Geomecanica

Capítulo 1 Introducción 1

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Capítulo 1

Introducción
Definición de la geomecánica La geomecánica es la disciplina que estudia las características mecánicas de los materiales geológicos que conforman las rocas de formación. Esta disciplina está basada en los conceptos y teorías de mecánica de rocas y mecánica de suelos, que relacionan el comportamiento de la formación bajo loscambios de esfuerzo producto de las operaciones petroleras de perforación, completación y producción de pozos. Aunque las bases de la geomecánica fueron realizadas a principios de siglo, las aplicaciones petroleras empiezan a tener mayor divulgación al comienzo de la década de los 70, y por lo tanto esta es una disciplina novedosa para la ingeniería de petróleo. La geomecánica utiliza resultadosexperimentales de campo y laboratorio conjuntamente con soluciones analíticas para resolver problemas particulares.

Suelos y rocas Los materiales geológicos pueden ser divididos en rocas y suelos; sin embargo, la diferencia entre ellos a veces no es muy clara, a pesar que el método de análisis de cada uno, es generalmente bastante distinto. Los suelos son aglomerados relativamente sueltoscompuestos de minerales, materiales orgánicos y sedimentos que se encuentran sobre la roca madre. Las rocas son materiales geológicos con fuerzas moleculares entre sí, que le confieren a los granos minerales una resistencia interna considerable. La diferencia entre ellos está relacionada con la resistencia intrínseca del material, por lo que resulta difícil diferenciar entre una roca blanda y un sueloduro. En el sector petrolero es usual trabajar con rocas, por lo que a los suelos se les conoce como rocas no consolidadas. Sistemas de partículas

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Los materiales geológicos están compuestos por un sistema multifásico de partículas minerales que crean una estructura porosa donde residenfluidos tales como agua, hidrocarburos y aire. Este sistema de partículas es lo que distingue a los materiales geológicos de los materiales continuos como los metales y fluidos. Las partículas representan una fase sólida conocida como esqueleto mineral; debido a esto, la deformación del material geológico está controlado por la interacción entre partículas individuales, deformación de partículas y másimportante aún, el movimiento relativo entre partículas. El fluido intersticial puede fluir a través de los poros interactuando con el esqueleto mineral, alterando la magnitud de las fuerzas en el contacto entre partículas e influenciando la resistencia y compresibilidad del material geológico.

Partículas, fluidos y esfuerzos efectivos Los materiales geológicos son agregados de partículas; sinembargo se toman conceptos del área de mecánica de medios continuos para comprender y modelar su comportamiento mecánico. Tal como se puede ver en la figura 1.1, los suelos son compuestos multifásicos donde existen tres fases: 1. Sólidos (Partículas de minerales) 2. Gas (aire, gas, etc…) 3. Líquidos (agua, petróleo, etc…)

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Gas Liquido Solido

Fluidos de poros

Granos solidos

Figura 1.1- Diagrama de fases para materiales geológicos.

Debido a esto es necesario representar la cantidad de poros y granos de una manera numérica. La geomecánica generalmente utiliza la porosidad definida como:

n=

Vv V

pero a veces utiliza la relación de vacíos definida como:

e=donde: V: Vv: Vs: Volumen total Volumen de poros Volumen de sólidos

Vv Vs

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Esfuerzo intergranular

u u

Granos

u

Figura 1.2.- Esfuerzos intergranulares y presión de poros para granos en contacto.

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