Prueba de Tensión in situ (IST) de Sigra

Prueba de Tensión in situ (IST) de Sigra Mediante un Sistema de Sobreperforación

Sigra mide la tensión de rocas in situ principalmente mediante el uso de su herramienta de IST. Este es un dispositivo de sobreperforación que funciona en conjunto con el sistema de Boart Longyear para la extracción de testigos con línea de acero HQ y permite que se midan tensiones hasta a 2000 m de profundidad. La herramienta es un dispositivo reutilizable que suministra información de alta calidad sobre tensiones bidimensionales de forma rápida, donde la tensión de las rocas no es lo suficientemente alta para causar la rotura de las rocas del agujero piloto. La mayoría de las minas de carbón de Australia han utilizado el sistema IST de Sigra como parte de sus programas de exploración.

[youtube height=”360″ width=”640″]https://www.youtube.com/watch?v=0a50jHxrQIY&feature=youtu.be[/youtube]

La técnica de medición de tensión in situ (IST) de Sigra está diseñada para proporcionar la mejor combinación posible de características deseables. En esencia, la herramienta es similar al medidor de deformación de pozos del Bureau of Mines de Estados Unidos (Merrill, 1967) en cuanto a que es un dispositivo de deformación biaxial que se utiliza para medir el cambio en el diámetro de un agujero piloto. Una de las ventajas de la herramienta de IST es que es más pequeño, mide seis diámetros del agujero piloto y no utiliza ningún cable para la comunicación. Esto significa que el uso de la herramienta no está limitado por la profundidad. Se ha utilizado en mediciones hasta a 1 km de profundidad y se puede utilizar a 2 km. El sistema de sobreperforación está configurado principalmente para ser utilizado como parte de un sistema de extracción de muestras con línea de acero HQ de Longyear Boart.

El proceso se describe en la Figura 1. Consiste en retirar el núcleo y luego, en lugar del portatestigos de sondeo interior, se coloca una barrena para avellanar y triturar tocones y se utiliza para eliminar cualquier tocón en el núcleo vertical y para centralizar el agujero para el agujero piloto subsiguiente. Luego se retira y se utiliza un taladro de agujero piloto para crear un agujero de 500 mm de largo y de 25,5 a 26,5 mm de diámetro. La broca para agujero guía se retira del cable de acero y la herramienta se coloca en el agujero donde queda fija en su sitio. Los vástagos se retiran para que las herramientas de orientación a bordo puedan detectar la ubicación de la herramienta libre de interferencia magnética. Luego el portatestigos de sondeo se bombea a los vástagos y comienza la extracción de testigos.

Durante la operación de extracción de testigos se obtiene un registro del cambio de diámetro y se almacena electrónicamente. Una vez que se haya completado la extracción de muestras, se extrae el núcleo que contiene la herramienta. Se descargan las medidas de diámetro y las tomadas de los acelerómetros y magnetómetros. El núcleo se analiza para determinar el módulo de Young y el coeficiente de Poisson y los resultados se utilizan con la información de deformación para llegar al campo de tensión biaxial perpendicular a la perforación. Debido a que se mide la orientación de la herramienta, se puede encontrar la dirección de las tensiones principales.

La herramienta es un dispositivo de dos ejes y solo si la prueba se lleva a cabo en una sola perforación, se debe hacer una suposición con respecto a la tensión en la dirección axial del orificio. Como la herramienta se utiliza normalmente en la perforación vertical desde la superficie, la suposición es generalmente que la tensión vertical es la del peso de sobrecarga. Donde esto tiene más limitación es dentro de zonas en las que las fallas inversas dan lugar a áreas de mayor tensión vertical y zonas adyacentes de tensión reducida. Debido a la naturaleza biaxial del proceso de medición, no es posible deducir ningún componente de cizallamiento de la tensión que no sea perpendicular a la perforación.

A pesar de estas limitaciones, la capacidad de realizar una medición de la tensión en 800 m de profundidad en aproximadamente 3 horas y de poder examinar la traza de sobreperforación directamente al recuperarla de la herramienta junto con el núcleo, ofrece ventajas muy importantes en comparación con otros sistemas.

IST part 1

IST part 2

Los pasos del proceso de medición de la tensión utilizando la prueba IST son:

  1. Perforar el agujero
  2. Extraer el núcleo mediante el cable de acero
  3. Inyectar una herramienta de avellanado
  4. Triturar el tocón del núcleo
  5. Extraer la herramienta de avellanado mediante el cable de acero
  6. Inyectar la herramienta del agujero guía
  7. Perforar un agujero guía
  8. Extraer la broca para agujero guía
  9. Poner en funcionamiento la herramienta de IST dentro del agujero con una herramienta de ajuste en el cable de acero
  10. Extraer la herramienta de ajuste en el cable de acero, dejando la herramienta de tensión fija en su sitio
  11. Retirar la columna de varillaje de manera que los magnetómetros de la herramienta de IST no se vean influenciados por los efectos magnéticos del portatestigos
  12. Esperar que se graben los datos del acelerómetro y el magnetómetro
  13. Hacer descender el portatestigos sobre la herramienta de IST
  14. Extraer muestras a través de la herramienta de IST mientras registra los cambios de diámetro
  15. Extraer el núcleo que contiene la herramienta de IST a la superficie mediante el cable de acero
  16. Descargar la herramienta de datos recopilados durante el proceso
  17. Comprobar el perfil de deformación del pozo del agujero medido por los seis conjuntos de pines de la herramienta
  18. Analizar el núcleo para determinar el módulo de Young y el coeficiente de Poisson
  19. Calcular las tensiones horizontales y su orientación en función de los parámetros elásticos y de deformación del agujero y orientar los resultados en función del campo magnético y gravitacional medido por la herramienta
Figura 2. Vista en perspectiva de operación de extracción de testigos (a la izquierda)

En la Figura 2 se muestra una vista en perspectiva de la sobreperforación. Las trazas de la sobreperforación pueden visualizarse tan pronto como la herramienta se trae hasta la superficie y se descarga y luego puede llevarse a cabo un análisis con base en parámetros elásticos estimados. A veces puede obtenerse una solución razonable, incluso si una ruptura menor no afecta a más de dos conjuntos de pines. Una operación de medición de la tensión típica a 500 m de profundidad interrumpe la extracción de testigos durante 2 ½ horas. Las pruebas más profundas requieren más tiempo debido al tiempo necesario para poner en funcionamiento las herramientas arriba y abajo de la perforación.

En la Figura 2 se muestra el proceso de extracción de testigos, mientras que en la Figura 3 se muestran ejemplos de las trazas del diámetro durante la sobreperforación. La Figura 4 muestra el mejor ajuste de una deformación teórica del agujero guía a las deformaciones medidas.

Estas herramientas se han utilizado con éxito en 2000 mediciones de la tensión realizadas a profundidades de hasta 800 m en su mayoría en las áreas de yacimientos de gas y carbón en el este de Australia, pero también en EE. UU. y Sudáfrica. En estas áreas, el cambio de diámetro del agujero guía de 26 mm se encuentra normalmente en un rango de 0,005 a 0,25 mm. La herramienta lee hasta aproximadamente 0,0005 mm de exactitud. Las rocas duras también han sido objeto de la utilización de la herramienta. Se destaca la prueba de ignimbrita en el sitio de la presa Burdekin en North Queensland. Allí, se determinó en varias ocasiones una tensión de 30 MPa en rocas de 350 MPa UCS con un módulo de Young de 80 GPa.

Figura 3. Ejemplo de cambio de diámetro con el tiempo durante la extracción de testigos (arriba)

 

Figura 4. Ejemplo del mejor ajuste de deformación teórica a los puntos de cambio de diámetro reales

Desde un punto de vista práctico, las limitaciones principales de la técnica son la lisura de la perforación y la uniformidad de la presión de bombeo utilizada durante la perforación. La vibración excesiva provoca problemas con la medición, al igual que el fluido pulsante de perforación, ya que esto carga el agujero piloto. Estos problemas generalmente se controlan mediante la técnica de perforación adecuada para proporcionar mediciones satisfactorias. En teoría, el problema más complejo es trabajar con rocas elásticas no lineales, tal como se observa medianamente con frecuencia en las rocas sedimentarias. En general, Sigra utiliza el módulo de descarga de una prueba uniaxial. Sin embargo, cuando hay algún motivo para creer que existe anisotropía importante, el núcleo se puede analizar con tensiones radiales y axiales. Esto se hace de una manera gradual utilizando el comportamiento de descarga. El análisis tiene en cuenta los efectos del alivio de la tensión debido al proceso de sobreperforación y los efectos de la presión de fluido dentro del agujero. [frame src=”IMAGE_SRC” width=”IMAGE_WIDTH” height=”IMAGE_HEIGHT” lightbox=”on” title=”IMAGE_TITLE” align=”left” ]

Leave a Reply