FLUJO MULTIFASICO EN TUBERIAS VERTICALES La tubería de producción influye, en un alto porcentaje de las caídas de presión que se tienen en el sistema de producción. El cálculo de estas caídas permitirá al ingeniero de producción: •Disear las tuberías de producción y líneas de descarga. •Disear los aparejos de producción con sistemas artificiales a un tiempo futuro. •Determinar la !ida fluyente de un po"o. •#justar un modelo de flujo multifásico que permita proponer nue!as alternati!as de operación para los po"os. •$ptimi"ar las presiones y el gasto de tal forma que permita operar los po"os por el estrangulador más adecuado. El trayecto de los fluidos a tra!%s de la tubería, consume la mayor parte de presión dispo disponib nible le para para lle!ar lle!arlos los del del yacimi yacimient ento o a las baterí baterías as de sepa separac ración ión.. &e 'a establecido establecido que la caída de presión puede representar del () a *)+ de la caía de presión total. &in embargo, esta depende de !ariables tales como diámetro de la tubería, profundidad del po"o, gasto de producción y relación gasaceite -/#0. 1ara describir el comportamiento de flujo a tra!%s de la tubería !ertical -po"o productor0, se requiere un estudio de p%rdidas de presión en tuberías !erticales que conducen me"clas en dos fases o más fases. 2onforme la presión se reduce en el aceite crudo que contiene gas en solución, se desprende gas libre3 como cons consec ecue uenc ncia ia,, el !olu !olume men n de líqu líquid ido o decr decrec ece. e. Este Este fenó fenóme meno no afec afecta ta los los !ol4m !ol4men enes es de gas gas libre libre y aceit aceite e prese present ntes es en cada cada punt punto o de la tuberí tubería a de producción de un po"o fluyente.
Clasificación de las correlaciones Mulif!sico "ara u#er$as %ericales&
de
Flujo
Estas correlaciones se clasifican en tres grandes grupos
/rupo #:
aquellas que no consideran resbalamiento entre fases y patrones de
flujo
/rupo 5:
aquell aquellas as que que si cons consid idera eran n resb resbal alami amient ento o entre entre fases fases,, pero pero no
consideran los patrones de flujo
/rupo 2:
aquellas que si consideran consideran resbalamiento entre fases y si consideran patrones de flujo
#. 6o 'ay resbalamiento y no 'ay consideraciones sobre patrones de flujo. En las correlaciones de este tipo, la densidad de la me"cla se calcula en base a la relación gaslíquido inicial. Esto es, se supone que el líquido y gas !iajan a diferentes !elocidades en la tubería. La 4nica correlación requerida es para el factor de fricción en dos fases. 6o se 'ace distinción alguna para los diferentes patrones de flujo.
5. &e considera el resbalamiento entre fases. Las correlaciones en esta categoría requieren de correlaciones para el colgamiento del líquido y factor de fricción. 7a que se considera que tanto el líquido como el gas pueden !iajar a diferentes !elocidades, se puede utili"ar un m%todo para predecir la porción de la tubería ocupada por el líquido en cualquier locación de la tubería. La misma correlación para el colgamiento del líquido y factor de fricción se pueden utili"ar para todos los patrones de flujo.
2. &e considera resbalamiento entre las fases y se considera patrones de flujo. 6o solo se requieren correlaciones para predecir el colgamiento del líquido y factor de fricción, tambi%n se requieren m%todos para predecir en que patrón de flujo se encuentra la me"cal. 8na !e" que se 'a establecido el patón de flujo correcto, se determinan las correlaciones apropiadas para el colgamiento del líquido y factor de fricción, las cuales son usualmente diferentes para cada patrón. El m%todo para calcular el gradiente de presión por aceleración tambi%n depende del patrón de flujo.
Los estudios reali"ados en el comportamiento de flujo multifásico en tuberías !erticales t i e n e n c o m o o b j e t i ! o p r e d e c i r e l g r a d i e n t e d e p r e s i ó n a t r a ! % s d e l a t u b e r í a d e producción, debido a la importancia que tienen para la industria petrolera. Las correlaciones reali"adas mediante t%cnicas de laboratorio y9o datos de campo poseen sus limitaciones al ser aplicadas en condiciones diferentes a la de su deducción. Los facto res más importantes tomados en cuenta son: el cálculo de la densidad de la me"cla, el factor de entrampamiento de líquido -old 8p0, regímenes de flujo, factor de fricción, entre otros. E;isten muc'as correlaciones para predecir los gra dient es de pre sión duran te el flujo multifásico en tuberías !erticales, a continuación se 'ará una bre!e descripción delas correlaciones más usuales para el análisis de flujo multifásico en tubería !ertical. 'A(E)ORN * BRO+N, eali"aron dos trabajos en <=>(. &iendo el primero de ellos un estudio que relacionó el efecto de la !iscosidad en una tubería de
(ILBERT ./0123, ue el primer in!estigador en presentar cur!as de recorrido de presión p ar a u s o p r ác ti c o. & u t ra b aj o c on s is ti ó e n t o ma r m ed i da s d e c a í d a s d e presión en el reductor3 el m%todo trabajó para bajas tasas de producción y utili"ó en el mismo el t%rmino de @longitud equi!alente@ para el cálculo de la presión de fondo fluyente. )UNS 4 ROS ./0563, $ b s e r! a r o n l a i n f lu e n ci a d e l os p a tr o ne s d e f l uj o e n e l comportamiento del mismo, desarrollando una correlación para l a ! e l o c i d a d d e desli"amiento de las fases. 1resentaron además relaciones para 'allar la densidad dela me"cla y factor de fricción de acuerdo al r%gimen de flujo e;istente. OR7IS8E+S7- ./0593, El autor considera desli"amiento entre las fases y que e;isten cuatro regímenes de flujo, -burbuja, tapón, transición y neblina0. 1resentó un m% todo para el cálculo de caídas de presión en tuberías !erticales, el cual es una e;tensión del trabajo e;puesto por /riffit' y Fallis. La precisión del m%todo fue !erificada cuando sus !alores predecidos fueron comparados con <(* caídas de presión medidas. 8na característica diferente en este m%todo es que el factor de entrampamiento es deri!ado de fenómenos físicos obser!ados. Gambi%n considerados reg íme nes de fl ujo y el t%rmino de densidad relacionados con el factor de entrampamiento3 además determinó las p%rdidas por fricción de las pro pie dades dela fase continua. BE((S 4 BRILL ./0963, 2orrieron pruebas de laboratorio usando me"cla de aire y agua fluyendo en tuberías acrílicas de =) pies de longitud y de < a <.A pulgadas de diá metro interior. 1ara un total de HI pruebas en flujo !ertical, se obtu!o un error porcentual promedio de <.( + y una des!iación standard de >.(A +, desarrollando un esquema similar al de flujo multifásico 'ori"ontal.
:rocedi;ieno
A. &i las p%rdidas por aceleración no se consideran despreciables, determinar su !alor.
>. $btener el !alor de fricción de dos fases. I. #plicando la ecuación correspondiente determinar el !alor del gradiente de presión Kp9KL y con este, el KL correspondiente a la Kp supuesta. *. eempla"ar L 1or L Q KL3 si este !alor es menor que la longitud total, 'acer p
y I dependen del m%todo que se está empleando para el cálculo del perfil de presión. Cuando el flujo no es iso=r;ico> se ienen ?ue incluir los si
HR &uponer un incremento de longitud KL correspondiente a la Kp supuesta y obtener la temperatura media en el incremento. *R &i el KL calculado es igual al supuesto o está dentro de la tolerancia preestablecida, continuar con el paso =. En caso contrario 'acer KLsJKLc, determinar la temperatura media en el inter!alo y regresar al paso .
)ESCRI:CION )E LAS CORRELACIONES (ru"o A&
Las tres correlaciones consideradas en esta categoría, están basadas en la misma apro;imación y difieren 4nicamente en la correlación presentada para el factor de fricción. La ecuación básica para calcular un gradiente de presión a ciertas condiciones de presión y temperatura es:
La correlación de 1oettmann S 2arpenter se basa en el gasto másico total. La ecuación y unidades dadas abajo son id%nticas a su ecuación original, e;cepto por la constante en el denominador, el cual 'a sido modificado a una ecuación tipo DarcyFeisbac' o oody, en !e" de una ecuación tipo anning para la p%rdida de fricción.
)onde,
Facor de fricción :ara la correlación de :oe;ann 4 Car"ener
Facor de fricción :ara la correlación de Ba@endell 4 To;as
Eje;"lo, )eer;inar la ca$da de "resión> a esas condiciones> uiliando la correlación de :oe;ann 4 Car"ener
El facor de fricción de"ende de la correlación a ser uiliada,
Modelo o;o<=neo Facor de fricción de Mood*
(ru"o B& La Dnica correlación discuida en esa cae des"u=s se o;aron en cuena los
El col es solo un "ar!;ero a correlacionar& Con el fin de calcular el co;"onene del se de#e deer;inar un %alor del col dos de las cuales son facores de corrección "ara la %iscosidad del l$?uido& Varios "ar!;eros de correlación adi;ensionales se de#en uiliar * se dan a coninuación& Esas ecuaciones inclu*en consanes las cuales acen di;ensional;ene consisenes cuando se uilian las unidades de ca;"o co;unes&
)ON)E,
Cuando la ;ecla de idrocar#uros in%olucra el flujo de aceie * a las "ro"iedades de la ;ecla se ;odifican en la for;a si
)onde,
:or oro lado> Ros definió ese ;is;o
Correlaciones del grupo C. Correlación de Dun & Ros La correlación de Duns and os fue desarrollada para flujo de dos fases en po"os !erticales Estos in!estigadores desarrollaron una correlación que es resultado de un e;'austi!o estudio reali"ado en laboratorio, donde fueron medidos los gradientes de presión y la fracción !olum%trica de líquido. 8tili"ando los grupos adimensionales:
6g!, 6l!, L<, LH, Ls, Lm y 6d, fueron definidas las regiones de flujo, cuatro incluyendo una de transición. &e desarrolló una correlación para cada tipo de flujo &i se cumple la siguiente condición el flujo es tipo burbuja:
&i se cumple la siguiente condición el flujo es tipo tapón:
&i se cumple la siguiente condición el flujo es tipo mist:
&i se cumple la siguiente condición el flujo es tipo transición:
