Esfuerzos "in situ"

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Métodos de Estimación del Estado de Estrés en Roca In-Situ:
Hidro-fracturamiento (HF), Ensayo Hidráulico de Fracturas
Pre-Existentes (HTPF) y por Gato Plano
Esteban Salazar Pérez

1. Estimando el estado de estrés

2. HF y HTPF

El estado de estrés de una roca in-situ se
puede estimar obteniendo las seis componentes
independientes del tensor de estrés o la magnitud
y orientación de losestreses principales. En la
práctica es importante tener presente que en una
superficie libre en una roca (i.e. en una fractura,
superficie subaérea, hoyo de sondaje, etc) no
existe estrés de cizalle y el estrés normal es cero,
por lo que este plano corresponde a un plano
principal con σ3 igual a cero, sin embargo el
tensor puede rotar y/o cambiar en magnitud
rápidamente en la vecindad deestas superficies.
Se debe ser cuidadoso también en como
se aplica la mecánica del continuo a un caso
práctico como este. Se define el volumen
elemental representativo (REV) como el
volumen mínimo sobre el cual un continuo
equivalente puede ser definido, en general la
mecánica del continuo debe ocuparse en
volúmenes al menos dos ordenes de magnitud
mayores que el REV. Si la roca que sequiere
investigar está muy fracturada se debe trabajar a
una escala mucho mayor que la de los
fragmentos constitutivos y se necesitará de
métodos estadísticos para estimar los estreses
con mediciones a escala de estos fragmentos. Por
otro lado, si las mediciones son hechas a escalas
mayores que el REV se debe poner atención en
el gradiente de los estreses, cuando las medidas
parecen noestar midiendo el mismo tensor se
deben proponer reglas de interpolación que
deberán ser validadas posteriormente.
Aparte de los ensayos que se describirán
a continuación es fundamental la previa
recopilación de datos geológicos de la zona a
estudiar.

El HF y el HTPF son métodos de
estimación en terreno en un hoyo de sondaje
donde una sección del sondaje se sella y se le
inyecta algúnfluido hidráulico a tasa constante
hasta iniciar una fractura en la roca(HF) o hasta
que una fractura pre-existente se abre, el bombeo
se detiene, la presión se relaja y se vuelve a
bombear produciendo un registro de presión v/s
tiempo. La orientación de las fracturas se obtiene
usando un “oriented impression packer” u otros
métodos geofísicos en el sondaje. La orientación
de las fracturasdepende los estreses principales y
cuando la fractura y el sondaje son casi verticales
entonces el estrés vertical se considera como
principal e igual en magnitud a la presión
litostática (HF). Con el HTPF se evalúna los
estreses normales soportados por planos de
fractura con diferentes orientaciones pudiéndose
obtener las 6 componentes del tensor mediante la
inversión de estos datos,independiente de la
orientación del sondaje.
2.1 Supuestos y limitaciones
2.1.1 HF






No hay una profundidad teórica que
limite al método, mientras el sondaje
llegue y la roca se comporta de manera
frágil.
El eje del sondaje debe ser paralelo a
algún estrés principal, el que debe estar
contenido en el plano de la fractura
inducida. Fracturas “en echelon” indican
que éstos no sonparalelos.
Se asume que la orientación de la fractura
persiste al alejarse de la pared del
sondaje.



La masa de roca se asume homogénea,
elástica e isotrópica y se requieren
estimaciones de la presión de poros y de
la resistencia de la roca a la tensión.

2.1.2 HTPF










No hay una profundidad teórica que
limite al método, mientras el sondaje
llegue y laroca se comporta de manera
frágil.
Se asume que planos de debilidad están
pre-existentes en la roca y que éstos no
están alineados y que pueden ser abiertos
mecánicamente y se debe verificar que
sólo una fractura se ha abierto pues esto
cambie el campo de estrés local.
Se asume que la orientación de la fractura
persiste al alejarse de la pared del
sondaje.
Se requiere un mínimo teórico...
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