Temas 2 y 3 Analisis de parametros aaaaaa

P
R
E
S
I
Ó
N
D
E
P
O
R
O
(
F
O
R
M
A
C
I
Ó
N
)
PRESIÓ
N
H
ID
RO
STÁTICA
P
R
E
S
I
Ó
N
O
E
S
F
U
E
R
Z
O
D
E
S
O
B
R
E
C
A
R
G
A
PRESIÓ
N
D
E
FRACTU
RA
Ejercida por los fluidos dentro
de los espacios porosos de las
rocas. También se le conoce
como presión de yacimiento.
(nativa)
Máxima presión que resiste la
formación antes de abrirse o
fracturarse en un punto dado
del hoyo. (nativa/inducida)
Ejercida por la columna de
fluidos en el pozo (inducida)
Ejercida por el efecto
combinado de las rocas y los
fluidos de formación
supradyacentes a la
profundidad de interés.
(nativa)
Ambiente de Presión de
Subsuelo
 Existen presiones autóctonas (nativas) ejercida por los fluidos dentro de los espacios
porosos de las rocas y el material rocoso per se.
 También generamos presiones durante el proceso de perforación y trabajos posteriores en
los pozos (inducidas).

Ejercida por la columna de
fluidos en el pozo (inducida)
Peso del Lodo = libras por galón (lpg)
Profundidad = pies
Constante = 0.052
Unidad de Presión = libras por pulgada cuadrada (Lpc o Lppc)
EJEMPLO
Peso del Lodo = 14,8 lpg
Profundidad = 14350pie
Constante = 0,052
(7,48 G/pies3xpies2/144pulg2)
Presión Hidrostática=0,052*14,8 lpg*14350pie =11044 lpc
PRESIÓN HIDROSTÁTICA

Origen:
Para entender las fuerzas responsables de las presiones de los fluidos en el subsuelo en un
área dada, se deben considerar los procesos geológicos que ocurrieron previamente. Los
que tienen mayor relación con la presión son:
Sedimentación
Es el proceso por el cual los materiales son transportados por distintos agentes
(escorrentía, glaciares, viento) y procedentes de la erosión y la meteorización de las rocas
son depositados, pasando a ser sedimentos.
Ambientes sedimentarios
Procesos de compactación
Migración
Entrampamiento
Modelos de Compactación
Perfil de compactación normal Burts en 1969, Magara, K., 1978, y Heasker y Kharitonova
PRESIÓN DE PORO

Procesos de Compactación
EQUILIBRIO HIDROSTÁTICO
COMPACTACIÓN
CONTINUA
AGUA EXPELIDA DEL
ESPACIO POROSO
SE MANTIENE EQUILIBRIO
HIDROSTÁTICO
Pf EQUIVALENTE A COLUMNA
HIDROSTÁTICA DE AGUA
Proceso de compactación normal:
1)Los sedimentos se acumulan en la cuenca con el mismo gradiente de presión de una columna
de agua de la misma altura.
2)A medida que se expulsa agua, los sedimentos se compactan manteniendo su mismo peso.
3)Cuando ya no se puede expulsar más agua, los sedimentos comienzan a aumentar de densidad
a medida que se compactan.
4)Los procesos físico químicos crean la capa de roca sello, y aumentan las presiones de poro por
confinamiento y expansión de los fluidos.
*Trabajo de Grado Andrés González. Universidad del Zulia. Maestría Geología Petrolera. 2013

Paso 1. Realizar análisis de compactación
(según lo descrito anteriormente)
Paso 2. Identificar tendencias de
compactación normal. Analizar la existencia
de Tendencias de compactación normales y
distintos, separados por discontinuidades
Paso 3. Cuantificar espesores de secciones
faltantes. Estimar espesores de secciones
faltantes para el balanceo correcto de
compactación, haciendo uso de las técnicas
propuestas por Magara (1970) y Heaker &
Kharitanova (1996), descritas por Casal (2002).
Modelos de compactación

Tendencia de Compactación Normal
 Propiedades de lutita por registros
geofísicos (tiempo de tránsito, velocidad
sísmica, resistividad, densidad,
temperatura y presión), directamente
relacionados con la porosidad de la
formación.
 Estos valores siguen una tendencia
lineal de la porosidad de la
formación decreciendo con
profundidad.

Causas de presiones anormales
Efectos de compactación:
 La matriz rocosa absorbe el aumento de la presión de
sobrecarga puede generar presiones anormales.
 La matriz rocosa incrementa su resistencia, aumentando
el contacto grano a grano de las partículas individuales
de la roca, disminuyendo la porosidad.
 Si hay un sello efectivo sobre una formación de
presiones aproximadamente normales y se le da
suficiente tiempo, la presión anormalmente alta llegará a
liberarse.
 El retardo del proceso de expulsión del fluido, bajo
condiciones de deposición rápida o de serios
movimientos de tierra, puede conducir a presiones
anormales.

Soterramiento excesivamente
rápido:
 Sedimentos sometidos a procesos
de carga acelerados
 No se alcanzan procesos
normales de compactación.
 No permite la expulsión normal
del agua entre poros, la cual es
confinada y sobrepresurizada.
Llenado excesivamente rápido
de sedimentos:
 La acumulación de sedimentos
es muy rápida
 No se alcanzan procesos
normales de compactación.
 Se retiene agua atrapada por
confinación temprana y en
consecuencia subcompactada.
Subcompactación
.
Causas Principales de la Subcompactación
Existe una gran variedad de eventos geológicos que conducen a una compactación incompleta o
subcompactación, las más comunes y conocidas son (tomado de Acosta, J. 2001)

Fallamiento regional de tipo sellante:
 Estratos sometidos a fallamientos sellantes previo a la conclusión normal de los procesos de
compactación.
 Son reducidos o detenidos provocando subcompactación y en consecuencia sobrepresurización.
Relación de esfuerzos
horizontales:
 Sedimentos sometidos a
esfuerzos de compresión
horizontal excesivos, se
deforman.
 Incrementan su espesor
vertical y provocan
sobrecarga mayor a la
normal sobre los sedimentos
más viejos.
Relación Arena – Lutita:
 Carencia o ausencia absoluta
de arenas o cuerpos
permeables dentro de grandes
secciones lutíticas.
 Limita el reacomodo de las
aguas expulsadas en los
procesos de compactación,
generando zonas
subcompactadas y
presurizadas.
Subcompactación
.

Determinación
Presión promedio en el fluido que satura la porosidad conectada. Para los casos
multifásicos, cada fase (crudo, agua, gas) tiene una presión diferente (efectos
capilares) En general se trabaja con una presión promedio ponderada.
Si como fluido que satura la porosidad conectada se considera el agua, se define la
presión como hidrostática en los poros de la roca y el valor del gradiente se considera
como normal de poros o de formación. En función de ello se establece el siguiente
intervalo:
Predicción y determinación
D
G
P p
p 
SUBNORMAL ANORMAL
NORMAL
0.433
Gradiente de presión
del agua dulce
0.465
Gradiente de presión
del agua salada

Métodos:
 En la fase de planificación se utiliza el levantamiento sísmico para predecir las
presiones de poro en base a las velocidades intervalicas, además de la información de
pozos vecinos (si existen).
 Durante la perforación en tiempo real se utilizan los parámetros de perforación para
realizar los ajustes correctivos
 Luego de la perforación, de la información de registros y mediciones directas (RFT,
MDT, DST) , se procede a calibrar el modelo de presiones.

Métodos de
determinación
Sónico DT (slowness)
De resistividad
De conductividad
Método de Eaton
.
Para determinar gradiente de
presión de poro (registros
geofísicos).
   
 
x
N
o
N
sc
sc
p
sh
R
sh
R
G
G
G
G 









 *
   
 
x
o
N
N
sc
sc
p
sh
C
sh
C
G
G
G
G 









 *
Sónico Velocidad
   
 
x
o
N
N
sc
sc
p
sh
DT
sh
DT
G
G
G
G 









 *
   
 
x
N
o
N
sc
sc
p
sh
V
sh
V
G
G
G
G 









 *
Donde:
Gp: Gradiente presión de poros o
formación (Lpc/pie)
Gsc: Gradiente de sobrecarga (Lpc/pie)
GN: Gradiente Normal de formación
(Lpc/pie)
sh: shale (lutita)
R: Resitividad (ohm)
C: Conductividad (mmho)
DT: Tiempo de tránsito (mseg/pie)
V: Velocidad intervalica (pie/seg)
x: exponente de calibración del área
(adim)
N: Normal
o: Observado

Métodos de
determinación
Si la velocidad es mayor o
igual a la lentitud máxima a
esa profundidad, entonces
Si la lentitud es mayor o igual a
la lentitud máxima a esa
profundidad, entonces
Si la lentitud es menor a la
lentitud máxima a esa
Método de Bower
.
Para determinar gradiente de
presión de poro (registro
sónico)
Si la velocidad es menor a la
lentitud máxima a esa
D
DT
C
G
G
B
sc
p












5000
106
D
A
DT
C
G
G
B
sc
p
1
6
5000
10











 
D
V
C
G
G
B
sc
p

5000



 
D
A
V
C
G
G
B
sc
p
1
5000



Donde:
Gp: Gradiente presión de poros o
formación (Lpc/pie)
Gsc: Gradiente de sobrecarga (Lpc/pie)
D: Profundidad (pie)
m, A,B,C: Constantes de calibración para
el área
DT: Tiempo de tránsito (mseg/pie)
V: Velocidad intervalica (pie/seg)

 Métodos para determinar gradiente de poro
 Método de Eaton (Parámetros Perforación)
Del exponente “d” corregido
 
x
N
o
N
sc
sc
p
dc
dc
*
G
G
G
G 










Donde:
dexp: exponente d,
R: ROP = tasa de penetración, pie/hr
N: RPM = velocidad de rotación,
revoluciones/min
W: WOB = peso sobre la mecha, lbs
db: diámetro de la mecha, pulg

ÁREA GRADIENTE (lpc/pie) GRAV. ESPECÍFICA
OESTE TEXAS 0.433 1.000
GOLFO DE MÉXICO 0.465 1.074
MAR DEL NORTE
MALASIA
DELTA DE MACKENZIE
OESTE DE ÁFRICA
CUENCAANADARKO
MONTAÑAS ROCOSAS
CALIFORNIA
LAGO MARACAIBO
ORIENTE VZLA.
0.465
0.465
0.452
0.442
0.442
0.442
0.433
0.436
0.439
1.044
1.021
1.021
1.021
1.000
1.007
1.014
1.074
1.074
Gradientes de presión de formación normal para diferentes áreas

Presión Anormal de Formación- Detección y
estimación
MÉTODOS
VENTAJAS
• Programación más eficaz del pozo
• Mejores tasas de penetración (ρmín)
• Menos problemas operacionales (pérdidas de circulación y arremetidas)
• Selección más segura y económica de los puntos de asentamiento de los revestidores
• Reducción del tiempo y el costo de perforación
ESENCIAL PARA LA
PERFORACIÓN DE POZOS
PROFUNDOS
Antes, durante o después de la perforación
Registro Sísmico
Perfil de velocidades
Interpretación de datos
. Velocidad de penetración
. Exponente “d ”
. Cambio de las prop. del lodo
. Temperatura del lodo
. Análisis de muestras
. Densidad de lutita
Registros eléctricos
. Resistividad
. Sónico
. Conductividad

Utilizado en la
perforación exploratoria
Permite la planificación inicial
del programa de perforación
Se basa en la determinación de
las velocidades de reflexión de
las ondas sísmicas a través de
las formaciones
Establece una relación entre la
divergencia en un punto dado de la
tendencia de compactación normal y
las presiones de formación medidas
en yacimientos adyacentes.
Utiliza información de tiempo de
tránsito.
DATOS
SÍSMICOS
CORRELACIÓN
DE
PENNEBAKER
estimación
Antes de la perforación
Debe irse ajustando con la
información obtenida del
pozo
TIEMPO DE TRÁNSITO EN DISTINTOS TIPOS
DE MATRIZ DE ROCA
Material de la
matriz
Tiempo de
tránsito, ms/pie
DOLOMITA 44
CALCITA 46
CALIZA 48
ANHIDRITA 50
YESO 53
CUARZO 56
LUTITA 62 - 167
SAL 67
ARENISCA 53 - 59

 Declina gradualmente con
profundidad, en formaciones de tipo
y composición uniforme si los otros
parámetros permanecen constantes.
 Se puede detectar cambios
significativos de la porosidad.
 El aumento de la velocidad de
penetración se produce por:
Disminución del diferencial de
presión.
Disminución de la resistencia de
la roca originada por la
subcompactación.
Otros parámetros que pueden afectar la
tasa de penetración son:
 Tipo y diámetro de mecha
 Desgaste de la mecha
 Hidráulica
 Peso aplicado sobre la mecha
 Velocidad de la mesa rotaria
 Tipo y propiedades del lodo (densidad,
viscosidad, contenido de sólidos)
Se basa en la ecuación de perforación
publicada por BINGHAM en 1965.
JORDAN Y SHIRLEY
normalizaron la ecuación
de perforación de
BINGHAM
VELOCIDAD DE
PENETRACIÓN
MÉTODO DEL
EXPONENTE
“d”
estimación
Durante la perforación
Para la determinación de
las presiones de
formación a partir del
exponente “d” se utilizan
las siguientes
correlaciones:
1. Ben Eaton exponente
“d”
2. Rehm y Mc clendon
3. Ben Eaton exponente
“dc”
4. Zamora

BEN EATON EXPONENTE “D”
.
Donde:
Gf= Gradiente de presión de formación, lpc/pie
Gcsa= Gradiente de sobrecarga real, lpc/pie
Gn= Gradiente de presión normal del área, lpc/pie
do= Exponente “d” observado, unidades d
dn= Exponente “d” tomado de la línea de compactación normal, unidades d
NORMALMENTE SE TOMA Gsc= 0,98 Lpc/pie Y Gn= 0,465 Lpc/pie
Correlaciones REHM Y MC
CLENDON
.
estimación
 
2
,
1











n
o
n
sca
sca
f
d
d
G
G
G
G
La exactitud del método del exponente “d” está afectado por:
• DP mayores a una densidad equivalente de 2 lbs/gal el exponente “d” corregido da soluciones erróneas.
• El método asume una buena limpieza del fondo. si la hidráulica es adecuada, la solución matemática también lo
será.
• Los mejores resultados se obtienen cuando la litología es lutita.

Donde:
Gf= Gradiente de formación, lpc/pie
dcn= Exponente “d” corregido tomado de la línea de compactación normal
dco= Exponente “d” corregido observado
Correlaciones REHM Y MC
CLENDON
.
estimación
  5
,
16
65
,
7 

 co
cn
f d
d
Log
G

n
c d
d *

será.
REHM Y MC CLENDON

Donde:
Gn : gradiente de presión de formación normal. Depende del área (normalmente
se toma Gn= 0.465 lpc/pie)
 
2
,
1











cn
co
n
sc
sc
f
d
d
G
G
G
G

n
c d
d *
 gal
lbs
n /
94
.
8
052
.
0
465
.
0



Correlaciones
estimación
BEN EATON EXPONENTE “Dc”
será.

ZAMORA
Donde:









co
cn
n
f
d
d
G
G
Correlaciones
estimación
será.

 Al igual que la presión de formación, la
presión de fractura la podemos estimar
de correlaciones empíricas.
Para la estimación de las
presiones de fractura se utilizan
las siguientes correlaciones:
1. Ben Eaton
2. Hottman y Johnson
3. Lane y Macpherson
4. Matthews y Kelly
Similar al método resistivo existen
correlaciones que se han desarrollado
utilizando los datos obtenidos del
registro sónico.
RESISTIVIDAD Y
CONDUCTIVIDAD
SONICO
estimación
Después de la perforación
Para la determinación de
las presiones de
formación se utilizan las
siguientes correlaciones:
1. Ben Eaton
2. Hottman y Johnson
3. Matthews y Kelly

BEN EATON
.
Donde:
Gsc=Gradiente de sobrecarga, lpc/pie
Ro(sh)= Resistividad observada de las lutitas, ohm-m
Rn(sh)= Resistividad en lutitas tomada de la línea de compactación normal, ohm-m
Co(sh)= Conductividad observada de las lutitas, 1/ohm.m
Cn(sh)= Conductividad en lutitas tomada de la línea de compactación normal, 1/ohm-
m
estimación
Correlaciones
   
 
2
,
1











sh
R
sh
R
G
G
G
G
n
o
n
sc
sc
f
   
 
2
,
1











sh
C
sh
C
G
G
G
G
o
n
n
sc
sc
f
Nota: Se puede usar para calcular el gradiente de formación durante la perforación usando el
LWD.

Permite cuantificar las presiones de formación a partir de los registros de resistividad
desarrollada en sedimentos del Mioceno en la Costa del Golfo de los Estados Unidos.
HOTTMAN Y JOHNSON
.
estimación
Correlaciones
El gradiente de presión de poros en formaciones sobre presurizadas usando la relación de
resistividades observada y normal en la zona de lutitas. (Rn/Ro)sh o de conductividades
observadas y normal (Co/Cn)sh.

Requiere conocer el gradiente de sobrecarga para las profundidades de interés
LANE Y MACPHERSON
.
resistividades observada y normal en la zona de lutitas. (Ro/Rn)sh, en base a un intervalo de
Gsc.
estimación
Correlaciones

MATTHEWS Y KELLY
Son correlaciones gráficas para la determinación de gradientes de formación de las
formaciones Frio, Wilcox y Vicksburg en el sur de Texas y la Costa de Louisiana.
resistividades observada y normal en la zona de lutitas. (Rn/Ro)sh
estimación
Correlaciones

BEN EATON
.
Donde:
Δto(sh)= Tiempo de tránsito observado, μseg/pie
Δtn(sh)= Tiempo de tránsito tomado de la línea de compactación normal, μseg/pie
   
 
3













sh
t
sh
t
G
G
G
G
o
n
n
sc
sc
f
estimación
Correlaciones

Desarrollada en sedimentos del Mioceno y Oligoceno en la Costa del Golfo de los Estados
Unidos.
HOTTMAN Y JOHNSON
El gradiente de presión de poros en formaciones sobre presurizadas usando la diferencia de
tiempo de tránsito (Dto-DTn)sh en la zona de lutitas.
estimación
Correlaciones

Desarrollada para las formaciones Frio, Wilcox y Vicksburg en el sur de Texas
MATTHEWS Y KELLY
.
El gradiente de presión de poros en formaciones sobre presurizadas usando la diferencia de
tiempo de tránsito (Dto-DTn)sh en la zona de lutitas.
estimación
Correlaciones

01
Los esfuerzos verticales locales son
originados fundamentalmente por el peso
de los estratos de roca y de los fluidos por
encima de una profundidad dada. Esta
carga o esfuerzo generado se denomina
esfuerzo de sobrecarga. .
Esfuerzo de sobrecarga
Cuando la perforación se realiza cerca de estructuras geológicas o
en áreas tectónicas, los esfuerzos horizontales difieren y son
descritos como esfuerzo horizontal mínimo (Sh) y esfuerzo
horizontal máximo (SH). Es importante determinar tanto la magnitud
como la orientación de los mismos. La orientación se puede obtener
por breakouts (ovalizaciones). La mayoría de los métodos de
medición directa para obtener el esfuerzo horizontal mínimo están
relacionados con la generación de fracturas en la zona cercana al
hoyo. La magnitud de este esfuerzo se determina a través de
pruebas de inyectividad en campo. Existen varios tipos de pruebas
de inyectividad
Esfuerzo horizontal mínimo
02
03
Es el esfuerzo principal mayor en la dirección
horizontal, que actúa en tensión o en
compresión. Su determinación no es tan
directa como en el caso del esfuerzo
horizontal mínimo. No existen mediciones
directas para obtener este valor. Puede ser
estimado usando observaciones de falla en
el pozo y con la ayuda de modelos de
comportamiento de la roca.
Esfuerzo horizontal máximo
La tierra es un lugar sometido a esfuerzos y la geomecánica
intenta comprender esos esfuerzos presentes en el subsuelo,
por lo tanto, para cualquier estudio geomecánico es necesario
conocer el estado de esfuerzos del área de estudio, esto
significa la determinación de las magnitudes y direcciones de
los mismosLos esfuerzos que definen el campo de esfuerzo
son el de sobrecarga o vertical, el horizontal máximo y el
mínimo. Además en la definición del campo de esfuerzos se
debe considerar la presión de poros y la dirección de los
esfuerzos horizontales.
Campo de esfuerzos
Determinación del Campo de Esfuerzos

Esfuerzo horizontal
mínimo
Esfuerzo horizontal
máximo
Esfuerzo de sobrecarga
Dónde:
sv: Esfuerzo de sobrecarga.
ρ(z): Densidad del estrato rocoso
que varía con profundidad.
g: Aceleración de gravedad.
dz: Variación de la profundidad.
=
=+
=
Correlación de
Economides (1998):
Dónde:
n=Relacion de Poisson (adim)
a=Coeficiente de Biot (adim)
Pp=Gradiente de presion de poro (lpc/pie).
GPff: Gradiente de fractura (lpc/pie).
To: Gradiente de resistencia a la tensión
(lpc/pie).
p
v
o
h P
K 

 2


Donde:
Ko=Coeficiente de esfuerzo de la
tierra.
h = Coeficiente de esfuerzo
poroelástico
tect
h
H 

 

DONDE:
S: factor práctico (10% = 1.1, 20% = 1.2 y
30%= 1.3).
s
h
H 
 
  p
p
v
H P
P
N 

 


Donde:
Coeficiente de Esfuerzo
Pasivo:
 


2
1
1


N
𝜎 𝐻 =
𝐶𝑜 +2 𝑃𝑝+∆ 𝑃 +𝜎 ∆𝑡
− 𝜎h (1+cos 2𝜃)
1 −2cos2 𝜃
𝜎𝐻=3𝜎h −2𝑃𝑝
𝜎𝐻 =𝜎h+𝑘(𝜎𝑣−𝜎h)
Dónde:
Co: Cohesión (lpc).
σ T: Esfuerzo termal (lpc).
∆
Θ: Apertura angular de los breakouts (°)
k: Factor de incremento. (k=0.5 para un
régimen normal).
.

Esfuerzos en el subsuelo
En el subsuelo se generan
diferentes tipos de esfuerzos que
pueden ser de naturaleza
autóctona o inducidos
Tectónico
Causado por las fuerzas generadas por movimiento de las placas tectónicas. La
Tectónica de Placas implica una continua deformación de la Litosfera (y de la
corteza superior frágil). Esta dinámica produce un campo de esfuerzos tectónicos
íntimamente ligado a las estructuras activas que generan sismicidad: las fallas
Gravitacional
Causado por el peso de la sobrecarga de roca. Debido a los fluidos y los sedimentos
depositados en las rocas supradyacentes.
Natural
In situ, anterior a obras de ingeniería. No perturbado de su condición original
Regional
Esfuerzos en un amplio dominio geológico.
Local
Esfuerzos en un dominio pequeño.
hmin
HMAX
v
H > h Esfuerzos
en Sitio
-Usualmente los
esfuerzos principales
son & ala
superficie

Inducido
Esfuerzo natural perturbado por ingeniería Son aquellos causados por cargas externas, tales como
fundaciones de estructuras, presas, muros de contención, pozos etc. Los esfuerzos inducidos pueden
ser tanto verticales (debido a cargas transmitidas por fundaciones) como horizontales o laterales (es el
caso de muros de contención).
Campo cercano
En región de perturbación por ingeniería. En el caso de pozos se generan los esfuerzos de tipo radial
por efecto de la diferencia entre la presión del lodo y la de formación , tangencial que es el esfuerzo
diferencial menos el radial y el axial ejercido por la sobrecarga. Estos esfuerzos varian a medida que se
alejan del diámetro del pozo.
Campo lejano
Más allá del campo cercano. Al perforar un pozo aparece un nuevo grupo de esfuerzos conocidos
como esfuerzos del pozo los cuales están influenciados por la densidad del fluido y esfuerzos de
campo lejano. Si el peso del lodo es muy bajo el esfuerzo tangencial es alto y el radial se hace muy
bajo. Si el peso del lodo es muy alto el esfuerzo tangencial se hace muy bajo y el radial muy alto
Residual
Esfuerzos causados por actividad tectónica previa o cambios en la sobrecarga, pero que se
mantienen actuando (locked-in stress) son esfuerzos que quedan en un material sólido después de
que la causa original de los esfuerzos ha sido removida. En elagunos casos resultan en una
significativa deformación plastica
Paloesfuerzo (Paleostress)
Esfuerzo mecánico natural previo que no sigue actualmente actuando. Permite derivar la dirección a
lo largo de la cual actúa el esfuerzo.
Termal
Causado por cambios de temperatura de un material. Los esfuerzos en su condición original pueden
ser de origen mecánico a termales. La propagación de las fracturas pueden ser altamente
influenciadas por este tipo de esfuerzos
Esfuerzos en el subsuelo
En el subsuelo se generan
diferentes tipos de esfuerzos que
pueden ser de naturaleza
autóctona o inducidos

01
Ocurre cuando el esfuerzo máximo, σ1, es vertical y, por lo
tanto, el bloque inferior a la falla sube con respecto al
bloque superior. Este tipo de fallas es común en régimen
extensivo y generalmente las fallas normales buzan
paralelas a la dirección del esfuerzo horizontal menor.
. .
NORMAL (sv > sH > sh)
Ocurre cuando el esfuerzo intermedio, σ2, es vertical y,
por lo tanto, uno de los bloques se desplaza a la
derecha (falla destral) o la izquierda (sinestral) del otro
bloque. No hay movimiento vertical.
TRANSCURRENTE (sH > sv > sh)
02
03
Ocurre cuando el esfuerzo mínimo, σ3, es
vertical y, por lo tanto, el bloque superior a la
falla, sube con respecto al bloque inferior.
Este tipo de fallas es común en régimen
compresivo. Estas fallas usualmente buzan
paralelas a la dirección del esfuerzo
horizontal mayor.
.
INVERSO (sH > sh > sv)
Las componentes de esfuerzos horizontales pueden ser
diferentes entre ellas y diferentes al esfuerzo vertical.
Dependiendo de las magnitudes relativas de cada esfuerzo,
se pueden definir tres regímenes. Para el estudio de
estabilidad de hoyo durante las etapas de perforación,
completación y producción del pozo es importante determinar
el régimen actual del área y como están orientados los
esfuerzos in situ. Considerando que σ1> σ2> σ3, Anderson
clasificó las fallas en tres grupos.
Regímenes de esfuerzos

Esfuerzo Vertical   

0
0
0
z
v dz
z 

sh  LOT, XLOT, Microfrac
Minifrac, ASR, DSA
Esfuerzo horizontal
mínimo
Presión de Poro Pp  RFT,MDT, DST Sísmica, etc
Esfuerzo horizontal
máximo sH  Breakout,ASR, DSA

Hay muchas categorías de modelos de
materiales para materiales en general.
Algunos de ellos se han encontrado
útiles describiendo el comportamiento
de la roca. Estos modelos son referidos
frecuentemente como ecuaciones
constitutivas y son las ecuaciones
específicas del material que son usadas
en adición a las ecuaciones de
conservación en la simulación del
comportamiento mecánico de las rocas.
Estudio de modelos
constitutivos de rocas
Solidos rígidos
Ninguna deformación resulta independientemente de cómo se convierte a
altos niveles de esfuerzo. No hay sólidos verdaderamente rígidos, pero para
ciertos problemas, este modelo es adecuado
Solidos Hookeneanos
El material responde elásticamente a los cambios en esfuerzo, es decir,
asumimos que ninguna energía se disipa durante la deformación, lo cual es
equivalente a decir que el proceso de deformación es reversible. La ley de
Hooke relaciona esfuerzo y deformación. Hay dos sub.-categorías:
deformación incompresible y deformación compresible
Solidos perfectamente plásticos
La deformación elástica se asume imperceptiblemente pequeña en
comparación con la deformación plástica. Cambios en volumen se asumen
son despreciables (asunción de sólido incompresible) en comparación con
los cambios de forma. Descargando, de regreso al estado de cero esfuerzo
desviatorio, ocurre sobre una trayectoria vertical y resulta en una
deformación “permanente”.
Solidos elasto- plásticos
El material se comporta elásticamente hasta que el punto de fluencia es
alcanzado. Deformación subsiguiente ocurre de acuerdo a una de las siguientes
subcategorías:
1. Plásticos perfectamente elásticos
2. Endurecimiento con deformación elástica
3. Ablandamiento con deformación elástica
Modelos Viscosos
Relaciona la tasa de deformación al esfuerzo y la temperatura. Si el esfuerzo
entra al modelo a la primera potencia, se dice que el modelo es un modelo
viscoso Newtoniano. Si el esfuerzo entra al modelo elevado a una potencia,
se dice que el modelo es No-Newtoniano. Existen dos sub.-categorías:
visco-elasticidad y visco plasticidad.
Propiedades Mecánicas y su determinación

Para la predicción del fallamiento en las
rocas, se han desarrollado muy diversas
técnicas y criterios que parten del rango
de lo simple a lo muy complejo, cada uno
de estos criterios son usados para
distinguir un parámetro útil para
predecir el fallamiento. Todos están
altamente relacionados y enfocados a
describir el mismo fenómeno, pero con
diferentes desarrollos. Existen dos
formas para definir el comportamiento
de una roca en falla o rotura: mediante el
estado de tensiones o mediante el de
deformaciones. Los múltiples criterios de
predicción del fallamiento obtenidos se
pueden agrupar en clases generales bajo
las bases de los parámetros particulares
de esfuerzo y deformación
Criterios de fallas en
rocas
Esfuerzo normal máximo
Conociendo sus características se puede predecir el rompimiento en algún punto
dentro del material cuando el máximo esfuerzo normal alcanza un valor crítico.
Esta condición es válida tanto para los esfuerzos principales máximo de
compresión y máximo de tensión; esto aplica a los materiales quebradizos e
isotrópicos.
Esfuerzo de cizalla máximo
Con este tipo de criterio se predice el rompimiento o fallamiento para algún
punto dentro del material cuando el esfuerzo máximo de cizalla se acerca a
algún valor critico; esta relación se conoce como criterio de Tresca, el cual
fue formulado para el estudio de los materiales dúctiles.
Deformación máxima
Este criterio predice el rompimiento o fallamiento del material en algún
punto dentro del cuerpo, cuando el esfuerzo principal máximo alcanza algún
valor crítico.
= constante.
Energía de deformación
Este criterio permite predecir el rompimiento en algún punto dentro del material
cuando la energía total de deformación o energía potencial por unidad de
volumen alcanzan algún valor crítico.
Energía de deformación o distorsión
Este criterio ayuda a predecir el fracturamiento para algún punto dentro de un
material, cuando la fuerza de deformación es alta y desarrollada por la
componente hidrostática del estado de esfuerzo alcanzando un valor crítico.
Esfuerzo normal en función del esfuerzo de cizalla
Este criterio predice el rompimiento en algún punto dentro del material,
originados por una combinación de esfuerzos del tipo normal y de cizalla. Se
considera que el fallamiento ocurre cuando el resultado del esfuerzo de cizalla a lo
largo de algún plano dentro del material alcanza un valor critico, el cual es función
de los esfuerzos normales principales.

Esfuerzo normal en función del
esfuerzo de cizalla
Propiedades Mecánicas y su
determinación
Criterio M-C original
(f y Co Constantes)
Criterio M-C modificado
(f y Co varían con el esfuerzo)
M-C original M-C modificado
Tensión uniaxial Compresión uniaxial
Caso ejemplo
Ecuación no lineal
Estado critico
Envolvente de
Falla de Mohr
Coulomb
Envolvente
de
Falla Real
Zona de
colapso
de poro
Zona
Estable
Círculos
de Mohr
C
o
f
Superficie de
Fluencia Drucker-
Prager
Superficie de
Fluencia Mohr-
Coulomb
Compresión
Triaxial
Extensión
Triaxial

Otros criterios de fallas
Propiedades Mecánicas y su
determinación
 Tabla resumen de los criterios de falla
En la literatura existen diversos criterios de fallas o rotura
del material algunos útiles para describir el
comportamiento de la roca. Los criterios de rotura son
expresiones matemáticas que representan modelos
que permiten estimar la resistencia del material en base a
los esfuerzos aplicados y a sus propiedades resistentes, y
predecir cuando ocurre la rotura. Los criterios de rotura
constituyen la base de los métodos empíricos y permiten
evaluar la resistencia de los macizos a partir de
los esfuerzos actuantes y de las propiedades resistentes del
material rocoso. Existen criterios que permiten estudiar el
comportamiento de la roca intacta y de los macizos
rocosos. Algunos son de dos y tres parámetros.

El conocimiento de las propiedades
mecánicas de las rocas de formación
constituye el primer paso en un análisis
geomecánico, por ello afirma que
aunque se pueden hacer algunas
pruebas de campo para determinar
ciertos parámetros geomecánicos, la
mayoría de los resultados requieren de
la utilización de núcleos y ensayos
especializados de laboratorio que
requieren de personal, equipos y
técnicas especializadas que pocos
laboratorios en el mundo pueden
ofrecer.
Las propiedades mecánicas que se
obtienen de mediciones en ensayos
sobre núcleos geológicos o a nivel de
campo tanto en mediciones directas en
el pozo o a partir de registros geofísicos
varían en magnitud dependiendo de la
fuente de donde estas se obtengan.
Propiedades mecánicas
que se obtienen Propiedades mecánicas elásticas estáticas
Mediciones obtenidas por ensayos en núcleos en el laboratorio.
Propiedades mecánicas elásticas cuasi-estáticas
Un proceso cuasiestático se define como una idealización de un proceso real que se lleva a
cabo de tal modo que el sistema está en todo momento muy cerca del estado de
equilibrio, como un proceso que se realiza en un número muy grande de pasos, o que
lleva mucho tiempo. En este sentido se pueden utilizar simuladores para obtener
propiedades mecánicas y de resistencia. Otro vía es la utilización de correlaciones
derivadas de mediciones en otras zonas o en otros pozos vecinos al pozo de estudio
Propiedades mecánicas elásticas dinámicas
El método más importante para la estimación de parámetros elásticos es el perfilaje
acústico. La herramienta de perfilaje acústico mide velocidades de propagación de
ondas, las cuales junto con la información de densidad y las fórmulas apropiadas
proporcionan los parámetros elásticos dinámicos
Propiedades mecánicas elásticas cuasi-dinámicas o
dinámicas de núcleos geológicos
En muchas pruebas estáticas de compresiones posible hacer mediciones dinámicas por
acústica para calcular módulos dinámicos, los cuales serán comparados con registros
acústicos de campo para elaborar correlaciones núcleo-perfil
Propiedades mecánicas y parámetros derivados de
mediciones de campo
El conocimiento de las propiedades mecánicas de las formaciones bajo superficie, es
muy importante en conexión con los problemas de estabilidad de pozos, operaciones de
fracturamiento, problemas de subsidencia y problemas de producción de arenas.

Justificación de ensayos de laboratorio
(Vasquez A. 2001).
 La perturbación causada por el
muestreo no puede ser eliminada,
aunque si minimizada.
 El control de carga y descarga para
condiciones de esfuerzos específicos
es muy difícil en campo.
 La medición de esfuerzos,
deformaciones, cambios
volumétricos, presión de poro, son
hechas mas fácilmente en laboratorio.
Perturbaciones de muestras de suelo
Las perturbaciones a las que una
muestra de suelo puede estar sujeta
pueden ser clasificadas de la siguiente
manera (de aceptables y comunes hasta
inaceptables y graves)
 Cambio en condiciones de esfuerzos
 Cambios en ‘W’ y ‘e’
 Cambio en la estructura
 Cambios químicos
 Mezcla y segregación de suelo
No existen las muestras realmente no-
perturbadas aunque se consideran
buenas aquellas que satisfagan:
 Estructura sin cambios
 Contenido de fluidos y porosidad sin
cambios
 Composición química intacta
Ensayos en núcleos
geológicos en el
laboratorio
Compresión no confinada (unconfined compressive
strength, UCS)
Se comprime un cilindro de roca sin confinamiento hasta alcanzar su resistencia máxima. Presión de
poro igual a cero y confinamiento igual a cero. Tradicionalmente se mide la resistencia máxima,
módulo de Young y relación de Poisson. Es muy usado como ensayo para propiedades índices.
Compresión triaxial
Utilizado por excelencia en la caracterización de resistencia y deformabilidad de las rocas y suelos. En
este ensayo se comprime un cilindro de roca, bajo una presión de confinamiento constante, hasta
llegar a su resistencia máxima. Tradicionalmente se miden para una presión de confinamiento dada: la
resistencia máxima, el módulo de Young, la relación de Poisson, el comportamiento esfuerzo
deformación y la resistencia mecánica. Es utilizado con otros ensayos triaxiales adicionales a diferentes
presiones confinantes para generar la envolvente de falla.
Tensión indirecta, prueba brasileña, brazilian test
El ensayo de cilindro brasileño constituye un efectivo y simple método para medir resistencia a
la tensión de un material frágil. Un ensayo estándar usa una sección diametral con el radio de
la muestra aproximadamente igual a su espesor. Una carga lineal es aplicada a la muestra a
través de este diámetro
Coeficiente de Biot, a
Este ensayo realizado en una celda triaxial mide el coeficiente de Biot que describe la eficiencia de
las presiones de fluidos en contrarrestar los esfuerzos totales aplicados.
Este importante parámetro, que oscila entre 0 y 1, sirve para calcular los esfuerzos necesarios para
iniciar y propagar la fractura y también para elaborar correlaciones núcleo-perfil.
Dureza de fractura
La dureza de fractura también conocida en la literatura como factor de intensidad de esfuerzos, es
una propiedad del material que mide la resistencia a la propagación de la fractura. Esta propiedad
juega un papel importante en el diseño de fracturas hidráulicas como medio de estimulación o como
medio de control de arenas (Frac-Pack).
Hidrostático
Ensayo utilizado para determinar la compresibilidad hidrostática. La presión de confinamiento es
constante. De ella se deriva el modulo volumétrico.

Justificación de ensayos de laboratorio
(Vasquez A. 2001).
 La perturbación causada por el
muestreo no puede ser eliminada,
aunque si minimizada.
 El control de carga y descarga para
condiciones de esfuerzos específicos
es muy difícil en campo.
 La medición de esfuerzos,
deformaciones, cambios
volumétricos, presión de poro, son
hechas mas fácilmente en laboratorio.
Perturbaciones de muestras de suelo
Las perturbaciones a las que una
muestra de suelo puede estar sujeta
pueden ser clasificadas de la siguiente
manera (de aceptables y comunes hasta
inaceptables y graves)
 Cambio en condiciones de esfuerzos
 Cambios en ‘W’ y ‘e’
 Cambio en la estructura
 Cambios químicos
 Mezcla y segregación de suelo
No existen las muestras realmente no-
perturbadas aunque se consideran
buenas aquellas que satisfagan:
 Estructura sin cambios
 Contenido de fluidos y porosidad sin
cambios
 Composición química intacta
Ensayos en núcleos
geológicos en el
laboratorio
Petrofísico
El ensayo se realiza en condiciones de confinamiento simulando la presión de poro. En este ensayo se
varia la presión de poro. Se mide la variación de porosidad y permeabilidad en función del esfuerzo
Compresibilidad uniaxial, Cm
En este ensayo se comprime un cilindro de roca en una celda triaxial y a medida que aumenta la
presión axial se aumenta la presión de confinamiento, de manera que la deformación solamente
ocurre axialmente. Tradicionalmente se mide el módulo de compresibilidad uniaxial, comportamiento
esfuerzo deformación, cambios de permeabilidad por porosidad y las relaciones entre porosidad y el
esfuerzo efectivo. Esto simula la compresibilidad de un yacimiento a medida que disminuye la presión
de poros
Compresibilidad uniaxial con agotamiento
El ensayo de compresibilidad uniaxial con agotamiento se realiza en la misma forma
anteriormente descrita. Este ensayo se realiza disminuyendo la presión de poros en una tasa
constante hasta que se alcanza la presión de agotamiento del yacimiento o la presión para
proyectos de mantenimiento de presiones.
De corte
Ensayo realizado utilizando una caja de corte. En el se pueden obtener algunos parámetros de las
discontinuidades, como el módulo de dureza normal y de corte, coeficiente de asperezas etc.
Compactación con reducción de permeabilidad
Los ensayos de permeabilidad/compactación son realizados de manera parecida a los ensayos
previos. Estos ensayos someten a la muestra a una deformación en la dirección axial, mientras que la
tasa de flujo se mantiene constante en la dirección horizontal.
Compresibilidad con repteo (creep)
Antes de quitar la carga en algunos de los protocolos de ensayos descritos arriba, se puede
implementar una etapa con repteo. Se debe mantener la presión de confinamiento, esfuerzo axial y
presión de poro constante (todo servo- controlado) y mantener estas condiciones de borde para un
período de tiempo adecuado. Este período de tiempo será determinado durante la etapa de repteo
del ensayo. Esto será determinado por la imposición de un pseudo-equilibrio de la deformación
volumétrica y/o axial y la expulsión del fluido del poro..

Temas 2 y 3 Analisis de parametros aaaaaa

Más contenido relacionado

Similar a Temas 2 y 3 Analisis de parametros aaaaaa (20)

Más de MagalysCarolinaChapa (16)

Último (20)

Temas 2 y 3 Analisis de parametros aaaaaa