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Ver el documento (formato PDF)   Likerman, Jeremías.  "Predicción del fracturamiento utilizando métodos estáticos sobre superficies geológicas irregulares"  (2015-03-27)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
Entender los mecanismos que están involucrados durante la deformación de las unidades geológicas frágiles resulta indispensable para numerosas actividades, tanto industriales como científicas. Se han dedicado considerables esfuerzos a estudiar y analizar los procesos físicos que modelan la corteza superior. Como consecuencia se sabe que el fracturamiento es uno de los mecanismos más importantes involucrados en la distribución de la deformación sobre capas frágiles. Las fracturas son un elemento crucial en los reservorios de petróleo y gas con baja porosidad primaria y permeabilidad {incluyendo a los reservorios de shale oil, shale-gas y tight sand{ y su distribución, orientación e interconectividad son esenciales en la efectividad de la porosidad y permeabilidad secundaria. Los patrones de fracturas y sus características no pueden ser medidas de manera directa en todo un reservorio, por lo que es necesario adquirir estos parámetros basándose en evidencias indirectas. El análisis de curvatura es una de las metodologías más comunes y efectivas usadas con este propósito y ha sido empleada por geólogos estructuralistas para describir la geometría de superficies plegadas, para cuantficar el grado de deformación de los estratos y para estimar y predecir las fracturas relacionadas al plegamiento en reservorios. El objetivo de esta tesis es incorporar un nuevo método de cálculo de curvatura. Dicho método fue pensado desde una perspectiva distinta a la puramente matemática y geométrica ya conocidas. El enfoque propuesto para este nuevo método de cálculo de curvatura, radica en la diferenciación y comparación de la superficie deformada con una "original" no deformada. Lo que se compara es cuánto se diferencia la superficie deformada de un plano, además de determinar cuáles son las direcciones de mayor curvatura en cada punto de la superficie, para luego poder estimar áreas con mayor o menor probabilidad de fracturamiento y cuáles podrían ser la direcciones de las fracturas. En este trabajo, además se llevaron a cabo una serie de modelos analógicos con el fin de generar un sistema de fracturas que esté directamente relacionado a la geometría. Estos modelos representan la evolución de un pliegue sobre capas de yeso y arcilla. Las diferentes etapas fueron digitalizadas mediante un escáner 3D y se calcularon las curvaturas. Como resultado, se determinaron las áreas de mayor curvatura y orientaciones de fractura. Los resultados son muy prometedores y presentan una buena correlación entre las fracturas de los modelos analógicos y los numéricos. También se investigó la relación entre la curvatura y el fracturamiento en un prototipo natural. Se recogieron datos espaciales de alta precisión utilizando un GPS diferencial de los afloramientos y se midieron los juegos de fracturas. La comparación entre la curvatura calculada y las fracturas numéricas indican que en todas las superficies registradas al menos un juego de fracturas coincide con el intervalo de mayor frecuencia para las trazas simuladas numéricamente. Los resultados muestran que la herramienta desarrollada es útil para determinar áreas con mayor probabilidad de fracturarse y la predicción de las direcciones principales de las fracturas. Este método puede servir para localizar zonas de mayor porosidad y permeabilidad, indicando zonas con mayor probabilidad de alojar hidrocarburos.

Abstract:
Understanding the mechanisms by which geological strata are deformed during folding have important consequences for a number of scientific and industrial activities. Over the last several years considerable efforts have been devoted to study and analyze the nature of the physical processes that shape Earth's brittle crust. Due to these efforts we know that one of the most important strain-accommodating mechanisms in brittle layers during fold development is fracturing. Fractures are a crucial element in oil and gas reservoirs with low primary porosity, including tight sand or shale reservoirs, as their distribution, orientation and interconnectivity are essential in the development of secondary porosity and permeability. Fracture patterns and their characteristics cannot be directly recorded in the whole reservoir's volume, so it becomes necessary to acquire these parameters based on indirect evidence. Curvature analysis is one of the most common and effective methodologies used for this purpose and it has been employed by structural geologist to describe the geometry of folded surfaces, to quantify the degree of deformation in folded strata and to estimate and predict fold-related open fractures in the reservoir. The main objective of this PhD thesis is to study the relationship of surface geometry and fracture occurrence by means of numerical modeling. A new conceptually simple technique for curvature analysis and fracture density prediction is design and evaluate. This method assumes that a plane is the initial geometry from where the analyzed surface starts and then folded. At each node of the grid, the difference in volume of the surface with those of a plane is computed. The values of differential volume found, are arranged on a grid and can then be contoured over the surface, representing the intensity of curvature across the structures. Moreover, positive and negative curvature is distinguish and, under the hypothesis that joints form perpendicular to the maximum instantaneous stretch of a layer, the traces of joints throughout the layer surface can be mapped. A series of analogue models were carried out, in order to test the results produced by the developed algorithm. These models represent the evolution of a fold over a gypsum and clay layers. The different stages were digitized by a 3D scanner and the curvatures were computed. As a result, areas of greatest curvature and fracture orientations were determined. The results are very promising and give a good correlations between the analog models's fractures and the numerical ones. Also an investigation of the curvature-fracture relationship on outcrop example was carried out. Spatial data using high-precision global positioning system data was collected across patches of bedding surfaces, as well as fracture measurements and different sets determination. The comparison between the calculated curvature and numerical fractures indicate that in all recorded surfaces at least one set of fractures coincide with the more frequent interval for traces simulated numerically. The results show that the developed tool is useful for predicting areas most likely to fracture and the main directions of the fractures. This method can be used to locate areas of higher porosity and permeability, indicating areas most likely to accommodate hydrocarbons. Moreover, it is considered that the modeling platform can be the starting point for new research.

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Registro:
Título : Predicción del fracturamiento utilizando métodos estáticos sobre superficies geológicas irregulares     =    Fracture prediction using static methods on irregular geological surfaces
Autor : Likerman, Jeremías
Director : Cristallini, Ernesto O.
Consejero : Cristallini, Ernesto O.
Jurados : Dimieri, Luis  ; Franzese, Juan R.  ; Mosquera, Alfonso
Año : 2015-03-27
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Ciencias Geológicas
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Geológicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_5753_Likerman
Idioma : Español
Area Temática : Geología / Geomorfología
Geología / Geología Estructural
Palabras claves : CURVATURA; MODELADO NUMERICO; MODELADO ANALOGO; FRACTURAS; ANTICLINAL DE TRES CRUCES (PROVINCIA DE JUJUY); CURVATURE; NUMERICAL MODELING; ANALOG MODELING; FRACTURES; TRES CRUCES ANTICLINE (JUJUY PROVINCE)
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