• Author / Uploaded
• Juan Carlos Acevedo Matos

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA) FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERÍA, METALURGICA Y GEOGRÁFICA

UNIDAD DE POSGRADO

TEMA SONDAJES ORIENTADOS

CURSO: MECANICA DE ROCAS PROFESOR: MG. MARTIN FLORES ALUMNO: JERONIMO CONDORI

Lima- Perú 2017

SONDAJES ORIENTADOS Introducción. Una simple técnica de orientación de testigos fue presentada por Call, Savely y Pakalnis en la Tercera Conferencia en Estabilidad en Minería en Superficie, Vancouver, B.C., Canadá, en junio de 1981. El método ha sido probado en terreno, adaptado y mejorado en los siguientes años en una gran variedad de proyectos. La determinación de la orientación en espacio real (original en el terreno) de cualquier fábrica planar o lineal en testigos de perforación por lo general requiere conocer primero la orientación (inclinación y dirección), de la perforación en ese punto, y segundo, una característica conocida de referencia que fije la orientación del testigo con respecto a la rotación a lo largo de su eje. Los testigos pueden ser constantemente y razonablemente orientados usando un aparato de impresión en arcilla o electrónicos. Las pruebas han mostrado que las orientaciones de las fracturas pueden ser exactamente obtenidas desde los testigos, de un sondaje inclinado usando los procedimientos “wireline” convencionales. Los resultados obtenidos ayudan en el mapeo de testigos y permiten la producción de proyecciones estereográficas de las orientaciones de las estructuras geológicas, las cuales pueden ser eventualmente utilizadas para generar un modelo geológico-estructural para el área que está siendo explorada. La orientación del pozo es necesaria a través de intervalos del pozo. Comúnmente se usan como métodos de registro el Pajari o Tropari, o herramientas fotográficas como el Sperry-Sun.

1.- OBJETIVO. 

Determina la orientación de las estructuras (fallas, diaclasas, fracturas etc).en el macizo rocoso, con el fin de tener datos reales para el diseño de taludes, tuneles etc.



Poder ver las estructuras en su dimensión verdadera, azimut de buzamiento y buzamiento.



El propósito es la caracterización de discontinuidades en sondajes, es especificar y definir los parámetros geológicos y geotécnicos, requeridos para una adecuada caracterización de discontinuidades geológicas presentes, con un grado de confiabilidad tal, que permita su uso en forma adecuada en la toma de decisiones en los proyectos y operaciones mineras.



Medir el ángulo alfa y beta de las discontinuidades.

2.- DEFINICIONES El método de orientación de testigos está basado en una serie de definiciones de ángulos que caracterizan posiciones espaciales y convenciones para medir dichos ángulos. A continuación, se incluyen las definiciones más relevantes. Core Orientado: Consiste en identificar el punto más bajo de un core ('marca inferior') en la cara superior de lo que será la próxima ejecución del núcleo. Después se extrae el núcleo se vuelve a montar exactamente en la medida de lo posible y la 'marca inferior es utilizado para subtender una línea de orientación a lo largo del núcleo (conocida como la "marca de orientación"). Esta línea se utiliza para orientar todas las otras características en el núcleo. Línea de Referencia “top of core”- línea de orientación: Se denomina así a una recta paralela al eje del sondaje, que marca el sector más bajo del testigo. Esta recta se identifica con ayuda del orientador. Esta línea se marca normalmente con un plumón indeleble a través de toda la corrida orientada. En el caso que se use un goniómetro para medir orientaciones, esta línea de referencia “top of core” se marcará de color azul y sólo en el primer trozo de testigo de la carrera orientada.

Corresponde a la línea de referencia de perforación, es similar a la dirección del sondaje, designada los puntos más bajos en el testigo de una perforación. Elipse: Corresponde a la superficie de inclinación de una discontinuidad con el testigo del sondaje, o también denominado plano axial de una discontinuidad. Punto inferior de la elipse: Corresponde al extremo del eje de la elipse, más profundo en el sentido de la perforación, sobre la cual se marca una línea auxiliar para medir el Angulo beta.

3.- PERFORACION Y EQUIPO EN TERRENO PARA OBTENR LA LINEA DE ORIENTACION 3.1.- PERFORACION ORIENTADA. La perforación se realiza con equipos de rotación, con “bits” de diamantes y con sistema de recuperación de testigos de tubo simple, doble y triple. Sin embargo, la perforación con tubo triple es la más recomendada, para reducir las perturbaciones del testigo. Se requiere también un equipo “wireline” convencional. Cabe señalar que, para obtener información de calidad, los sondajes deben tener diámetros de por lo menos 48 mm e inclinaciones entre recomendables 20 y 70 grados de inclinación desde la horizontal, si bien se han logrado éxitos con pozos tan empinados como 85 grados de inclinación desde la horizontal.

La roca perforada debe ser homogénea y el RQD de 50% o superior. En rocas de menor calidad, la orientación de los planos de discontinuidad está limitada sólo a segmentos menores continuos de testigos. Normalmente, el proceso consiste en identificar el punto más bajo ('marca inferior') en la cara superior de lo que será la próxima ejecución del núcleo. Después se extraer el núcleo se vuelve a montar en la medida de lo posible y la 'marca inferior" utilizado para subtender una línea de orientación a lo largo del núcleo (conocida como la "marca de orientación “). A fin de conseguir que el trabajo de orientación de testigos se realice de la forma más óptima y eficiente posible, a continuación, se detallan algunas pautas generales en los trabajos de perforación/orientación de testigos. 

En beneficio de lograr la mayor cantidad de muestras orientadas, es importante que las carreras de perforación tengan en lo posible una longitud de 1,50 m (usar “lainas” de aproximadamente 1,50 m).



Si por alguna eventualidad, ya sea por la calidad de la roca o por problemas de otra índole, no se obtiene la carrera completa, se deberá completar el metraje con una carrera más, evitando realizar varias carreras cortas.



El bajar el tubo orientador de testigos no presenta mayores problemas. Sin embargo, se debe tener especial cuidado al subirlo, evitando golpearlo para no generar discontinuidades mecánicas.



Para lograr testigos de roca con los menores daños posibles por efecto de la perforación, es necesario tener especial cuidado en no golpear el tubo triple.



El uso de barril o tubo triple muestrero requiere la presión de una bomba de agua para extraer los testigos.



Una vez afuera, la muestra debe ser manipulada por personal entrenado para tales fines, quienes limpiarán y ordenarán los testigos de manera que todos los fragmentos calcen entre sí.



En el caso de que haya fragmentos discontinuos, éstos pueden estar rotados y no se deben incluir en la toma de datos.



Los lápices de marcar, tanto para los testigos como para las cajas, deben ser indelebles para así asegurarse que estas marcas perdurarán en el tiempo.



En el caso de las líneas de referencias en los testigos, debe considerarse marcar sobre la línea, para cada trozo de muestra, una flecha en dirección de la perforación, para así no tener equívocos en las medidas T (“Top”) o B (“Bottom”).



Del mismo modo es conveniente marcar flechas en los bordes de las cajas que señalen la dirección de la perforación.



Los tacos colocados en las cajas deben señalar las profundidades al inicio y final de cada carrera, y en casos de pérdida de muestras, colocar un taco indicando el metraje recuperado y la cantidad de muestra perdida.



Una vez completa la medición de estructuras y marcadas las cajas, se deben colocar las tapas de las cajas y asegurarlas para que los testigos no sufran deterioro en su traslado hacia la muestrera.



Rotulación de las cajas de testigos: Se debe colocar claramente el nombre del pozo, marcarlas con un número correlativo e indicar las profundidades perforadas.

3.2.- EQUIPO ORIENTADOR DE TESTIGO El equipo que se utiliza para realizar el trabajo de orientación de testigos consiste en un tubo orientador de testigo y un protractor lineal o un goniómetro para medir las orientaciones de las estructuras. 3.2.1.- METODO DE LA PLASTILINA PARA ORIENTAR TESTIGOS. Esta herramienta consiste en un tubo el cual está fabricado a partir de un tubo interior de perforación, de unos 0,60 a 1,50 m de longitud, cuya mitad longitudinal se rellena con plomo. La plasticina o arcilla se coloca en una zapata (o porta-resorte adaptado) que permite que sobresalga en 2 a 3 cm del borde. El aparato es arrojado a través de las barras para obtener en la plasticina una impresión de las irregularidades de la roca que se encuentra en el fondo del sondaje. El peso excéntrico de esta herramienta la obliga a bajar por el interior del pozo siempre en la misma posición, con el lado pesado hacia abajo. Una incisión en el tubo indica su cúspide o sector más alto cuando está en la posición de reposo. Esta será la posición del tubo orientador en el fondo del pozo. La técnica requiere el uso de un pozo inclinado para permitir que el tubo excéntricamente cargado defina la orientación de la parte superior del testigo.

La arcilla en el aparato orientador produce una impresión que puede ser confiadamente comparada con el testigo extraído. Posteriormente los testigos deben ser acomodados juntos en la bandeja de testigos. orientadas.

Algunas carreras en roca intensamente fracturada no podrán ser

Sin embargo, en muchos pozos un suficiente número de fracturas puede ser

orientado para dar una buena representatividad estadística de la población de fracturas. Las estructuras mayores, así como también la fabrica de la roca, pueden también ser orientadas. Fabricación del Tubo Orientador de Testigos Un aparato orientador puede ser fabricado desde un tubo estándar “wireline” de 5 pies (1,52 m) de longitud. Ambos extremos tienen normalmente hilo (rosca) para acoplar la zapata por un lado y el pescante del sistema “wireline” por el otro. El tubo no necesita ser nuevo, pero no debe estar dañado. Las modificaciones al tubo orientador, El procedimiento es el siguiente: 1) Obtener un tubo de acuerdo al diámetro del pozo que será perforado, por ejemplo: un tubo NQ para perforación en NQ. Proveer de al menos 3 zapatas adecuadas para el tubo. Todos estos materiales deben estar libres de grasa. 2) Soldar una barra de metal pesado (por ejemplo: plomo) en la mitad inferior del interior del tubo. La barra debe tener un tamaño y peso suficiente de tal modo que el tubo cuando sea bajado por el sondaje inclinado, se mantenga fácilmente derecho, a plomo con el lado pesado hacia abajo. Al soldar se debe tener especial precaución de no torcer el tubo o dañar el hilo o rosca. Luego se deben instalar tornillos de metal por toda la pared del tubo sobre la barra de metal, para posteriormente aplastar las cabezas de éstos nivelando con las paredes del tubo.

Tubo orientador con barra de plomo soldada en su interior.

3) Colocar el tubo sobre una superficie plana y permitir que se equilibre por sí mismo. Marcar una línea guía profunda a lo largo de la parte superior del tubo, detrás del hilo 4) Al menos uno de los extremos del tubo debe ser bloqueado por una placa circular soldada al interior del tubo. Nuevamente se debe tomar precaución de no dañar el hilo del tubo durante esta operación. 5) El tubo orientador de testigos requiere un pescante adjunto así este pueda ser cerrado con una aldaba y removido desde el pozo. Se debe ser cuidadoso para asegurar un apropiado alineamiento.

Tubo orientador con pescante acoplado en su extremo

6) Soldar una placa circular en el medio de cada una de las tres zapatas. Las soldaduras deben ser impermeables al agua. 7) En el interior de las tres zapatas, en el extremo opuesto a las soldaduras, se debe instalar una superficie rugosa que sujete la arcilla o plastilina. El borde rugoso no necesita ser elegante, sólo debe tener la suficiente capacidad de retención del elemento de impresión. 8) Cuando la fabricación esté completa, se coloca una plastilina o arcilla en la zapata, se atornilla al extremo del tubo orientador y se adhiere el pescante al orientador, Finalmente se debe comprobar que la línea guía grabada siempre oriente hacia arriba.

Tornillos en cruz soldados dentro sujeción para la arcilla o plastilina

Zapata con plasticina colocada en el extremo del tubo orientador. El receptáculo (de color amarillo) que sostiene al tubo orientador se denomina “canoa”.

Zapata con molde en plastilina del primer testigo de la carrera perforada

3.2.2.- EQUIPO ELECTRONICO. Para este caso utilizaremos el equipo Réflex ACT II RD; es un equipo electrónico que es el más usado en el ámbito de la minería, por su precisión y eficiencia en orientador de sondajes, este equipo orienta el Core mientras la perforación se ejecuta. Ejecución: A. PREPARAR EL MONTAJE DE LA TUBERÍA Y DEL BARRIL Consiste en acoplar una extensión en el barril, en el escaneador frontal y la copla del adactador escaneador posterior,

Ajustar la extensión de barril ACT II RD, según la práctica de perforación estándar. B. PREPARAR MONTAJE DEL TUBO INTERIOR Insertar la herramienta ACT II RD entre el tubo interior y el montaje posterior del tubo interior Nota: no es necesario retirar la tapa grasera del extremo posterior. Ajustar el tubo interior, el ACT II RD y el extremo posterior según la práctica de perforación estándar utilizando una llave de tubo interior y NO una llave de tubo.

Lugo de insertar la extensión, se realiza la calibra con un controlador para activar y sincronizar el equipo.

Luego de realizar la calibración correspondiente, retire el controlador ajustando el ACT II, continuando con las practicas normales de perforación, un a una vez culmina da la corrida antes de cortar el testigo desde el fondo de la perforación, se DEBE registrar la orientación del fondo de la perforación en el controlador y realizar el registro de corte de testigo con el equipo control desde el exterior. Luego de este paso puede cortar el testigo sin rotación y desmontar el tubo interior, regresando a superficie, se puede recuperar la orientación del fondo de la perforación, una vez en superficie el testigo, Antes de retirar el controlador del ACT II RD se debe transferir al testigo la orientación del fondo de la perforación, para lo cual se puede utilizar el método de marcación INFERIOR o SUPERIOR. Nota: el mejor método a utilizar se determinará por los soportes de los tubos. Si las guías son más cortas que el tubo interior, se puede utilizar el método de marcación INFERIOR. Si las guías son más largas que el tubo interior, quizá sea más práctico utilizar el método de marcación SUPERIOR.

C. MÉTODO DE MARCACIÓN INFERIOR: Asegurarse de que en el controlador del ACT II RD, indique la orientación del fondo de la perforación, usando el nivel, mediante el nivel de burbuja, Si no hay suficiente roca saliente de la porta resorte, entonces se debe utilizar el método de marcado SUPERIOR para marcar la orientación del fondo de la perforación. Una vez identificada la línea de referencia, marcar en toda la corrida, ordenando y calzando el sondaje.

4.- RECOLECCION DE DATOS. 4.1.-EQUIPO A UTILIZAR A continuación, describimos los equipos a usar para la recolección de datos del sondaje orientado:

A.- PROTRACTOR LINEAL El protractor lineal consiste en una reglilla con divisiones cada 10° y cuya longitud se elige de acuerdo a la longitud de la circunferencia de los diferentes tamaños de testigos.

Los diámetros más comunes de perforación en sondajes orientados son HQ y NQ. En la Figuras se muestran protractor lineales con diámetro NQ, HQ, NQ3 y HQ3. Estos moldes, adecuados al tamaño al cual se perforará el testigo orientado, se deben fotocopiar a un plástico claro o algún material transparente, verificando que los 360 grados correspondan a una rotación completa alrededor del testigo. Con estas reglillas se mide la dirección aparente de la inclinación de la estructura orientada. Para la medición de las inclinaciones aparentes de las estructuras se requerirá el uso de un geoflex. Este ángulo se mide con respecto al eje del testigo. B.- GONIÓMETRO Se denomina goniómetro a una caja de material transparente que sirve para orientar las estructuras con respecto al eje del sondaje. Está confeccionado para realizar mediciones de acuerdo a las convenciones que utiliza el método de orientación de testigos propuesto por Richard Call. El goniómetro consta de dos limbos para medir ángulos. El primero, adherido a la cara anterior del goniómetro en torno a una perforación cuyo diámetro corresponde al del testigo, sirve para medir los ángulos circunferenciales (0 a 360°) en dirección contraria a los punteros del reloj. El 0° está situado en el punto diametral inferior. El segundo limbo goniométrico está adosado a la cara lateral de la caja. Mide ángulos rectos y su origen coincide con el eje de un plano abatible que sirve para medir el ángulo de inclinación de los planos de discontinuidad con respecto al eje del sondaje. El 0° está situado sobre la cara inferior de la caja. Del mismo modo que el protractor lineal, el goniómetro a usar se debe elegir de acuerdo al diámetro de perforación.

4.2.- PARAMETROS OBTENIDOS Para cada estructura geológica se registra la siguiente información:

4.2.1.- ANGULO ALFA O DIP (α). Es el ángulo máximo de inclinación, entre la discontinuidad y el eje del testigo. Este ángulo puede ser medido con un geoflex plástico transparente o con el goniómetro. En el goniómetro se lee en el limbo lateral haciendo coincidir el plano abatible con la discontinuidad. El ángulo 0° corresponde a discontinuidades paralelas al eje del sondaje y el ángulo de 90° corresponde a superficies perpendiculares al eje del sondaje.

B.- ANGULO BETA O DIP DIRECTION (β). Corresponde al ángulo entre la línea de referencia ubicada en la parte superior del testigo (“top of core”) y el punto más bajo de la elipse de la discontinuidad, medido con un protractor lineal, en el sentido de los punteros del reloj y mirando en dirección de avance de la perforación. Se aconseja siempre medir el “bottom” de la elipse que forma la fractura (vector máximo), marcándose una letra “B” en la columna Top/Bottom.

C.- PROFUNDIDAD DE LOCALIZACIÓN. Corresponde a la distancia desde el collar del pozo al punto donde la línea de referencia intercepta a la estructura geológica. D.- TIPO DE ESTRUCTURA.

Corresponde a una descripción abreviada del tipo de estructura, tal como J para diaclasas o FOL para foliación. E.- RELLENO. Se utiliza una abreviación para describir el tipo de relleno en la estructura. F.- ESPESOR. El espesor del relleno en la discontinuidad, o el ancho de la fractura.

G.- PLANARIDAD. Se utiliza una abreviación para describir el grado de planaridad de la superficie de la discontinuidad H.- RUGOSIDAD. Análogamente se utiliza una abreviación para describir el grado de rugosidad de la superficie de la discontinuidad. I.-TIPO DE ROCA / COMENTARIOS. 4.3 FORMATO DE REGISTRO Existe diferentes formas de registro de acuerdo a la necesidad de cada empresa, o consultoría. Lo que debe ir en el registro son los parámetros básicos requeridos para un registro geotécnico de testigos como son: Profundidad (m): Es la distancia desde el inicio del tramo hasta el punto donde la estructura a orientar es cortada por la línea de referencia. Estos valores deben aumentar progresivamente a medida que se miden las estructuras hasta el final del tramo. La exactitud en estas distancias ayudará al posterior trabajo del geólogo para ubicar las estructuras medidas. En el caso que se indique un tramo en el que se repite alguna estructura, se indicará la cantidad de estructuras que están contenidas en dicho tramo Tipo de Estructura:

Para describir los diferentes tipos de estructuras se emplean códigos

alfabéticos que están señalados en la parte inferior de la hoja de datos. Esta información normalmente es asignada por el geólogo. Relleno: Se utilizan abreviaciones para indicar el tipo de relleno presente en las estructuras.

Su simbología se señala en la parte inferior de la hoja de registro. Espesor (mm): Se indica el espesor del relleno que se aprecia en las estructuras. Litologia: Tipo de litología del sondaje. Condición de discontinuidad. Comentarios.

5.- TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN 5.1

Datos Generales

La información necesaria en los procesos de orientación involucra a tres elementos: las estructuras geológicas, el sondaje y el testigo. Los antecedentes referentes al sondaje son el azimut y la inclinación del pozo. La probable desviación del pozo se determina midiéndose el azimut y la inclinación cada 50 metros de perforación. Los datos necesarios para la orientación del testigo son la profundidad del tramo perforado y su ángulo de referencia. Para orientar los planos de discontinuidad se requiere conocer el tipo de medición (“TOP” o “BOTTOM”), el ángulo de referencia y el ángulo del plano con respecto al eje del sondaje.

5.2 DETERMINACIÓN DE LA VERDADERA ORIENTACIÓN El software denominado DIPS idealmente es utilizado para la reducción y análisis de los datos de los testigos orientados. Los valores de α y β son trasladados a un formato Excel para luego ser convertidos en un archivo del tipo PRN y posteriormente en archivo de entrada con extensión DIP. Las estructuras son rotadas a sus verdaderas orientaciones en el espacio usando el software DIPS. Los polos de las estructuras pueden ser ploteados como “scatter plots”, símbolos (los cuales identifican diferentes tipos de estructuras) y ploteos de contorno de densidades. Las funciones de histogramas se pueden también aprovechar para el análisis estadístico.

CONCLUSIONES: Los resultados obtenidos ayudan en el mapeo de testigos y permiten la producción de Proyecciones estereográficas de las orientaciones de las estructuras geológicas, las cuales pueden ser eventualmente utilizadas para generar un modelo geológico‐estructural para el área que está siendo explorada. Se obtienen su verdadera dimensión de las discontinuidades en el espacio. RECOMENDACIÓN: Supervisar la perforation y manejo de instrumentos oriendarores. Antes de marcar la línea d referencia se tiene que armar y emparejar las piezas. Se debe prever grabar con una línea suficiente mente grande para evitar problemas de desviación.

REFERENCIAS: 



Golder associates perú. Knight piesold consultores peru.



Holcome coughin y associates.