Geomecanica

INTRODUCCIÓN

La geomecánica surge con el propósito de entender los procesos físicos que interrelacionan las rocas con el medio ambiente y proporcionar una visión más amplia de los fenómenos geológicos y físicos presentes en la tierra. Está basada en los conceptos y teorías de la mecánica de rocas y mecánica de suelos, que relacionan el comportamiento de la roca frente a cambios en los esfuerzos aplicados producto de las operaciones petroleras de perforación, completación y producción de pozos.

Aunque la geomecánica algunas veces parece ser incomprensible, esta puede ser entendida al ser relacionada con los ejemplos que se encuentran día a día. Se pueden encontrar ejemplos de catástrofes geomecánicas, como el desplome de plataformas por subsidencia. Sin embargo la geomecánica puede ahorrar y producir mucho dinero. En los últimos años estudios y resultados geomecánicos han liderizado incrementos de producción lucrativos.

Las aplicaciones geomecánicas en la industria petrolera involucran estudios de estabilidad del hoyo, predicción de producción de arena, eficiencia de perforación, eficiencia en el diseño de pozos, fracturamiento hidráulico y mapeo de esfuerzos en el campo. Contribuyendo a una mejor caracterización de los yacimientos y a la optimización de las inversiones necesarias para poner un pozo en producción.

GEOMECÁNICA

La geomecánica es la disciplina que estudia las propiedades y características mecánicas de los materiales geológicos que conforman las rocas de formación. Se basa en los conceptos y teorías de la mecánica de rocas y mecánica de los suelos, que relacionan el comportamiento o respuesta de la roca frente a disturbios o cambios de esfuerzo inducidos, los cuales para estudios de ingeniería, son considerados como inducidos por el hombre. Para los cambios naturales, la geomecánica aplica la deformación de las rocas en un contexto geológico estructural, como pliegues, fallas, y fracturas producidas por esfuerzos aplicados a la roca durante procesos orogénicos u otros.

Cuando se trata de describir el comportamiento mecánico de los sólidos, es común asumir que son idealmente homogéneos, continuos, isotrópicos, lineales y elásticos. Las rocas no son ideales en muchos aspectos. Raramente son continuas, debido a la presencia de poros o fisuras. Los poros interconectados, son cavidades aproximadamente equidimensionales encontradas entre los granos de las rocas sedimentarias. Cavernas aisladas son encontradas en rocas volcánicas y rocas compuestas por carbonatos solubles. Dado que la capacidad de la roca para almacenar y transmitir fluidos es altamente dependiente de esos espacios vacíos, se han desarrollado estudios especiales, para tratar con las deformaciones, esfuerzos, y presiones de fluido en el medio poroso.

Las microfracturas son pequeñas rupturas planas comunes en las rocas duras que han sufrido una deformación interna. En conjunto, las fisuras y espacios porosos, crean una respuesta no lineal de la curva esfuerzo-deformación, especialmente a bajos niveles de esfuerzo; ellos reducen la resistencia a la tensión (especialmente las fisuras); crean esfuerzos dependientes de las propiedades del material; producen variabilidad y dispersión en los resultados de análisis e introducen un factor escalar en la predicción del comportamiento mecánico del material.

Una fractura en una roca trae consigo una reducción en la resistencia a la tensión hasta valores cercanos a cero en la dirección perpendicular al plano de fractura, además de restringir la resistencia al corte en la dirección paralela al plano de fractura. Si los planos de ruptura y esfuerzo no se encuentran distribuidos uniformemente (generalmente no lo están), entonces el efecto será una pronunciada anisotropía en la resistencia y otras propiedades de la roca. La anisotropía es común en la mayoría de las rocas, incluso cuando no hay discontinuidades estructurales, debido a la orientación en los granos de minerales o historial en la dirección de los esfuerzos.

La geomecánica es una rama interdisciplinaria, con aplicaciones en geología, geofísica, minas, petróleo e ingeniería civil. Se encuentra relacionada con el recobro y desarrollo de energía, construcción y transporte, predicción de terremotos, y muchas otras actividades de gran importancia.

En la industria petrolera, la deformación y la falla de la roca sedimentaria inciden durante el ciclo de la perforación y la producción de hidrocarburos. Como ejemplos se mencionan: la inestabilidad del hoyo, el fracturamiento hidráulico, la producción de arena y la subsidencia de la superficie. En algunos casos, la extracción de hidrocarburos provoca la formación de nuevas fallas y fracturas, o deslizamientos sobre fallas preexistentes.

Si por ejemplo, no puede perforar un pozo en una dirección en particular, debido a la inestabilidad del hoyo, un ingeniero en geomecánica busca información con respecto a la estructura del yacimiento, la resistencia de la roca, el estado actual de la tensión, y determinará cuáles son los mecanismos de deformación que prevalecen. Estas diversas formas de datos se encuentran sintetizadas en el modelo mecánico de la tierra. Este modelo se utiliza entonces para diseñar la trayectoria óptima, el peso del lodo adecuado y los métodos de perforación necesarios para alcanzar el objetivo del yacimiento. Para poder compilar, sintetizar y aplicar los distintos datos, el geomecánico desarrolla procesos para coordinar las actividades de los equipos multidisciplinarios.

Los equipos de geomecánica están integrados generalmente por geomecánicos, petrofísicos, geólogos, geofísicos, ingenieros en perforación e ingenieros de reservorio. Resulta fundamental que exista un grado de comunicación confiable, en particular con las locaciones más alejadas, para poder aprovechar el valor potencial de los aspectos geomecánicos del proyecto, en especial cuando los modelos son construidos y revisados en tiempo real durante la perforación.

LAS DOS DISCIPLINAS PRINCIPALES DE LA GEOMECANICA SON:

Mecánica de Suelos: trata con el comportamiento de los suelos desde una pequeña escala, hasta una región extensiva

Mecánica de Rocas: trata con aspectos relacionados con las geociencias tales como; caracterización de masas de roca y su mecánica, las cuales a su vez se aplican en la construcción de túneles, ruptura de rocas y perforación de pozos petroleros.

IMPORTANCIA DE LA GEOMECÁNICA

“Una roca es cualquier masa sólida de materia mineral, o parecida a mineral, que

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