T5. ELASTICIDAD Preguntas

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
SEDE MORONA SANTIAGO
Nombre: Elian Mora
Carrera: 6° minas
Cátedra: Perforación y Voladura
Fecha: 08/ 07/ 2020
1.- Explicar en máximo 2 carillas, como influye o afecta las elasticidad de las rocas en la
perforación de un pozo.
En perforación, evaluar las características de un terreno es de vital importancia para los

procesos que se efuctuarán a partir de ella, presentan distintas problemáticas ya que la elasticidad
es una propiedad que la vinculamos a todos los materiales que se utilizan en ingeniería, incluyendo
a las rocas en mayor o menor grado y en función de cuanto estos materiales se acercan al material
ideal.
Evaluar o determinar la elasticidad de una roca, Prácticamente depende de tres factores

principales: homogeneidad, isotropía y continuidad, cada uno de los cuales pueden ser definidos
dentro de ciertos límites, teniendo así como homogeneidad a la medida de la continuidad física de
un cuerpo, de manera que un pequeño fragmento separado de cualquier parte del cuerpo deberá
tener constituyentes y propiedades representativas del todo, asi mismo la isotropía que es una
medida de las propiedades direccionales de un material. Por ejemplo, con un criterio estadístico,
un cuerpo granular será isótropo si todos sus granos tienen una orientación al azar, pero dado que
muchas rocas tienen una orientación determinada en sus clastos o cristales, estas son
estrictamente hablando anisótropas, y el ultimo factor denominado continuidad puede ser
considerada como una referencia a la porosidad y/o a la cantidad de diaclasas y fallas en un cuerpo
rocoso particular. El grado de continuidad afectará su cohesión y por lo tanto la diferente
distribución de tensiones a través de todo el cuerpo.
Al considerar la propiedades de elasticidad previamente mencionadas, definimos a una

roca o suelo según su capacidad de deformarse además de ser cohesivas o no cohesivas como
cuasi-elástico semi-elástico y no elástico, las cuales nos ayudan a determinar la fuerza necesaria
que se debe aplicar según el tipo de suelo para llegar al límite de ruptura y no tener problemas con
la perforación.
Evaluar estos factores nos dan razones muy importantes para tener en cuenta, donde el
principal problema es el diseño de proceso de perforación, ya que un correcto diseño nos ayudará
a evitar inconvenientes no deseados con componentes de la sarta, en este caso la función de las
brocas, en su interacción con las formaciones.
Debido a la problemática que se genera por los distintos tipos de brocas para perforación,
además de la variedad de medidas, formas y principalmente los materiales que estas poseen, la
Asociación Nacional de Contratistas de Perforación (IADC) ha desarrollado un sistema
estandarizado para clasificar las brocas de perforación donde se incluye el tipo de formación
óptima para perforar según el tipo de material que constituya a la broca. Además, este sistema se
creó también para unificar la nomenclatura de todos los fabricantes y de esta manera evitar la
confusión entre los tipos de barrenas equivalentes en relación con sus distintos fabricantes.
SISTEMA DE CÓDIGO IADC PARA BROCAS DE CORTADORES FIJOS
La IADC desarrolló un sistema de codificación para la identificación de barrenas de

cortadores fijos que incluye a todos los tipos de brocas de cortadores fijos. Este código consiste de
cuatro caracteres, una letra y tres números.
Las equivalencias para el segundo (tipo de formación para la cual la broca es más apta) y
tercer carácter (estructura de la broca), además de especificar el diámetro de perforación de la
broca, son factores pertinentes al tema de perforación y se muestran en la siguiente tabla.
TABLA 1. Código IADC para el tipo de formación y la estructura de corte en una broca PDC.
Donde el carácter en la estructura de corte presentado previamente, es el cuarto carácter
del código IADC, que identifica el perfil de la broca y se lo representa en la siguiente tabla.
TABLA 2. Código IADC para el perfil de una broca PDC.
SISTEMA DE CÓDIGO IADC PARA BROCAS DE CONOS MÓVILES
En el código estándar IADC, para las brocas de conos móviles, los primeros tres caracteres
en el cuadro de clasificación son numéricos y se usan para designar o identificar el tipo de broca
por fabricante. Estos tres primeros caracteres representan la serie de la broca, tipo y diseño de los
rodamientos/calibre.
Para el primer carácter de las series 1-3 las brocas son de dientes de acero, mientras que
para las series 4-8 son de insertos. El segundo carácter del código es el tipo y va del 1-4, indicando
aumento de la dureza dentro de la serie.
Las equivalencias para el primero y segundo carácter que van acorde al tema de elasticidad
en perforación se muestran en la tabla.
TABLA 3. Código IADC para indicar el diseño del rodamiento/calibre en una broca tricónica.
2.- Explicar como influye los tipos de rocas (Sedimentarias, etc.) en la

perforación.
A partir de estas definiciones mencionadas en la pregunta previa, según sus características

es posible realizar una estimación de la probable elasticidad de una roca.
Es importante resaltar que, con la posible excepción de la obsidiana o de un metal nativo,

todas las rocas son en alguna medida anisótropas, no homogéneas y discontinuas y por lo tanto no
son perfectamente elásticas. De todas maneras, algunas rocas se pueden aproximar en grado
variable a algunas propiedades elásticas, particularmente cuando están sometidas a bajas cargas
de deformación.
Es por eso que, las rocas para ser elásticas deben ser de grano fino, masivas y compactas,
una propiedad de las rocas extrusivas (excepto cuando tienen vesículas, que son espacios vacíos
visibles) y las rocas filoneanas y algunas rocas metamórficas finamente granudas. Estas rocas se
aproximan de muchas formas a las propiedades de un material elástico, frágil, que tiene una
relación cuasi - lineal entre tensión / deformación hacia el punto de ruptura, por lo cual se las
puede denominar rocas cuasi - elástica.
Rocas de menor elasticidad, son las rocas ígneas de grano grueso y sedimentos
compactados de grano fino, con baja porosidad y una razonable cohesión, por lo que se las
denomina rocas semi-elásticas.
Para definir cualquier material elásticamente se requieren dos de las cinco constantes
elásticas disponibles: E (módulo de elasticidad) y ν (coeficiente de Poisson)
En los problemas de ingeniería donde la medida de la relación directa de una roca a una
fuerza, se requiere una medida directa, E y ν son las comúnmente más citadas. A pesar de ello en
la mayoría de las rocas cuasi y semi-elásticas, todas las constantes elásticas pueden ser
relacionadas con buen grado de precisión.
Una lista de los valores de E y ν se pueden observar en la Tabla 4.

TABLA 4. Constantes elásticas de las rocas con carga cero.
Cuanto mas alto sea su módulo de elasticidad, necesitaremos más fuerza para realizar nuestra
perforación, además podemos tener en cuenta el peso aplicado sobre la broca y la velocidad de
rotación, que dependerá del material que tengamos para regular el desgaste de nuestra broca.
• ¿COMO INFLUYEN EN LA PERFORACION?
Un requisito previo a cualquier diseño de perforación es la suposición de que cierta

simplificación en las propiedades de los materiales es necesaria para ayudar al análisis matemático.
En los problemas que involucran estos diseños, tradicionalmente significa suponer la presencia de
propiedades elásticas para una roca, permitiendo que los cálculos se apoyen en la teoría de la
elasticidad. Estos cálculos para el diseño algunas veces han sido exitosos, pero eso ha producido
considerables grados de error, por lo tanto, es esencial que los límites de aplicación de la teoría
elástica para perforar correctamente sean claramente definidos.
Se ha demostrado que por la definición del concepto de elasticidad no hay rocas que sean
verdaderamente elásticas, pero que algunas tienen propiedades en su deformación que se
aproximan a la forma cuasi-elástica, particularmente algunas rocas cohesivas de grano fino y rocas
masivas a bajos niveles de tensión.
Contra esto se debe dejar sentado el conocimiento de que las rocas en la naturaleza son
normalmente discontinuas conteniendo varias superficies de esquistosidad, estratificación,
diaclasamiento y grietas asociadas, posiblemente fallas y otras estructuras fracturadas, todas las
cuales pueden contener y permitir la circulación del agua en distintas cantidades.
Este aspecto debe ser enfatizado en las perforaciones cercanas a la superficie a menudo
consideradas como las condiciones óptimas para el análisis elástico donde las diaclasas abiertas y
máximos en la presencia de agua, puede llevar a errores considerables. Por otro lado, a
profundidades donde hay una tendencia para que las diaclasas se cierren debido a la presión y
donde hay ausencia de agua, ello limitará la diferencia entre muestras y propiedades del macizo
rocoso, aunque los procesos de fluencia dependientes del tiempo mostraran una tendencia a
incrementarse con el aumento de la carga y de la temperatura.
Tomar una real decisión sobre los límites de elasticidad es extremadamente dificultoso y
debe hacerse siempre con precaución, teniendo en mente factores que van más allá de la
estructura interna de la roca.
Es por eso que, en perforación, es muy importante la capacidad de un material para

experimentar esfuerzos, deformarse y luego recuperar su forma original después de cesar el
esfuerzo, ya que en una formación con arcillas expansivas las paredes del pozo pueden sufrir daños
y por ende la sarta de perforación puede pasar por problemas graves.
En algunos materiales, incluidas las rocas, el comportamiento elástico depende de la

temperatura y la duración del esfuerzo además de su intensidad.
Por eso es importante recalcar que, una vez que el esfuerzo que la broca aplica a la
formación excede el umbral de plasticidad o límite elástico produciendo su deformación
permanente, podemos perforar con seguridad ya que el material no recuperará su forma original
luego de terminada la perforación, pero a su vez es oportuno señalar que se deben reforzar las
paredes del pozo (revestimientos), ya que si no lo hacemos podemos tener inconsistencias en el
mismo, bajo la influencia de las propiedades de cada roca o de agentes presentes en perforaciones
profundas como la presión interna de la tierra.

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La IADC desarrolló un sistema de codificación para la identificación de barrenas de

TABLA 2. Código IADC para el perfil de una broca PDC.

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A partir de estas definiciones mencionadas en la pregunta previa, según sus características

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Una lista de los valores de E y ν se pueden observar en la Tabla 4.

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