Adquisicin e Interpretacin de UCS y Datos de Fracturas Utilizando

Registros Geofsicos de Pozo

Juan Tito Mendoza Aranda, Weatherford del Per, Av. Canaval y Moreyra 380, Piso 20 San Isidro, Lima 27 - Per

RESUMEN: Los registros geofsicos de pozo se usan para medir indirectamente la resistencia de las rocas

utilizando el registro Snico y orientar las estructuras geolgicas con los registros de imgenes Acoustic

Televiewer (ATV) y Optical Televiewer (OTV) en los pozos de perforacin diamantina. La correlacin

emprica entre el registro Snico y los datos de carga puntual UCS (Uniaxial Compressive Strength) da

como resultado una curva UCS continua y vlida. Los registros ATV y OTV identifican las fracturas y

fallas y con el Dipmeter derivado de ellos se posiciona la orientacin de las capas, fracturas y fallas para un

ptimo diseo y modelamiento del tajo abierto y la mina subterrnea.

1 INTRODUCCIN

La tecnologa de adquisicin de registros

geofsicos de pozo por medio de herramientas

electrnicas no es un fenmeno nuevo. Lo que s

ha evolucionado y lo hace verstil es la

construccin de herramientas cada vez ms

delgadas, 6.5 cm (2.55) para acceder a aperturas angostas como son las perforaciones diamantinas,

la calidad de los datos y la eficiencia con que stos

se obtienen.

La explotacin minera se ejecuta por dos mtodos:

tajo abierto y minera subterrnea teniendo ambos

sus riesgos y potencial peligrosidad. La

construccin del tajo abierto utiliza explosivos para

la formacin de tajos o bancos de ms de tres

metros de altura, lo crucial aqu es la obtencin del

ngulo ptimo del tajo. En la minera subterrnea

se requiere de la construccin de tneles de acceso

a las labores subterrneas, y la construccin de

pozos y rampas para el transporte de personal y de

mineral. Por lo tanto la explotacin del yacimiento

mineral requiere de la planificacin, y para ello es

necesario el conocimiento con suficiente detalle de

las rocas que circundan el yacimiento.

Tradicionalmente, los parmetros geotcnicos

como la dureza de la roca, la densidad de fracturas,

el RQD (rock quality descriptor), etc, se describe

en formatos estndar para ser utilizados en la

evaluacin de la consistencia de roca. Sin

embargo, esta prctica lleva consigo potenciales

fuentes de error debido a la subjetividad inherente

en la recoleccin de la informacin. Seguidamente,

las mediciones de carga puntual hechas en

laboratorio aunque precisas, son escasas y

discontinuas porque requieren de testigos intactos

para determinar el valor del esfuerzo necesario

para romper la roca. Adems, dichas mediciones

son destructivas porque se puede ejecutar solo una

vez. Esta situacin pone a prueba la eficiencia de

los mtodos directos ensayados en laboratorio

contra la forma indirecta por medio de los

registros geofsicos de pozo: Snico y los

Televiewer Acstico y ptico.

2 LA ONDA ACSTICA Y LA HERRAMIENTA SNICO

Cuando la onda sonora viaja entre dos medios,

varios tipos de ondas son producidas: la onda

compresional, la onda de corte, la onda Stoneley,

la onda Rayleigh, etc; de ellas, la onda

compresional y la onda de corte son de particular

importancia por la relacin que existe entre el

tiempo de trnsito de las ondas y el grado de

consistencia de las rocas. La herramienta Snico

mide el tiempo de viaje de la onda compresional

por medio de un transductor transmisor (T1) que

emite ondas acsticas que penetran en la pared del

pozo y son reflejadas, hasta ser recibidas por varios

transductores receptores (R1-R4) (Figura 1). Se

mide el tiempo de trnsito en microsegundos por

metro que tard la onda en viajar. Este viaje est

en funcin de la litologa, la porosidad y el grado

de fracturamiento de la roca. En litologas menos

compactas, porosas y fracturadas la onda tarda ms

tiempo en retornar y esto se ver reflejado en el

Figura 1. La Herramienta

Snico

Figura 2. Comparacin de datos geotcnicos derivados de

mediciones de laboratorio y de registro Snico de un pozo

del depsito Century (Australia)

registro Snico por un aumento en el tiempo de

trnsito.

3 CORRELACIN EMPRICA ESTABLECIDA ENTRE EL

REGISTRO SNICO Y LOS DATOS

DE CARGA PUNTUAL

La correlacin de los datos de carga

puntual UCS y el Tiempo de trnsito (t)

es simple desde el clsico trabajo

original de Mc Nally (1987) en

Australia en la que se obtuvo la

ecuacin por regresin de mnimos

cuadrados (simulacin Monte Carlo):

UCS = A e-kt

Donde los valores de A y k quedan

establecidos por regresin exponencial

de los datos del registro Snico.

Una comparacin de las mediciones

UCS derivados de laboratorio y los

datos del registro Snico de un pozo

del yacimiento estrato-ligado de rocas

sedimentarias Century ubicado en el

NE de Australia mostr una pobre

correlacin del Snico con datos de

carga puntual (Figura

2) (Mutton, 1997).

Esto debido a que la

relacin entre litologa

y porosidad (Figura 3)

.

Figura 3. Snico y el UCS vara simultneamente con la

litologa y la porosidad (De Duplancic (1995))

Para probar la tcnica manteniendo la litologa y la

porosidad homognea se ha registrado con el

Snico en 14 pozos de un yacimiento prfido de

oro en roca diorita compacta en una mina en

operacin en Cajamarca, Per. Se hizo

experimentos de compresin uniaxial en muestras

de core diamantina de los pozos. Estos resultados

de Carga puntual se han graficado contra el Tiempo de trnsito de un pozo a la profundidad correspondiente, obteniendo un solo grfico

representativo para el yacimiento y por regresin

lnea (Figura 4), se ha logrado la ecuacin de Mc

Nally para el yacimiento que permite obtener la

curva UCS continua para cada pozo (Figura 5).

UCS = 104.24 e-0.002t

t: tiempo de trnsito

Figura 4. Tiempo de transito vs UCS

Figura 6. El ATV (izquierda) con la

campana de sonido y el OTV

(derecha) con el espejo cnico en

sus partes inferiores.

4 LAS HERRAMIENTAS TELEVIEWER

Actualmente la formacin es muestreada con

herramientas de ultrasonido y con cmara de

televisin que escanea muchas veces

horizontalmente y a alta frecuencia verticalmente

para formar una matriz densa de mediciones de la

que se crea una imagen. Este es el principio fsico

de 2 tipos de herramientas, el Acoustic Televiewer

ATV y el Optical Televiewer OTV (Figura 6). El

ATV consiste de un transductor piezoelctrico que

transmite y recibe pulsos de ultra-sonido,

adquiriendo en cada pulso una medida del tiempo

de trnsito y de la amplitud de la onda reflectada

(Figura 7) Una superficie oblicua al rayo acstico

refleja solo parte de la energa como una superficie

sinusoidal oscura.

El tiempo de trnsito es el tiempo

entre la emisin, la reflexin de la

pared del pozo y la deteccin de

retorno. La amplitud es la fuerza de

la seal elctrica convertida por el

transducer, y vara segn la

litologa y las fracturas de la roca.

El OTV registra la imagen ptica de la pared del

pozo por medio de una sonda consistente de una

cmara de video situada en su extremo inferior y la

Figura 5. Las curvas Snico (azul) y UCS (rojo) en

escala invertida muestran la misma tendencia hacia

abajo.

Figura 7. Televiewer Waveform pulse.

S: Pulso sincronizado, T: pulso

transmitido, R: pulso reflectado. La

amplitud del pulso de retorno y el

tiempo de trnsito son medidos,

(Pasternack and Goodwill, 1983).

ATV registrado por Weatherford

Arrastre en ambos bloques

3D

0 Imagen 0

Dipmete

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lente de la cmara dispuesta en forma axial. La

imagen destaca los rasgos litolgicos como color,

textura, tamao de grano, laminaciones,

estratificacin, etc.

El ATV y el OTV llevan incorporados un

magnetmetro y un inclinmetro que dan

informacin de la magnitud de la inclinacin y del

buzamiento de las estructuras geolgicas (capa,

fractura, falla). Operacionalmente, se requiere de

un medio por el cual viaja la onda acstica, por

ello cuando se registra hacia arriba y se llega al

nivel de la napa fretica, ya no hay el medio,

entonces se cambia de herramienta por el OTV y

se sigue registrando. Interpretando la imagen se

identifican las fracturas generando un Dipmeter,

cuyo tadpole va a indicar la magnitud y la

direccin de buzamiento de dicha fractura.

Estas tcnicas hacen ms eficiente y econmica el

diseo de la construccin de un Proyecto de Tajo

Abierto en Cuzco, Per.

Figura 8. El Dipmeter detecta la falla a 123.5 y la fractura

mayor a 122 en los cambios de tendencia de la magnitud de

buzamiento de las fracturas menores.

En la Tabla I se detalla cada zona analizada con las

imgenes ATV y el Dipmeter. La Zona 5 que

corresponde a la Figura muestra cmo es la

expresin visual de una Densidad de fracturas de

2 Fr/m algo riesgoso. El talud debe ser cortado en

direccin E para evitar posibles derrumbes. Abajo,

la Zona 6 es resaltada porque posee la mayor

Densidad de fracturas 3.18 Fr/m y por lo tanto es la

que de mayor riesgo en la construccin del tajo.

Aqu se tiene que tener mucho cuidado y el tajo

debe ser cortado solo en direccin SW para evitar

derrumbes inminentes.

5 VENTAJAS DE LOS REGISTROS GEOFSICOS DE POZO

Del registro Snico se obtiene una curva UCS

(Uniaxial Compressive Strength) continua. A

diferencia de los valores de carga puntual que se

obtiene de laboratorio que son pocos y discretos, la

curva UCS es continua a lo largo del pozo y muy

importante en el diseo del talud ptimo del tajo

abierto y en el sostenimiento de minas

subterrneas.

Los ncleos (testigos de roca) cortados en los

pozos no son orientados, en cambio las Imgenes

de los Televiewer orientan las fracturas, fallas,

capas y venas mineralizadas respecto al Norte

magntico. Estos datos son esenciales en el diseo

del tajo abierto para que el talud ptimo este en

conformidad con el macizo rocoso y contrarias a la

orientacin de las fracturas y capas para evitar el

derrumbes durante el minado.

La minera presente y futura se beneficia de esta

tecnologa para la obtencin de mediciones de

parmetros y estructuras que sean continuas,

objetivas, precisas, in-situ y a menor tiempo y

costo que los mtodos tradicionales.

6 CONCLUSIONES

Cuanto ms homognea la roca mayor la relacin

del registro Snico y el valor de carga puntual

UCS. La curva UCS derivada es continua, y vlida

porque sigue la correlacin emprica de mnimos

cuadrados.

Los ncleos no son orientados, en cambio las

Imgenes y el Dipmeter interpretado de las

imgenes Televiewer orientan las capas, zonas

dbiles del macizo rocoso, las fallas y las fracturas

respecto al Norte magntico dando datos espaciales

cruciales en el diseo y modelamiento del Tajo

Abierto.

7 REFERENCIAS

Duplancic, P. (1995), A comparison of mechanical

properties of rock with in-situ velocity

measurements at the Century deposit: B.E. (Hons)

Thesis Dept. of Min. and Metall. Eng., Univ. of

Queensland

McNally, G.H., (1987), Geotechnical Applications

and Interpretation of Downhole Geophysical Logs.

ACIRL Coal Research Report 87-7, November,

p.62. ISBN 0 86772 329 7.

Mutton, A.J., (1997), The Application of

Geophysics During Evaluation of the Century Zinc

Deposit, In Proceedings of Exploration 97: Fourth Decennial International Conference on Mineral

Exploration edited by A.G. Gubins, 1997, p. 599614

Pasternack, E.S. and Goodwill, W.P. (1983),

Applications of digital borehole televiewer

logging. SPWLA 24th

Ann Symp Trans., Paper X,

1-12.