Pruebas Subterráneas

Pruebas Subterráneas para Determinar las Características del Yacimiento

Las pruebas subterráneas para determinar la permeabilidad y la presión se realizan generalmente para el agua en todas las minas o para el gas en minas de carbón.

Estar bajo tierra ofrece una gran oportunidad para entender la geología y, en particular, las características estructurales que controlan la permeabilidad. En el caso del carbón, existe la capacidad de cartografiar la veta con gran detalle. Las características más destacadas son la estratificación de carbón, incluyendo posibles bandas de sellado y, lo más importante, la fracturación. La fracturación son las fracturas subverticales dentro de la veta de carbón. El espaciado de fracturas define la distancia a la que debe llevarse a cabo difusión antes de que pueda llevarse a cabo el flujo de Darcy en las fracturas. La naturaleza de las mismas fracturas también es lo más importante: ¿tienen relleno de arcillas o carbonatos? Dicho relleno puede sellar una veta de manera muy eficaz. La variación de la dureza del carbón también es importante, ya que las propiedades mecánicas del carbón afectarán fuertemente la forma en que la veta de carbón responde a los cambios en la tensión efectiva provocados por el drenaje. Tales cambios son causados por una disminución de la presión del fluido y la contracción del carbón, ya que cede gas y se seca.

Métodos de Prueba Subterráneas

Pruebas de Flujo Incremental para Determinar la Homogeneidad de la Veta

Los carbones no son muy homogéneos y el flujo medido desde una perforación generalmente no se libera uniformemente a lo largo de su longitud. El flujo depende de muchos factores, tales como la capa de carbón en la que se perfora el agujero, la dirección y la intensidad de las fracturas, las tensiones dentro del carbón, la dirección del agujero y las principales diaclasas dentro de la veta.

Por lo tanto, es deseable medir el flujo procedente no solo a partir de una perforación, sino a partir de cada sección de una perforación. El proceso que se muestra en la Figura 1 puede utilizarse para determinar el flujo en varios lugares a lo largo de los agujeros más cortos. Aquí un único obturador se presiona hacia la parte posterior del agujero y luego se infla, antes de que se mida el flujo. El obturador se desinfla y se desplaza por una longitud incremental, que es habitualmente una barra de perforación, antes de volver a ser inflado y de volver a medirse el flujo. Por lo tanto, el flujo por unidad de longitud es la diferencia entre las mediciones, o la pendiente de la curva de flujo frente a distancia. Este proceso puede repetirse en la longitud del agujero para obtener un perfil de flujo completo.

En agujeros más largos este enfoque no puede utilizarse debido a que el cambio en el flujo a través de un cambio útil en distancia de medición es pequeño en comparación con el flujo total de la sección de prueba. Por lo tanto, se utiliza el sistema que se muestra en la Figura 2. En este sistema, los obturadores dobles se inflan para aislar una sección del agujero y medir su flujo. El flujo del agujero detrás se omite más allá del sistema de obturadores.

Determinación de la Permeabilidad

El método experimental más rápido para determinar la permeabilidad de las vetas de carbón gaseosas es utilizar el sistema que se muestra en la Figura 3. Aquí se perfora un agujero y se inserta un solo obturador más allá de la zona lateral del pilar y se utiliza para sellar el agujero, con todo el flujo bajando la tubería de prueba, que está conectada al obturador. El flujo de agua y de gas se mide durante un período y se cierra luego la válvula de la tubería y se monitorea la acumulación de presión. Es habitual repetir esto para un segundo flujo y período de acumulación. La técnica de prueba puede llevarse a cabo en agujeros de varias orientaciones con el fin de determinar las características direccionales de la permeabilidad. Si el flujo es solamente agua, se pueden utilizar técnicas semianalíticas. Sin embargo, si una veta de carbón se está poniendo a prueba, la naturaleza exacta de la permeabilidad debe determinarse aproximadamente por ajuste histórico, utilizando un simulador, debido al comportamiento complejo de las vetas de carbón.

Permeabilidad a Largo Plazo y Balance de Materia

Debido a las variaciones de la permeabilidad a lo largo de la producción y la necesidad de mantener un control de balance de materia, resulta muy útil para llevar a cabo pruebas de drenaje de más largo plazo. La esencia de estas es comparar el gas producido a partir de la veta con el cambio de presión de la veta, utilizando esta último para llegar a un contenido de gas a través de la isoterma de absorción. De ese modo, puede aplicarse la ecuación de balance de materia.

Gas en el sitio  = Gas inicial en el sitio – Gas drenado + Otras fuentes

El gas en el sitio se determina mediante sensores de presión y el uso de la isoterma de absorción.

El gas inicial en el sitio se mide directamente o a través de la presión.

El gas drenado se obtiene mediante la medición de flujo.

Las otras fuentes son el gas ganado o perdido a través del costado del pilar o que entra en la veta desde el techo y el suelo, con frecuencia a través de las principales diaclasas.

La realización ideal del diseño de la prueba se muestra en la Figura 3. Aquí se perfora un agujero central y se dota de puntos de sensores de presión, ya sea a través del uso de un conjunto de varios obturadores (Figura 4) o mediante el rejuntado del agujero ya sea con sensores de presión o líneas de detección (Figura 5). Luego se perforan dos orificios de drenaje complementarios en ambos lados del agujero de detección de la presión y se mide el flujo de estos.

En la Figura 6 se muestra un ejemplo de la correlación entre el contenido de gas derivado de medición de la presión de la veta con la isoterma de absorción y el contenido derivado del cálculo de balance de materiales. Este ejemplo muestra una muy buena coincidencia, lo que indica que se ha logrado una comprensión de las características de drenaje de vetas de carbón. La permeabilidad global del carbón puede determinarse a través del ajuste histórico. Tenga en cuenta que no todos los casos muestran una buena coincidencia y en estos casos el término “otras fuentes” debe ser investigado.

Figura 1 . Pruebas de flujo incremental con un solo obturador

 

Figura 2 . Pruebas de flujo incremental con obturador doble

 

Figura 3. Configuración para un solo agujero en la prueba de permeabilidad de agujero de veta

 

Figura 4. Conjunto de varios obturadores para el monitoreo de la presión del agujero dentro de la veta

 

Figura 5. Prueba de drenaje dentro de la veta utilizando 4 agujeros de drenaje y un agujero central de detección de la presión
Figura 6. Gráfica que muestra el contenido de gas de presupuesto de materiales y el de las isotermas presión y absorción

 

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