Exposición de Cristina Cavero, especialista en Geomecánica y docente de Mecánica de Rocas en URP; fue transmitida en VIVO para la comunidad del Portal de Ingeniería Para ver ver la charla, ingresa al siguiente enlace: http://www.youtube.com/watch?v=wQGOu4kFUKA

1. INTRODUCCIÓN E IMPORTANCIA
DE PRUEBAS MECANICAS DE
LABORATORIO EN ROCAS
ING. CRISTINA CAVERO
JUNIO, 2016

2. Donde requerimos la mecánica de rocas?

3. Aplicaciones en la industria Petrolera
Estabilidad de pozo
Predicción de arenamiento
Fracturamiento hidráulico
Optimizacion de la perforación
Determinacion de esfuerzos en el reservorio

4. Modelo Geomecánico 1D

5. - Cual es el estado de esfuerzos y presión de poro en la profundidad de interés?
-Cuales son las propiedades elásticas y de resistencia de la roca?
-Que modo de falla o comportamiento elástico se presenta?

6. Principal fuente de data para la construcción
del modelo geomecanico
Registros eléctricos
◦ Los registros eléctricos proveen data continua a diferentes profundidades, pero esto NO mide directamente
los parámetros y es necesario realizar un análisis de mecánica de rocas.
◦ Por lo tanto, Propiedades elásticas y de resistencia de roca no puede ser medido directamente de los
registros eléctricos.
◦ Comúnmente se utilizan correlaciones que se han realizado por medio de pruebas de mecánica de roca en
el campo.
◦ Las correlaciones utilizan registros sónicos compresionales, cortantes, densidad, porosidad, resistividad.
COMO PODEMOS CALIBRAR ESTAS CORRELACIONES EN NUESTRO CAMPO?

7. 7
Pruebas de laboratorio de roca
Componentes básicos:
• Cargas
• Camisa impermeable alrededor del
núcleo
• Medidor de deformación axial
• Medido de Deformación Radial

8. Pruebas de laboratorio de roca
s3
s3
ea
er1
er2
Ds1
Ds1
s3
s1 = (Ds1 + s3)pp
Deformación:
ea: Deformación Axial
er1: Deformacion Radial strain (paralelo al
bedding)
er2: Deformación Radial(perpendicular al
bedding)
Esfuerzos:
s3: Presion de confinamiento
Ds1: Incremento de esfuerzo axial
Ds1+ s3 : Esfuerzo axial
pp: Presión de Poros

9. 9
Propiedades elásticas
( 
( s
s
s
s
s
s
a
r
s
a
s
E
G
E
K
E


e
e

e
s

=

=
D
D
=
D
D
=
12
213
1
Es Young’s modulus,
s1 Axial stress,
s Poisson’s ratio,
ea Axial strain,
er Radial strain,
Ks Bulk modulus, and
Gs Shear modulus.

10. Mecanismo de Falla
•Cuando una pieza de roca es sujeta a grandes esfuerzos, Ocurrirá de alguna
manera una falla.
•Esto quiere decir que la forma de la roca cambia permanentemente y
posiblemente también cae a pedazos.
•La falla de la roca es un importante fenómeno para la industria petrolera, ya que
es el origen de severos problemas como inestabilidad de pozo y producción de
solidos.
•Es importante ser capaz de predecir bajo que condiciones una roca tiende a
fallar.

11. Mecanismo de Falla
Prueba uniaxial o
triaxial en núcleo
Gradico de esfuerzos vs. Deformacion
en una prueba de compresion uniaxial
Region elastica: La roca se deforma
elásticamente. Si los esfuerzos se
detienen. El nucleo retorna a su
condicion normal.
Punto de Cedencia: Punto donde ocurre
el cambio del comportameitno elástica.
Region Ductil: Una región wn la cual la
muestra presenta una deformation
permanente sin perder la abilidad de
cargar carga.
Region Fragil: Los esfuerzos que soporta
en nucleo decrecen rapidamente como
la deformacion incrementa

12. Mecanismo de Falla
Prueba triaxial: Influencia de la presion de
confinamiento debido a la diferencia de esfuerzos (axial
menos confinamiento) vs. curvas de deformación
El modo de fallas mas comunes observados en
pruebas uniaxiales y triaxiales es la falla de corte.
Esta falla es causada por excesivo esfuerzo cortante.
El modo de falla de tensión es causada por excesivo
esfuerzo tensión.
El modo de falla llamado, colapso por presion de
poros es normalemnte observado en manteriales
altamente porosos y presentan una sobre presion de
fluidos entre ellos.

13. Mecanismo de Falla en el pozo
Falla por tensión Falla por corte
Esquema de Modo de falla en la pared del pozo Esquemas de Modo de falla en el núcleo

14. Criterio de Falla de Mohr - Coulomb
La envolvente de falla de Morh Coulomb se construye mediando la falla que se generó
en cada muestra probada a diferentes contrastes de esfuerzos
Por lo tanto, si el circulo toca la linea, presenta una falla.

15. Esfuerzos en la cara del pozo
Aplicación:
Estabilidad de Pozos
Con esto puedo recomendar un peso
de lodo que evite el colapso en el pozo

16. Aplicación para Fracturamiento
Hidraulico
Objetivo de la geomecanica para fracturamiento
hidraulico es determinar las barreras y/o sellos por
medio de propiedades elasticas y esfuerzos
horizontales.
Dar limites del esfuerzo mínimo horizontal y gradiente
de fractura.
Estos esfuerzos son calculados mediante propiedades
elásticos de la roca.
Presentando una calibración de las curvas de
propiedades de roca, tendremos una mayor precision
en los límites de inducir una falla y propagarla.
Registros de
propiedad de
roca calibrado
con mediciones
de laboratorio

17. Ensayos típicos de laboratorio en rocas
•Pruebas de resistencia a la tensión (Brazilian Test)
•Prueba de compresión no confinada
•Prueba de compresión triaxial
•Thick – Walled Cylinder Tests (TWC)
Consideración importante:
Muchas pruebas tienen la opción de medir las velocidades ultrasónicas en los cores, lo cual
permite a tener una correlación de las mediciones estáticas de laboraotiro y calcular las
dinámicas mediante registros eléctricos. Esto se usará donde no se tengan nùcleos.

18. Prueba de resistencia a la tensión
indirecta (Brazilian method)
Prueba simple de carga a un disco de 0.5:1 en relación a su longitud y diámetro respectivamente.
Es una prueba economica y práctica (rápida).
La prueba se realiza en diferentes direcciones del bedding.
Carga paralela al bedding
Carga perpendicular al bedding
Carga oblicua al bedding
Tensile Strength in psi = (2 * Load in lbf) / ( * diameter in " * length in ")

19. Ensayo de compresion Uniaxial y Triaxial
Resistencia – Caracterización de la falla – Modo de Falla
- Envolvente de falla de Coulomb
- Predicción de estabilidad de falla
Parámetros elásticos
- Diseño de fractura hidráulica
- Esfuerzos in-situ

20. Medidas de velocidad ultrasónica
Medición en el núcleo junto con otros ensayos,
con el fin de calcular las propiedades elásticas
dinámicas mediante registros electricos
(basicamente mediante registros sónicos)
y = -1.078E-07x2 + 1.779E+00x + 6.899E+05
R² = 8.723E-01
0.0E+00
2.0E+06
4.0E+06
6.0E+06
8.0E+06
3.0E+06
4.0E+06
5.0E+06
6.0E+06
DynamicYoung'sModulus,psi
Static Young's Modulus,psi

21. Thick – Walled Cylinder Test (TWC)
Perforación tipo tunel
Modelamiento de estabilidad
Control de arenamiento
Esfuerzos y flujo
Análisis de tamaño de grano

22. Comentarios finales
El análisis e interpretacion de resultados de ensayos de laboratorio, se complementa con la
caracterización de la roca, con respecto a el análisis del tamaño de grano, la temperatura,
análisis petrográficos, integración con registros eléctricos.
La integración de mayor información disponible en el campo, reducirá la incertidumbre de
cálculos y por lo tanto, creará una mayor confianza en el plan de perforación, fracturamiento
hidráulico o control de arenamiento para futuros proyectos.

23. GRACIAS POR SU AMABLE ATENCIÓN
ING. CRISTINA CAVERO PANEZ
INGENIERA GEOMECÁNICA
cavero.cristina@gmail.com