra Ruiz David Sebastián Salazar Rodríguez Alex Dalton 3. FECHA Y HORA: Jueves 25 de Mayo del 2017
9:00 AM-11:00AM
4. OBJETIVOS Objetivo general: Determinar la capacidad de limpieza y suspensión del fluido con base a sus propiedades reológicas. Objetivos específicos: Observar el cambio de las propiedades reológicas del fluido de perforación al variar la temperatura. Explicar las funciones del fluido de perforación afectadas por el cambio de las propiedades reológicas Revisar los conceptos de las diferentes viscosidades. 5. RESUMEN El resumen de la practica realizamos todo el procedimiento tratan de ver las características reológicas de nuestro fluido de perforación sabiendo con anterioridad ciertos términos como viscosidad aparente, plástica y otros termino igual de importantes para realizar la práctica. Realizamos nuestras medidas en el Viscosímetro rotacional de cilindros concéntricos con mucho cuidado al tomar nuestros datos para realizar los respectivos cálculos y no obtener respuestas incoherentes.
1
Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
6. MATERIALES Y EQUIPOS Viscosímetro rotacional de cilindros concéntricos Es un equipo para la determinación de la viscosidad por el principio rotacional; consiste en la rotación de un husillo sumergido en la muestra y una velocidad constante. Mediante este dispositivo nosotros obtenemos la viscosidad absoluta de nuestro fluido. Consiste de dos cilindros concéntricos separados por una capa fina anular del fluido a evaluar. Uno de los cilindros gira mientras el otro queda estacionario, con producción acción de corte en el fluido. (Coronado, 2014) El viscosímetro con el que cuenta el laboratorio es un viscosímetro Ofite modelo 800 emplea un transductor para medir el ángulo de rotación en una muestra de fluido. Para un sistema totalmente automatizado de control y adquisición de datos adecuado para aplicaciones de investigación, es ampliamente utilizado en todo el mundo tanto en el campo como en el laboratorio para la medición precisa de Propiedades Reológicas de Fluidos. (Ofite, 2017)
Fig.1 Viscosímetro rotacional
7. MARCO TEÓRICO Reología 2
Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
La reología es el estudio del flujo y la deformación de la materia sometidas a fuerzas; es decir evaluamos elasticidad, plasticidad y viscosidad. Por lo general se la mide con un reómetro. Las mediciones de las propiedades reológicas son aplicables para fluidos como soluciones diluidas de polímeros y surfactantes hasta formulas concentradas de proteínas, y desde semi solidos como pastas y cremas hasta polímeros derretidos o sólidos, así como al asfalto. (Malvern, 2017) Viscosidad La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a las deformaciones graduales producidas por tensiones cortantes o tensiones de tracción. Es una propiedad física característica de todos los fluidos, el cual emerge de las colisiones en las partículas del fluido que se mueven a diferentes velocidades, provocando una resistencia a fluir. (Wikipedia, 2017) La viscosidad de corte está definida por la relación entre el esfuerzo de corte (τ) y la velocidad de corte (γ) 𝝁=
𝝉 𝜸
La unidad tradicional para la viscosidad es el Poise (P) o 0.1 Pa-sec (también 1 dyna-sec/cm2).
Esfuerzo de corte Es la fuerza por unidad de superficie requerida para mantener una velocidad constante de movimiento de un fluido. 𝝉=
𝑭 𝑨
Donde: 𝜏 = Esfuerzo cortante F = Fuerza de corte A = Superficie en la que actúa la fuerza de corte.
3
Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
Velocidad de corte El gradiente de velocidad medido a través del diámetro de un canal de flujo de fluido, ya sea en la sarta de perforación o el anular. La velocidad de corte es el momento en el cual cambia la velocidad de una capa de fluido que pasa por una capa adyacente. (Glossary, 2017) 𝛾=
𝑉2 − 𝑉1 𝑑
Donde: y= Velocidad de corte en segundos recíprocos V2= Velocidad en la Capa B (pies/s) V1= Velocidad en la Capa A (pies/s) d = Distancia entre A y B (pies)
Fig.2 Fuerza de corte
Viscosidad efectiva (µ𝒆 ) En los fluidos no newtonianos la viscosidad del fluido cambia con el esfuerzo de corte. La viscosidad efectiva de un fluido es la viscosidad de un fluido bajo condiciones específicas como: velocidad de corte, presión y temperatura. µ𝒆 =
𝟑𝟎𝟎𝜽𝒙 𝒓𝒑𝒎
Viscosidad aparente (µ𝒂 ) La viscosidad aparente no es una viscosidad real, y ésta la medimos en el viscosímetro de lodo a 300 RPM o a la mitad del viscosímetro a 600RPM. Cabe 4
Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
indicar que ambos valores de viscosidad aparente concuerdan con la fórmula de viscosidad. Su ecuación para los cálculos es: µ𝒂 =
𝜽𝟔𝟎𝟎 𝟐
Viscosidad plástica (VP) La viscosidad plástica resulta de la fricción entre los sólidos, sólidos-líquidos, líquidos-líquidos y se mide en centipoise (cP) o milipascales-segundo (mPa*s). 𝑷𝑽 (𝒄𝑷) = 𝜽𝟔𝟎𝟎 − 𝜽𝟑𝟎𝟎
La viscosidad plástica es afectada por:
La concentración de los sólidos.
El amaño y forma de los sólidos.
La viscosidad de la fase fluida.
La presencia de algunos polímeros de cadena larga.
La relación aceite-agua o sintético- agua en los fluidos de emulsión inversa.
La fase sólida es importante para los fluidos de perforación ya que un aumento de la viscosidad plástica puede significar un aumento en el porcentaje en volumen de sólidos, reducción del tamaño de las partículas de los sólidos, un cambio de la forma de partículas una combinación de estos efectos. (Astroth, 2011) Punto cedente (Yield point) Es una propiedad del fluido que refiere al flujo inicial o el esfuerzo requerido para que el fluido se mueva o a su vez también es la fuerza de atracción entre las partículas coloidales en el lodo de perforación. El punto cedente es una medida de fuerza electromagnética generado entre las partículas bajo condiciones. El Yield point se mide en lb/100 ft2 y se calcula con la siguiente ecuación: 5
Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
𝒀𝑷 = 𝜽𝟑𝟎𝟎 − 𝑽𝑷 Un aumento en el YP causaría un incremento de la viscosidad del fluido de perforación.
Tipos De Fluido Fluidos Newtonianos Es un fluido cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. En figura. 3 se observa una curva que nos muestra la relación entre el esfuerzo cortante contra su velocidad de deformación, esta relación es lineal. Bajo condiciones normales de presión y temperatura tenemos fluidos newtonianos como el aire, agua, gasolina, vino y algunos aceites minerales.
Fig.3 Esfuerzo de corte vs Velocidad de corte para un fluido newtoniano
Fluidos No Newtonianos
6
Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
Los fluidos no newtonianos no muestran una proporción directa entre el esfuerzo de corte y la velocidad de corte. La viscosidad de un fluido no newtoniano es conocida como viscosidad efectiva.
Fig.4 Esfuerzo de corte vs Velocidad de corte para un fluido no newtoniano
8. PARTE EXPERIMENTAL Tabla. 1 Cálculos obtenidos
Viscosidad Lodo
efectiva cP
5
57,6
Viscosidad
Viscosidad
Punto cedente
aparente cP
plástica cP
lb/100 ft2
32,35
6,9
50,7
Lodo 5 Viscosidad efectiva µ𝑒 =
300 ∗ 57,6 = 57,6 300
Viscosidad aparente
7
Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
µ𝑎 =
64,5 = 32,25 2
Viscosidad plástica 𝑃𝑉 (𝑐𝑃) = 64,5 – 57,6 = 6,9 𝑐𝑃
Viscosidad plástica 𝑌𝑃 = 57,6 – 6,9 = 50,7 lb/100 ft2
Lodo 6 Contiene demasiados solidos por tanto no se pudieron realizar las mediciones CAPACIDAD DE GELIFICACIÓN a 600 rpm Tabla. 2 Capacidad de Gelificación.
Tiempo
Gelificación cP
10 s
23,5
10 min
22,5
30 min
23
Análisis de Resultados Se obtuvo una viscosidad plástica de 6,9 esta viscosidad depende del tamaño y forma de los sólidos presentes en el fluido, como el lodo no tenía presencia de sólidos es baja, y un punto cedente de 50,7. La viscosidad efectiva depende el número de revoluciones por minuto que se realice. El Lodo 6 no se obtuvieron datos de viscosidad esto se dio porque el misma tenía una excesiva cantidad de sólidos. Además, a mayor temperatura del lodo este tendrá una menor densidad. 9. PREGUNTAS
8
Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
¿Cómo afecta la Temperatura en la viscosidad de un fluido de perforación? Afecta a la viscosidad a medida que exista mayor temperatura disminuirá la viscosidad en nuestro fliudo.
¿Por qué es importante que un fluido de perforación tenga buenas características reológicas? Debido a que nuestro fluido realiza varias acciones dentro de la tubería como subir los cortes de perforación, lubricar la broca, enfriar la broca y mantener estable las paredes de la tubería. Por eso es recomendable una buena característica reológica en nuestro fluido.
10. CONCLUSIONES
La temperatura afecta el comportamiento y las interacciones del agua, la arcilla, los polímeros y los sólidos en el lodo.
La presión de fondo de pozo debe ser tenida en cuenta al evaluar la reología de los lodos a base de aceite.
La reología del lodo se mide continuamente durante la perforación y se ajusta con aditivos o dilución para cumplir con las necesidades de la operación.
La reología es una propiedad sumamente importante de los lodos de perforación, los fluidos de perforación de yacimiento, los fluidos de reacondicionamiento y terminación, los cementos y los fluidos y píldoras especializados
11. RECOMENDACIONES
Tomar en cuenta los tiempos exactos en los cuales se debe realizar la medición ya que esto puede influir en los cálculos
Tomar más de una medición en cada intervalo de tiempo para disminuir el error
Tener muy claras las revoluciones a las cuales se debe configurar el mecanismo para cada una de las mediciones.
9
Escuela Politécnica Nacional Carrera de Ingeniería en Petróleos Laboratorio de Fluidos de Perforación
Bibliografía Astroth. (31 de Junio de 2011). Obtenido de http://ingpetroleraemi.blogspot.com/2011/07/ Coronado, A. K. (10 de Abril de 2014). Prezi. Obtenido de https://prezi.com/ruxk9nfxajwd/viscosimetro-rotacional-de-cilindrosconcentricos/ Glossary, O. (01 de Junio de 2017). Obtenido de http://www.glossary.oilfield.slb.com/es/Terms/s/shear_rate.aspx Malvern. (01 de Junio de 2017). Obtenido de http://www.malvern.com/es/products/measurement-type/rheologyviscosity/ Ofite. (31 de Mayo de 2017). Ofite. Obtenido de http://www.ofite.com/products/drilling-fluids/product/373-model-800viscometer-with-retractable-legs Wikipedia. (01 de Junio de 2017). Obtenido de https://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad
10
