Glossaire des Termes Techniques Utilisé dans Drilling & Well Completion: Bingham Plastic

Bingham Plastic

Comprendre les fluides de Bingham : Une clé pour le transport et l'extraction du pétrole et du gaz

Dans l'industrie pétrolière et gazière, comprendre le comportement des fluides est crucial pour une production et un transport efficaces. Bien que de nombreux fluides se comportent de manière simple, certains présentent des caractéristiques d'écoulement plus complexes. Un type de fluide particulier est connu sous le nom de **fluide de Bingham**.

Les **fluides de Bingham** sont des fluides qui présentent un comportement d'écoulement unique : ils agissent initialement comme des solides, résistant à la déformation jusqu'à ce qu'une certaine contrainte seuil soit atteinte. Une fois ce seuil, connu sous le nom de **limite d'élasticité**, dépassé, le fluide commence à s'écouler, affichant une relation linéaire entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement.

Voici une explication des termes clés :

  • Contrainte de cisaillement : La force par unité de surface qui provoque la déformation d'un fluide.
  • Taux de cisaillement : La vitesse à laquelle un fluide se déforme sous l'effet de la contrainte de cisaillement.
  • Limite d'élasticité : La contrainte de cisaillement minimale requise pour qu'un fluide de Bingham commence à s'écouler. C'est le point où le fluide passe d'un état solide à un état fluide.
  • Viscosité plastique : La pente de la relation linéaire entre la contrainte de cisaillement et le taux de cisaillement après que la limite d'élasticité est atteinte. Elle représente la résistance à l'écoulement une fois que le fluide est en mouvement.

Pourquoi les fluides de Bingham sont-ils importants dans le pétrole et le gaz ?

De nombreux fluides rencontrés dans l'industrie pétrolière et gazière, comme les boues de forage, les fluides de fracturation hydraulique et certains pétroles bruts, présentent un comportement de fluide de Bingham.

  • Boue de forage : Le comportement de fluide de Bingham dans la boue de forage permet de stabiliser le puits, d'empêcher les éruptions et de transporter les déblais vers la surface. La limite d'élasticité garantit que la boue conserve son intégrité, tandis que la viscosité plastique permet un écoulement efficace.
  • Fluides de fracturation hydraulique : Ces fluides sont pompés dans les formations pour créer des fractures et augmenter la production de pétrole et de gaz. Les propriétés de fluide de Bingham garantissent que les fluides créent et maintiennent efficacement ces fractures ouvertes.
  • Pétrole brut : Certains types de pétrole brut présentent un comportement de fluide de Bingham, en particulier à des pressions élevées et à des températures basses. Comprendre ce comportement est essentiel pour la conception des pipelines et l'optimisation du transport.

Comprendre le comportement des fluides de Bingham permet aux ingénieurs de :

  • Concevoir des opérations de forage efficaces : Choisir la bonne boue de forage avec une limite d'élasticité et une viscosité plastique adéquates garantit des conditions de puits stables.
  • Maximiser le succès de la fracturation hydraulique : Optimiser la limite d'élasticité et la viscosité plastique des fluides de fracturation garantit une création et une propagation efficaces des fractures.
  • Optimiser la conception et les opérations des pipelines : Prédire avec précision le comportement d'écoulement du pétrole brut de Bingham permet de garantir un transport efficace et sûr.

Au-delà des bases :

Bien que le modèle de fluide de Bingham offre une représentation simplifiée de ces fluides, des modèles rhéologiques plus complexes peuvent être nécessaires pour des prédictions précises dans des applications spécifiques. Ces modèles prennent en compte des facteurs tels que la température, la pression et la présence d'additifs.

En conclusion, comprendre le comportement des fluides de Bingham est crucial pour optimiser les opérations dans l'industrie pétrolière et gazière. En utilisant les connaissances sur la limite d'élasticité et la viscosité plastique, les ingénieurs peuvent garantir des processus de forage, de fracturation hydraulique et de transport du pétrole et du gaz sûrs et efficaces. Au fur et à mesure que nous nous dirigeons vers des applications plus complexes et plus difficiles, une compréhension accrue de ces fluides sera essentielle pour libérer le plein potentiel de l'industrie pétrolière et gazière.


Test Your Knowledge

Quiz: Understanding Bingham Plastics

Instructions: Choose the best answer for each question.

1. What is the defining characteristic of a Bingham plastic?

a) It flows at a constant rate, regardless of shear stress. b) It exhibits a linear relationship between shear stress and shear rate. c) It acts like a solid until a certain threshold stress is reached. d) It readily changes its viscosity depending on temperature and pressure.

Answer

c) It acts like a solid until a certain threshold stress is reached.

2. What is the "yield point" of a Bingham plastic?

a) The maximum shear stress the fluid can withstand before breaking. b) The point where the fluid becomes completely liquid. c) The minimum shear stress required for the fluid to begin flowing. d) The temperature at which the fluid transitions from solid to liquid.

Answer

c) The minimum shear stress required for the fluid to begin flowing.

3. Which of these is NOT an example of a Bingham plastic fluid found in the oil and gas industry?

a) Drilling mud b) Hydraulic fracturing fluid c) Lubricating oil d) Some types of crude oil

Answer

c) Lubricating oil

4. What is the significance of the "plastic viscosity" of a Bingham plastic?

a) It measures the fluid's resistance to flow once it is moving. b) It determines the fluid's ability to maintain its shape under pressure. c) It indicates the temperature at which the fluid becomes solid. d) It represents the amount of force needed to initiate flow.

Answer

a) It measures the fluid's resistance to flow once it is moving.

5. How does understanding Bingham plastic behavior help optimize drilling operations?

a) By ensuring the mud remains solid and stable in the wellbore. b) By allowing the mud to flow easily even at low shear stresses. c) By choosing mud with suitable yield point and plastic viscosity for efficient drilling. d) By eliminating the need for drilling mud altogether.

Answer

c) By choosing mud with suitable yield point and plastic viscosity for efficient drilling.

Exercise: Drilling Mud Design

Scenario: You are tasked with designing a drilling mud for a new oil well. The well will be drilled through a formation with high pressure and potential for instability. You need to choose a drilling mud that will effectively stabilize the wellbore, prevent blowouts, and carry cuttings to the surface.

Task:

  1. Explain how the yield point and plastic viscosity of the drilling mud are crucial for achieving these objectives.
  2. Describe two specific properties of the drilling mud that you would consider adjusting to optimize its performance based on the given scenario.
  3. Justify your choices by explaining how the adjustments will improve the mud's ability to stabilize the wellbore, prevent blowouts, and carry cuttings.

Exercice Correction

1. **Yield Point and Plastic Viscosity:** * **Yield Point:** A high yield point ensures the drilling mud maintains its integrity under the high pressure conditions. It prevents the mud from being squeezed out of the wellbore, ensuring a stable column that controls pressure and prevents blowouts. * **Plastic Viscosity:** A suitable plastic viscosity allows the mud to flow efficiently, carrying cuttings to the surface. Low viscosity would allow cuttings to settle, while high viscosity would make pumping difficult and could lead to excessive pressure build-up. 2. **Specific Property Adjustments:** * **Increasing the Yield Point:** To counteract the high formation pressure, increasing the yield point would create a more resistant mud column, preventing fluid loss and maintaining wellbore stability. * **Adjusting Plastic Viscosity:** While a higher viscosity might initially seem beneficial for carrying cuttings, a balance needs to be found. The viscosity should be high enough for efficient cuttings transport, but not so high that it creates excessive pressure or slows down pumping operations. 3. **Justification:** * **Increased Yield Point:** This would create a denser, more resistant mud column that can withstand the pressure exerted by the formation, preventing blowouts and maintaining wellbore integrity. * **Adjusted Plastic Viscosity:** Carefully adjusting the viscosity would ensure efficient cuttings removal without creating excessive pressure or hindering drilling operations.


Books

  • "Introduction to Fluid Mechanics" by Fox, McDonald, and Pritchard: This textbook provides a comprehensive overview of fluid mechanics, including chapters on non-Newtonian fluids like Bingham plastics.
  • "Rheology of Drilling Fluids" by Chenevert: This book specifically focuses on the rheological properties of drilling muds, including Bingham plastic behavior, and its relevance to drilling operations.
  • "Fundamentals of Hydraulic Fracturing" by Economides and Nolte: This book explores the principles of hydraulic fracturing and discusses the role of Bingham plastic fluids in creating and propping open fractures.
  • "Petroleum Engineering Handbook" by SPE: This comprehensive handbook provides information on various aspects of petroleum engineering, including chapters on fluid flow and the behavior of Bingham plastics in oil production.

Articles

  • "A Review of Bingham Plastic Fluid Models and Their Application in Petroleum Engineering" by A.A. Khan et al. (Journal of Petroleum Science and Engineering): This paper provides a detailed overview of different Bingham plastic models and their applications in the oil and gas industry.
  • "Rheological Properties of Drilling Fluids: A Review" by M.A. Khan et al. (Journal of King Saud University - Engineering Sciences): This article reviews the rheological properties of drilling muds and their importance in drilling operations.
  • "Hydraulic Fracturing Fluids: An Overview" by J.L. Gidley et al. (SPE Production & Operations): This paper discusses the properties of hydraulic fracturing fluids and their role in enhancing oil and gas production.

Online Resources

  • Society of Petroleum Engineers (SPE) Website: SPE is a professional organization for petroleum engineers and offers a wealth of resources, including publications, conferences, and online learning modules related to oil and gas engineering, including Bingham plastic behavior.
  • Schlumberger Oilfield Glossary: This glossary provides definitions and explanations of various terms related to the oil and gas industry, including Bingham plastic.
  • Wikipedia: Bingham Plastic: This Wikipedia page offers a concise overview of Bingham plastic behavior, its properties, and applications.

Search Tips

  • "Bingham plastic model oil & gas"
  • "Rheology drilling mud"
  • "Hydraulic fracturing fluid rheology"
  • "Crude oil rheology"
  • "Yield point Bingham plastic"
  • "Plastic viscosity Bingham plastic"
  • "Non-Newtonian fluid flow oil & gas"
  • "Oil & gas fluid mechanics"
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