geomecanica

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Introducción a la Geomecánica Petrolera Andrés R. Vásquez
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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 los cambios 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 parala ingeniería de petróleo.
La geomecánica utiliza resultados experimentales 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 bastantedistinto. Los suelos son aglomerados
relativamente sueltos compuestos 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, porlo que resulta difícil diferenciar entre una roca blanda y un
suelo duro. 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 departículas
minerales que crean una estructura porosa donde residen fluidos 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 lainteracción entre partículas
individuales, deformación de partículas y más importante 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 esfuerzosefectivos
Los materiales geológicos son agregados de partículas; sin embargo 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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Fluidos de poros Granos solidos
Gas
Liquido
Solido
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
V
V
= v
pero a vecesutiliza la relación de vacíos definida como:
e
V
V
v
s
=
donde:
V : Volumen total
Vv: Volumen de poros
Vs: Volumen de sólidos
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u
u u Granos
Esfuerzo
intergranular
Figura 1.2.- Esfuerzos intergranulares y presión de poros para granos en contacto.
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