Subido por Alex Torres

Regímenes de flujo

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Instituto Tecnológico Superior de Las
Choapas
Presenta:
Alejandro de Jesús Torres Pérez
Docente:
Jesus Alfredo Hernández Zapién
Materia:
Fundamentos de ingeniera petrolera
Las Choapas ver, a 8 de abril del 2019
Introducción
Ingeniera de yacimientos es una ciencia que aplica los conocimientos científicos en la
explotación de los yacimientos de hidrocarburos, la cual busca obtener su máxima
recuperación al menor costo posible, utilizando diferentes tipos de mecanismos o métodos
que faciliten la extracción del hidrocarburo del yacimiento. El yacimiento cuenta con un
sistema petrolero compuesto por gas, aceite y agua, los cuales se encuentran a diferentes
presiones debido a su densidad, viscosidad, compresibilidad, a los cuales están confinados.
Al iniciar la producción o explotación del hidrocarburo se debe mantener una presión estable
a tal manera que cuando se produzca un barril de aceite este sea remplazado por un barril de
agua en el yacimiento, esto permitirá a la roca y a los fluidos contenidos en el yacimiento la
expansión, provocando entonces la invasión del agua contenida en los acuíferos al
yacimiento. El empuje hidráulico será uno de los mecanismos generados dada a la extracción
del hidrocarburo lo cual provocara comportamientos el flujo de fluidos y variaciones de
presiones, las cuales llegan a generar obstrucciones en el fujo de estos, para lo cual es
necesario la aplicación de distintos métodos que eliminen estas restricciones. La aplicación
de la ingeniería permite la obtención de datos mas precisos del yacimiento lo cual genera una
mejor planificación para el desarrollo del campo a explotar, así como un estimado mas
preciso del volumen de hidrocarburos y cuáles serán las técnicas mas viables para las etapas
posteriores de recuperación al finalizar la vida de producción del yacimiento.
Clasificación del flujo de fluidos.
Los sistemas de flujo en el yacimiento se clasifican de acuerdo con el tipo de fluido, los
regímenes de flujo y la geometría de flujo.
Tipos de fluidos.
Para identificar los fluidos del yacimiento se toma en cuenta el coeficiente de compresibilidad
isotérmica. En general, desde ese punto de vista, los fluidos se clasifican en tres grupos:

Fluidos incompresibles

Fluidos ligeramente compresibles

Fluidos compresibles
El coeficiente de compresibilidad isotérmica c, se describe matemáticamente por las
siguientes expresiones:

En términos de volumen de fluido:

En términos de la densidad de fluido:
donde 𝑣 𝑦 𝜌 son el volumen y la densidad del fluido, respectivamente.
Fluidos incompresibles.
Un fluido incompresible es aquél cuyo volumen (o densidad) no cambia con la presión, esto
es:
En realidad, el fluido incompresible no existe; sin embargo, este comportamiento se supone
en muchos casos debido a que se simplifica la deducción y la forma final de muchas
ecuaciones de flujo, y es suficientemente exacto para muchos propósitos prácticos.
Fluidos ligeramente compresibles.
Un fluido ligeramente compresible es aquél cuyo cambio de volumen debido a la presión (o
densidad) es bastante reducido. Conociendo el volumen 𝑣𝑖 de un liquido ligeramente
compresible a una determinada presión de referencia 𝑝𝑖 , los cambios en su comportamiento
volumétrico pueden describirse matemáticamente integrando la ecuación para obtener la
siguiente expresión:
donde 𝑝 es la presión, lpca; v, el volumen a la presión 𝑝, 𝑝𝑖𝑒 3 ; 𝑝𝑖 , la presión inicial (referencia),
lpca; y 𝑣𝑖 , el volumen del fluido en las condiciones de referencia, 𝑝𝑖𝑒 3 .
Fluidos compresibles.
Son los fluidos que experimentan un gran cambio de volumen debido a la presión. Todos
los gases se consideran compresibles.
Relación presión-volumen para diferentes
Densidad del fluido en función de presión
tipos de fluidos.
para diferentes tipos de fluidos.
Regímenes de flujo.
De acuerdo con la variación de una propiedad con el tiempo existen principalmente tres
regímenes de flujo:

Flujo estable

Flujo inestable

Flujo pseudoestable
Flujo estable.
Se caracteriza por que la presión del yacimiento no cambia con el tiempo en un punto dado
e indica que cada unidad de masa retirada está siendo reemplazada por una misma cantidad
que se adiciona al sistema. Esté toma lugar con yacimientos con empuje de agua o capa de
gas. Además, puede aplicarse sin un margen de error significativo en las zonas aledañas. El
flujo inestable presenta variaciones en la presión con el tiempo y el flujo pseudoestable es un
flujo inestable que se puede considerar temporalmente estable.
Distribución de presión y gasto para flujo estable.
Flujo inestable.
El pozo se somete a producción a condiciones de presión de fondo constante, es decir, que si
se desea mantener este valor se debe variar el gasto de flujo inicialmente la presión avanzada
dentro del yacimiento y drena una cantidad determinada de fluidos., más allá de ese punto no
existe movimiento de fluido. A medida que la presión avanza, el movimiento de fluido es
más interno, aunque menor dentro del yacimiento. Una vez que la presión llega a la frontera
no existe un soporte para sostener la presión y esta debe caer a otro punto de modo que se
mantenga la presión del pozo constante, dicha caída de presión en la frontera hace que cada
vez el caudal en el pozo sea haga menor.
Distribución de la presión y gasto para flujo transitorio con una presión de pozo constante.
Flujo pseudoestable.
El estado pseudoestable es un caso especial del estado inestable. El estado estable se da
cuando se toca la frontera y un barril de aceite se reemplaza por uno de agua, si los factores
volumétricos son 𝑞 = 1. El flujo en estado pseudoestable es causado por la expansión del
fluido. Para que haya expansión tiene que haber una caída de presión mientras que la presión
no afecte la frontera en comportamiento es infinito. Todos los yacimientos tienen ese
comportamiento. En el estado pseudoestable el caudal en el fondo del pozo se mantiene
constante. Lo que indica que para que esto ocurra tiene que haber líneas de presión paralelas;
el principio es similar al estado instable, pero cuando la presión afecta la frontera en todo el
yacimiento
𝑑𝑝
𝑑𝑡
es el mismo y se obtienen líneas paralelas. Matemáticamente
𝑑𝑝
𝑑𝑡
es constante
y entonces el gasto será constante hasta que la presión del fondo fluyente no se puede
mantener.
Distribución de presión y gasto para un sistema bajo condiciones de flujo pseudoestable.
Geometría del flujo en el yacimiento.
La forma de un yacimiento tiene un efecto significativo en el comportamiento del flujo.
Muchos yacimientos tienen fronteras irregulares, y una rigurosa descripción matemática de
la geometría solo puede ser posible con el uso de simuladores numéricos. Sin embargo, para
muchos propósitos de la ingeniería, la geometría real del flujo puede ser representada por
alguna de las siguientes geometrías de flujo.

Flujo radial

Flujo lineal

Flujo esférico y hemisférico
Flujo radial
En los yacimientos en los cuales no hay heterogeneidades muy marcadas, el flujo dentro o
lejos del pozo sigue unas líneas de flujo radial desde una considerable distancia del pozo.
Debido a que los fluidos se mueven hacia el pozo desde todas las direcciones y convergen en
el pozo, se dice que se presenta una geometría de flujo del tipo radial. La Figura 4 muestra
las líneas de flujo idealizadas y las líneas iso-potenciales para un sistema de flujo radial.
Fig. 4. Vista en planta y lateral de la geometría del flujo radial.
Flujo lineal
El flujo lineal ocurre cuando las trayectorias de flujo son paralelas y los fluidos fluyen en una
misma dirección. Además, para fluir, el área de la sección transversal debe ser constante. La
Figura 5 muestra un sistema ideal de flujo lineal, con una dirección del punto P1 al punto P2,
con un área transversal constante “A”. Una aplicación común de las ecuaciones de flujo lineal
es usada en las fracturas hidráulicas como se muestra en la Figura 6.
Fig.5. Geometría de flujo lineal ideal.
Fig.6. Geometría ideal de flujo lineal en fracturas
Flujo esférico y hemisférico
Dependiendo del tipo de configuración de la terminación del pozo, es posible tener una
geometría de flujo esférica o hemisférica cerca del pozo. Un pozo con un intervalo limitado
disparado podría resultar en un flujo esférico en la vecindad de los disparos como se muestra
en la Figura 7-a. Un pozo que solo penetra parcialmente la zona productiva, como se muestra
en la Figura 7-b, podría resultar en un flujo hemisférico.
Fig.7. Geometría de flujo esférico y flujo hemisférico de acuerdo al tipo de terminación en el pozo.
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