martes, 4 de noviembre de 2014

Tesis de Fin de Máster del Máster Universitario en Ingeniería de las Estructuras, Cimentaciones y Materiales (I)


Presentamos dos Tesis de Fin de Máster del Máster Universitario en Ingeniería de las Estructuras, Cimentaciones y Materiales / Master in Engineering of Structures, Foundations and Materials (I). Noviembre 2014 no publicadas en el Archivo Digital de la UPM que solo se pueden consultar en CD en la Biblioteca. Para ello se debe contactar con la Dirección de la Biblioteca a través de la siguiente dirección: biblioteca.caminos@upm.es

 


Resumen:

La fracturación hidráulica para la obtención del gas pizarra es un tema de actualidad. Prácticamente cada día aparece una noticia nueva en la televisión, en la prensa escrita o en internet. El gran desarrollo de la técnica apenas tiene 20 años; por esta razón, en la actualidad existen un gran número de líneas de investigación tanto en universidades (ej. Escuela de Minas de la UPM) como en empresas petrolíferas (ej. Repsol). En general, las investigaciones realizadas por las universidades son fácilmente localizables en revistas científicas o en internet; en especial, los trabajos de las universidades de EE.UU. En cambio, las empresas son más reacias a transmitir sus descubrimientos, ya que, muchos de ellos mejoran la productividad de los pozos y no desean que la competencia conozca sus hallazgos.


Los estudios realizados pueden versar de temas muy diversos, por ejemplo el análisis de los riesgos medioambientales que conlleva esta técnica o plantear mejoras en la eficiencia de los equipos de perforación.

De todas las áreas de investigación que engloban la fracturación hidráulica para la obtención del gas pizarra, este trabajo fin de máster se centra en los aspectos vinculados con la mecánica de rocas. Como se verá en los siguientes apartados, todavía existen muchas incertidumbres sobre las formaciones rocosas que contienen el gas, ya que estas se encuentran a casi 3000m de profundidad. Por ejemplo, se puede uno preguntar cómo se encuentran las fracturas naturales, si abiertas o cerradas; o cuáles son las direcciones de las tensiones principales. Estas características de las rocas son muy importantes para conseguir una alta productividad del pozo. Por lo tanto, resulta interesante saber en qué punto del conocimiento nos encontramos y cuáles pueden ser las futuras líneas de investigación.

En el apartado 3 se procede a definir qué se entiende por fracturación hidráulica y desde cuándo se emplea esta técnica. También se incorporan los puntos conflictivos que tiene esta técnica, como por ejemplo su elevado consumo de agua, y se incluyen las respuestas ofrecidas por las empresas.

En el siguiente apartado se analiza la fracturación hidráulica desde el punto de vista de la mecánica de rocas. En primer lugar se describen los tipos de formaciones que pueden necesitar de esta técnica para obtener gas, como son el gas pizarra o el metano en capas de carbón. Posteriormente, se recogen las características de las formaciones pizarrosas que contienen gas y, en concreto, se desarrollan los puntos de fracturas naturales, propiedades elásticas y anisotropía. Además se justifica la importancia que tiene conocer las direcciones de las tensiones principales para conseguir una alta productividad del pozo. También se desarrolla con detalle el proceso de fractura y las propiedades que deben satisfacer los programas informáticos que calculan esta actividad y sus posibles simplificaciones.

En el apartado 5 se describen cuáles son las posibles líneas de investigación del futuro, tanto dentro del gas pizarra como de otras fuentes de energía que empleen la fracturación hidráulica.

Finalmente se incluyen una serie de conclusiones y las referencias bibliográficas consultadas para la elaboración de este trabajo fin de máster.






Resumen:


Este estudio tiene como finalidad examinar el estado del arte actual de la anisotropía en rocas, los criterios de rotura para rocas anisótropas y los distintos modelos que se han encontrado para calcular la carga de hundimiento en macizos rocosos con anisotropía microestructural.

En primer lugar, la tesina comienza describiendo el fenómeno de la anisotropía, las distintas tipologías de anisotropía que se presentan en las rocas y los distintos parámetros empleados para caracterizarla mediante ensayos de laboratorio.

En segundo lugar, se describen a fondo los distintos criterios de rotura que existen hasta la fecha distinguiendo entre aquéllos aplicables únicamente en rocas intactas isótropas, en rocas intactas con anisotropía y los que pueden aplicarse en macizos rocosos.

En el siguiente apartado, se exponen los cuatro modelos encontrados para calcular la carga de hundimiento en un macizo rocoso describiéndolos y comparándolos entre ellos. A continuación, se analiza con profundidad el modelo de Serrano y Olalla, para calcular la carga de hundimiento en un macizo rocoso anisótropo, puesto que ha sido el único modelo analítico que se ha encontrado.

Para una mejor compresión del estudio, se incluye una aplicación práctica para calcular la carga de hundimiento en un macizo rocoso de pizarras analizando los resultados obtenidos. En primer lugar, se presentan los cálculos para el macizo isótropo, con/sin fuerzas de masa, con varias formulaciones analíticas, y de forma numérica, mediante un programa de diferencias finitas, FLAC 5.00. En segundo lugar, se muestran los resultados para el macizo anisótropos, sin fuerzas de masa, mediante el modelo analítico de Serrano y Olalla, y mediante el mismo programa, y a continuación, se finaliza con los resultados, incluyendo las fuerzas de masa, pero tan sólo de forma numérica.

Finalmente, se concluye el estudio aportando una serie de líneas de investigación futuras.








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