Fracturamiento hidráulico

• Alumno: Cristóbal Valderrama
• Profesores: Esteban Sáez & Michel Van Sint Jan
• Financiamiento: Beca ARCADIS 2008, Beca MECESUP 20710

En este trabajo, se ha generado un código MATLAB capaz de simular numéricamente la propagación de una fractura inducida hidráulicamente en un medio elástico 2D, sujeto a un campo biaxial y bajo condiciones de deformaciones planas (modelo KGD).

Figura 1. Modelo de fractura hidráulica.

Este tema tiene aplicaciones en geología, e.g. diques de decenas de kilómetros formados por magma, y en ingeniería, donde el fracturamiento hidráulico es una aplicación con diversos usos industriales en minería y energía, entre ellos el pre-acondicionamiento de macizos rocosos explotados por técnicas de caving, la producción de energía geotérmica, la estimulación de reservas petroleras y la remediación de suelos contaminados.

El problema involucra la modelación acoplada de 3 fenómenos: El flujo del fluido a través de la fractura, la solución de la ecuación de elasticidad y la propagación de la fractura.

Las ecuaciones de flujo se resuelven a través de un método de multiple shooting implementado en MATLAB (bvp4c), las de elasticidad se resuelven con elementos de contorno (DDM), y un criterio energético es aplicado para determinar si se propaga la fractura y en que dirección lo hace (criterio F). El acoplamiento de las ecuaciones se lleva a cabo a través de un algoritmo de iterativo.

A través del código se ha logrado establecer que en régimen de rigidez las propiedades con mayor influencia en la velocidad de propagación son el caudal de inyección y el módulo de elasticidad de la roca, mientras el efecto de la viscosidad del fluido es despreciable, estos resultados están de acuerdo con las soluciones semi-analíticas existentes. Por otro lado se determinó que la trayectoria de la fractura está determinada principalmente por las tensiones in-situ (razón de tensiones y desviador) y de forma secundaria por la resistencia al fracturamiento mientras las otras propiedades tienen una influencia despreciable.

Figura 2. Influencia de los parámetros del fracturamiento en la trayecoria de la fractura. (a) Definición de la distancia de realineamiento, (b) Influencia de las tensiones in-situ en la trayectoria y (c) Influencia de los demás parámetros en la trayectoria.

El objetivo final de esta investigación es cuantificar la influencia del uso de pre-acondicionamiento con fracturamiento hidráulico en minas subterráneas explotadas por técnicas de caving, especialmente en los cambios observados en la sismicidad inducida.