Geomecánica de Rocas #especial

La mecánica de rocas es la ciencia teórica y práctica del comportamiento mecánico de las rocas y de los macizos rocosos; es la rama de la mecánica referente a la respuesta de la roca y del macizo rocoso a los campos de fuerza de su ambiente físico.

Objetivo general:

*Conocer el concepto y el comportamiento de la mecánica de las rocas, estimación de la calidad del macizo rocoso y de los parámetros de resistencia.

Objetivos específicos:

* Conocer la aplicabilidad de la mecánica de las rocas en temas de construcción.

* Estudiar el comportamiento mecánico de las rocas al reaccionar a los campos de fuerza respecto a su entorno físico.

*Conocer la variabilidad mecánica de las rocas a fuerzas naturales o fuerzas producidas por el hombre.

Factor de daño:

Durante las operaciones de perforación y completación, la permeabilidad de la formación en la sección cercana al pozo puede ser alterada. A esta zona alterada de permeabilidad se le llama zona dañada. La invasión de fluidos de perforación, la dispersión de las arcillas (hinchamiento), la presencia de revoque y cemento, y la presencia de una gran saturación de gas alrededor del pozo, son algunos de los factores responsables por la reducción de la permeabilidad. Sin embargo, un exitoso tratamiento de estimulación tal como acidificar o fracturar, resulta en un incremento de la permeabilidad en los alrededores del pozo, rediciendo así el daño de la formación (skin).

Gradientes de fractura y su cálculo:

Relación entre presión de poro y gradiente de fractura:

            Cuando un revestimiento es asentado, como práctica normal se desarrolla una prueba de leak off test, que consiste en aplicar presión al wellbore para determinar el momento en que la formación inicia su fracturamiento sin llegar a presentarse fracturas profundas, esta presión revelará qué tan profundo se puede perforar de manera segura la siguiente sección a un peso de lodo proyectado.

La resistencia de la formación a fracturarse proviene de la presión de poro de la formación y el tensile strength de la roca (resistencia a la tracción de la roca en estado de no-confinamiento) .

Todo plan de pozo demanda el conocimiento de las presiones requeridas para desencadenar el fracturamiento de las formaciones, tales cálculos de gradiente de fractura son esenciales para minimizar o eliminar los problemas que degeneran en pérdidas de circulación, además de seleccionar la profundidad apropiada de asentamiento del casing.

      Diferentes ecuaciones teóricas han sido usadas para establecer los gradientes de fractura de las formaciones, mientras algunas son de aplicación inmediata en una área dada, otras requieren estar basadas en los registros eléctricos de densidad (o en otros) que se toman después de perforar el pozo: Una asunción común en estas determinaciones es que el área geológica que se observa es una cuenca tectónicamente relajada conteniendo shales plásticos con intercalaciones de secuencias arena-shale.

Presión de poros:

La presión de poros está definida como la presión que ejerce un fluido en los espacios porosos de la roca. También es llamada presión de formación o presión poral, está en función de los fluidos de formación y de las cargas que están soportando.

Deformación Unitaria:

En las ciencias físicas y en ingeniería, un número que describe la deformación relativa de materiales elásticos, plásticos y fluidos bajo fuerzas aplicadas.

Ocurre en cada punto del material al desplazarse sus partículas de su posición normal. La deformación unitaria normal se produce por fuerzas perpendiculares a planos o secciones transversales del material, tal como en un volumen que está sometido a una presión uniforme. La deformación unitaria tangencial (paralela o de cizalle) se produce por fuerzas paralelas a, y que se sitúan en, planos o secciones transversales, como en un tubo metálico corto sometido a torsión en torno a su eje longitudinal.

Modulo de Young:

El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza.

Como calcular la porosidad:

La porosidad se refiere a la cantidad de vacío o espacio dentro de un volumen del sedimento o formación, El valor de la porosidad se mide como una fracción o un  porcentaje.

         Se han propuesto muchas relaciones entre el tiempo de viaje y la porosidad, la más comúnmente aceptada es la ecuación de tiempo promedio Wyllie. La ecuación básicamente sostiene que el tiempo de viaje total registrada en el registro es la suma del tiempo de la onda sónica pasa viajando la parte sólida de la roca, llamada la matriz de la roca y el tiempo de viaje a través de los fluidos en los poros. Esta ecuación es empírica y no tiene en cuenta la estructura de la matriz de la roca o la conectividad de los espacios de los poros correcciones por lo que no son necesarias se pueden añadir a la misma. Dicha ecuación es:

N=Vv/Vt

Donde:

N   = Porosidad

Vv = Volumen de los poros

Vt= Volumen total de la formación o formación saturada.

Indice SMR (Slope Mass Rating) :

El Índice SMR para la clasificación de la pendiente se obtiene del índice RMR básico sumando un "factor de ajuste", que es función de la orientación de las juntas (y producto de tres subfactores) y un "factor de perforación" que depende del método utilizado.

Por otra parte debemos destacar que al contar con estudio optimo y detallado de la geomecánica de las rocas, podemos efectuar simulaciones que nos permitan determinar los índices SMR, los cuales son los que nos permiten determinar la calidad de la perforación así como la estabilidad del hoyo que se esté perforando:

La clasificación geomecánica RMR, también conocida como clasificación geomecánica de Bieniawski, fue presentada por el Ingeniero Bieniawski en 1973  y modificada sucesivamente en 1976, 1979, 1984 y 1989 .  Permite hacer una clasificación de las rocas 'in situ' y estimar el tiempo de mantenimiento y longitud de un hoyo. Se utiliza usualmente en la construcción de pozos de crudo y/o gas. Consta de un índice de calidad RMR (Rock Mass Rating), independiente de la estructura, y de un factor de corrección.

Con todos estos estudios y/o simulaciones el personal encargado del diseño del pozo y de las operaciones del mismo estará en capacidad de reducir en gran medida la incertidumbre asociada al mismo, permitiendo con ello optimizar los recursos asociados a los costos operacionales y sus estimaciones lo cual redunda en una mejor relación costo vs. rendimiento de los pozos productores de crudo y/o gas.

Ing. Víctor Manuel Campos Cachima

PhD. En Ciencias de la Computación con 16 años de experiencia en las áreas de: Perforación, Geofísica, Sísmica y Yacimientos.

Camposvg1968@gmail.com

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