Laboratorio de Mecánica de Rocas

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LaMEROC son las siglas del Laboratorio de Mecánica de Rocas. El objetivo principal de LaMEROC es proporcionar, a través de su experiencia y equipamiento de alto nivel, apoyo adaptado a las necesidades de grupos de investigación, administraciones o compañías públicas, empresas o agrupaciones empresariales que desarrollen o están pensando desarrollar actividades de I+D+i en el campo de la mecánica de rocas, la petrofísica, etc.

Ámbito de trabajo

  • Muestreo y Obtención de Testigos de Roca
    • Muestreos orientados a partir de afloramientos o testigos
    • Corte, rectificado y acabado de probetas de roca
    • Verificación dimensional de probetas con vistas a la realización de ensayos mecánicos
  • Evaluación de Propiedades Mecánicas
    • Resistencia a la compresión simple
    • Resistencia a la tracción directa (direct pull test) o indirecta (brasileño)
    • Ensayo de tenacidad de fractura
    • Resistencia confinada (pseudotriaxial) a T variable. Evaluación de la envolvente de rotura y de los parámetros del modelo de Hoek-Brown
    • Determinación de módulos elásticos estáticos (Eest, Kest, Gest, vest ...) bajo distintas condiciones de confinamiento y temperatura
    • Determinación de módulos dinámicos (Edyn, Kdyn, Gdyn, vdyn ...) bajo condiciones confinadas o no confinadas y distintas temperaturas
  • Propiedades de Transporte en Rocas
    • Determinación de la permeabilidad a los gases de rocas (N2, CO2, He) mediante métodos estacionarios o transitorios (flujo estacionario, pulso de presión, transmisión de presión de poro)
    • Evaluación de la permeabilidad intrínseca aplicando la teoría de Klinkenberg
    • Determinación de la permeabilidad al agua (o soluciones salinas) mediante métodos estacionarios o transitorios (flujo estacionario, pulso de presión, trasmisión de presión de poro)
    • Evaluación de parámetros hidrodinámicos a partir de ensayos de inyección de trazadores en testigos de roca
  • Análisis Rutinario de Testigos y Rocas (RCA)
    • Corte y reparación de probetas (incluyendo materiales fracturados)
    • Determinación de propiedades índice: densidad de granos, densidad aparente, porosidad, VP/VS, (resistividad, factor de formación)1
    • Análisis químicos y mineralógicos: SEM-EDS, DRX-polvo, FRX, BET, ATD-TG
    • Preparación de probetas para la observación microscópica
    • Descripción litológicay y textural
    • Fotografía y documentación
    • Distribución granulometría por difracción láser y tamizado, etc
  • Análisis Especiales de Testigos y Rocas (SCAL)
    • Ensayos de inyección monofásica o bifásica de fluidos en probetas de roca bajo condiciones representativas de almacén (in situ)
    • Ensayos de infiltración avanzados, bajo condiciones in situ y medida simultánea de propiedades mecánicas (deformaciones, módulos estáticos), hidrodinámicas (permeabilidad) y sónicas (VP/VS, módulos dinámicos)
    • Determinación de presiones de fuga (breakthrough pressures) en medios de baja permeabilidad
    • Evaluación de daño de formación, bajo condiciones in situ por inyección en testigos de roca de fluidos reactivos
    • Evaluación de daño de formación, bajo condiciones in situ mediante ensayos en autoclave
    • Modelización hidroquímica y de transporte reactivo: PHREEQC, PHREEPLOT, EQ3/6, GWB, CORE2D

Los equipos y ámbitos de trabajo del LaMEROC se distribuyen en las instalaciones del CITEEC, del Laboratorio de Ingeniería Geológica y del Terreno y la E.T.S. de Ingenieros de Caminos. El LaMEROC se estructura en varias secciones:

  • Taller de preparación de muestras
  • Taller mecánico y de fontanería de alta presión
  • Sección de ensayos geomecánicos
  • Sección de ensayos de inyección de fluidos en probetas de roca
  • Equipo triaxial de altas prestaciones
El laboratorio cuenta con la instrumentación necesaria para llevar a cabo una amplia gama de experimentos y ensayos con interés en los campos de la mecánica de rocas, la petrofísica y ingeniería civil y de la energía (hidrocarburos, almacenamiento de gas, secuestro geológico de CO2). La concepción modular de los equipos permite su reestructuración para adaptarse a las necesidades de cada proyecto.

Taller de Preparación de Muestras

  • Sierra circular de corte diamantado con mira laser CARAT P-3508 (radio disco: 350 mm; profundidad de corte: 190 mm)
  • Extractor de testigos de roca WEKA DK32 con coronas diamantadas de múltiples diámetros (38.1, 50, 54, 100 mm). Diámetro máximo de corona: 350 mm
  • Rectificadora rápida de probetas múltiple SAE Ibertest 210-103786
  • Mesa de planeidad UNCETA certificada y accesorios para la verificación dimensional de probetas (comparador digital Mitutoyo 543-282 con sistema de adquisición de datos)

Taller Mecánico y de Fontanería de Alta Presión

LaMEROC cuenta con un amplio taller mecánico para la realización de pequeños trabajos, para la construcción de dispositivos experimentales así como para la realización de circuitos de fontanería de alta presión. El CITEEC, además, dispone de un Departamento Electrónico (con personal técnico cualificado) así como un Centro de Mecanizado Vertical por Control Numérico (CNC) Lagun modelo L610.

Sección de ensayos geomecánicos

LaMEROC está ampliamente equipado para la realización de múltiples ensayos geomecánicos, ya sean estándar y especiales, siguiendo las recomendaciones de la ISRM y de las normas ASTM y UNE-EN. Para ensayos en los que se requiere un exigente control de ensayo o la adquisición de datos, puede emplearse el equipo MTS 815 descrito más adelante.

  • Calibrador certificado de alta presión (hasta 70 MPa) de transductores Keller-Drück
  • Bastidor de carga autoportante ENERPAC VLP 10 t
  • Bastidor de carga autoportante ROGEN US-243 30 t con bancada variable equipado con una célula de carga AEP Transducers TC4 de 30 t
  • Máquina de ensayos universal servo-hidráulica CODEIN de 1500 kN, con módulo de control SERVOSIS y central hidráulica autónoma equipada con célula de carga AEP Transducers TC4 de 50 t
  • Máquina de ensayos universal HOYTOM de 1500 kN con modulo de control y central oleo-hidráulica autónoma
  • Bombas hidráulicas manuales ENERPAC Serie P (hasta 70 MPa), distribuidores, mangueras, etc
  • Estufas de placa rotatoria y control térmico de precisión CONTROLS 81 B160
  • Desaireador de agua Nold DeAreator mod. 2100, enfriador SELECTA, cámaras de frio DYCOMETAL, tanques de inmersión termo-regulados CONTROLS, bombas de vacío TELSTAR, bandas extensométricas resistivas y amplificadores VISHAY

Sección de ensayos de inyección de fluidos en probetas de roca

LaMEROC dispone de celdas porta-testigos de diversos tipos y diámetros (38.1, 54 mm) con las que es posible alcanzar presiones de confinamiento equivalentes a 70 MPa a distintas temperaturas. Dichas celdas están preparadas para inyectar simultáneamente fluidos monofásicos o bifásicos al tiempo que se registran distintas variables físico-quimio-mecánicas.

  • Celdas triaxiales tipo Hoek-Franklin modificadas (para testigos de 38.1 y 54 mm de diámetro) equipadas con control de temperatura platos de compresión para la inyección de fluidos
  • Celda tipo Hassler (para testigos de 38.1 mm) modelo THC (TEMCO Inc.), con platos para la inyección de fluido intersticial. Permite la realización de ensayos con confinamiento hidrostático o axisimétrico
  • Platos de compresión (ErgoTech) con transductores acústicos de ultrasonidos (1.3 MHz de frecuencia central) para medida de velocidades de propagación de ondas P, S1 y S2 hasta 200 ºC. Digitalización mediante osciloscopio digital PicoScope Series 3000 (Pico Technologies)
  • Platos de compresión de 38.1 mm eléctricamente aislados (TEMCO Inc.) para la medida de la resistividad aparente de rocas en configuración de 2 electrodos. Se dispone también de camisas con 2 electrodos insertos para la realización de medidas en configuración tetraelectródica
  • Bomba de jeringa con 2 cilindros apareados o independientes Hastings-Teledyne ISCO DX100, con 100 mL de volumen de embolada, presión máxima de 69 MPa y caudal regulable en el rango 0.001-60 mL/min (precisión 0.5 % y resolución máxima de volumen 9.6 nL). Programable (ciclos/rampas) y con sistema de adquisición de datos. Inyección de 1 fluido sin pulsos o 2 con pulsos
  • Bomba de jeringa con 2 cilindros apareados o independientes Hastings-Teledyne ISCO 260HP, con 266 mL de volumen de embolada, presión máxima de 65.5 MPa y caudal regulable en el rango 0.01-107 mL/min (precisión 0.5 % y resolución de volumen 16.63 nL). Programable (ciclos/rampas) y con sistema de adquisición de datos. Inyección de 1 fluido sin pulsos o 2 con pulsos
  • Sistema de bombas de jeringa con 4 cilindros apareados (2x2) Vindum Engineering Quizix SP-5400-10K, con ~10 mL de volumen por embolada, presión máxima de 79 MPa y caudal regulable hasta 15 mL/min (resolución de volumen de 0.31 nL). Programable (ciclos/rampas) y con sistema de adquisición de datos. Inyección de 2 hasta fluidos sin pulsos
  • Bomba de pistón con controlador de presión/volumen GDS tipo ADVDPC. Volumen de embolada de 200 mL, presión máxima de 64 MPa (resolución máxima: de volumen 0.001 mL, de presión 0.1 kPa). Programable y con sistema de adquisición de datos
  • Sistema de carbonatación de fluidos (presión nominal máxima 15 MPa) con generador de presión HiP 62-6-10 (30 mL de volumen de embolada; presión máxima 69 MPa), manómetros y reguladores de presión
  • Cilindro acumulador/intercambiador de pistón flotante (1.2 L de volumen nominal) para fluidos corrosivos
  • Transductores electrónicos de presión absoluta Keller Serie 33X (0.1-100 MPa; compensación automática de T entre -10 y 80 ºC; precisión ±0.1 % en todo el rango)
  • Transductores electrónicos de presión absoluta LEO Record (Ei) Keller-Drück (0.1-70 MPa; compensación automática de T entre -10 y 60 ºC; precisión ±0.1 % en todo el rango ), con sistema autónomo de adquisición de datos
  • Transductores de posición tipo LDS Vishay HS-50
  • Balanza de precisión Sartorius CPA4202S (0.01 g), con registro automático de pesada y adquisición de datos dirigida a PC vía interfaz RS232
  • Caudalímetro másico de gases AGILENT Precision Flow Meter. Rango: 5 a 500 mL/minM Precisión: =0.8% de la lectura+0.2% en toda la escala; Gases: aire, N2, H2, He, CO2, CH4
  • Reguladores de presión Parker VERIFLO Serie APR66 y ABP1
  • Electrodos miniatura de conductividad y pH Microelectrodes Inc. y sistema de adquisición de datos NICO 2000 Aqualyser ELIT 8705b

Equipo triaxial de altas prestaciones

LaMEROC dispone, en sus instalaciones del CITEEC de un equipo de ensayos de altas prestaciones que representa, en la actualidad, el estado del arte en su categoría: una máquina de ensayos triaxial fabricada por la empresa MTS Systems Corporation (modelo 815). Este equipo puede complementarse con algunos de los elementos descritos en las secciones anteriores. De modo resumido, las capacidades de este equipo se resumen a continuación:

  • Equipo de ensayo computarizado, con ciclo cerrado y actuadores servo-hidráulicos. Permite la realización de ensayos estáticos (monotónicos) o dinámicos (cíclicos)
  • Bastidor de carga rígido modelo 315.03 (fuerza máxima de compresión: 4.600 kN; fuerza máxima de tracción: 2.300 kN; rigidez: 11.0 x 109 N/m; actuador con transductor de desplazamiento y carrera de 100 mm; altura útil: 868 a 970 mm; anchura útil: 546 mm
  • Células de carga para ensayos no confinados de hasta 1000 (661.98D-03), 250 (661.22D-01) y 50 (661.20F-02) kN. Transductor de presión diferencial adicional para cargas mayores de 1000 kN, hasta la resistencia máxima del bastidor
  • 2 extensómetros de cuchilla axial promediados (632.11F-90) y 1 de cadena perimetral (632.12F -20) para ensayos no confinados. Extensómetro especial para la medida de la apertura de fracturas en los ensayos de tenacidad (632.02 COD)
  • 2 sensores sónicos de alta frecuencia (600 kHz) y 1 acelerómetro de baja frecuencia (0-5 kHz) para la auscultación de emisiones acústicas
  • Cámara triaxial calefactable MTS modelo 656.04, con 4 puertos de fluidos y 18 puertos pasamuros eléctricos. Tamaño máximo de probeta: 102 mm de diámetro y 254 mm de altura; Pmax=80 MPa
  • Controlador de temperatura (409.80) para calefacción de la celda entre temperatura y 200 ºC. 4 termopares tipo K en el interior de la celda
  • Células de carga in vessel con compensación automática de presión de 2600 (661.98B-02) y 250 (661.96B-01) kN de capacidad, capaces de operar hasta temperaturas de 200 ºC y 140 MPa
  • 2 extensómetros in vessel de cuchilla axial (632.90E/F-12) y 1 de cadena perimetral (632.92H-03) capaces de operar a temperaturas de hasta 200 ºC y 140 MPa
  • Platos de compresión acanalados, de 38.1, 50, 54 y 100 mm de diámetro, para la inyección de uno o varios fluidos de poro
  • Transductores de ultrasonidos triaxiales montados en platos de compresión para probetas de 38.1 (1.3 MHz) y 100 (1.0 MHz) mm. El sistema consta de un par emisor/receptor para la detección de los tiempos de tránsito de las ondas P, S1 y S2. . Tmax=180-200 ºC; Pmax=140 MPa
  • Software de control y adquisición de datos multicanal y multiestación FlexTest GT
  • Accesorios para la realización de ensayos según normas ASTM D2938-86, ASTM D3148-86, ASTM D4341-84, ASTM D4405-84, ASTM D3967-86, ASTM D2936-84, ASTM D2664-86, ASTM D4406-93, ASTM C1018 y recomendaciones de la ISRM

Caracterización Experimental de Rocas Sello y Almacén para un Almacenamiento Geológico de CO2 (I)

Este estudio se realizó al amparo de un convenio suscrito con la Fundación Ciudad de la Energía, CIUDEN, dentro del contexto del Proyecto Compostilla (OXYCFB 300, del Programa Energético Europeo para la Recuperación, PEER).

Caracterización Experimental de Rocas Sello y Almacén para un Almacenamiento Geológico de CO2 (II)

En el contexto del Proyecto Compostilla (OXY CFB 300) del Programa Energético Europeo para la Recuperación el LaMeRoc desarrolló distintos trabajos, entre ellos la caracterización de materiales de interés (formaciones sello o almacén) de la Planta de Desarrollo Tecnológico de Hontomin (Burgos).

Caracterización Geomecánica de Testigos Intactos de Sondeo

Desde hace varios años el LaMeRoc desarrolla actividades de asistencia técnica y consultoría especializada con empresas del sector energético y de la exploración de hidrocarburos.

Estudio de Permeabilidad de Matrices Rocosas

La determinación de las propiedades hidrodinámicas en rocas es crucial en muchos campos de actividad (exploración/explotación de hidrocarburos, aprovechamiento geotérmico, CCS,…). Cuando el medio poroso tiene una baja o muy baja permeabilidad, su determinación es muy difícil y se requieren técnicas elaboradas así como equipos sensibles para poder abordar este trabajo con garantías de éxito.

Consolidación de Arenas a Alta P&T en Presencia y Ausencia de Presión de Poro. Ensayos Edométricos y Reactivos

Ciertos yacimientos no convencionales de hidrocarburos se encuentran asociados a formaciones arenosas localizadas a centenares o miles de metros de profundidad y para su recuperación es necesaria la aplicación de técnicas como el SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage).

Consolidación de Arenas a Alta P&T en Presencia y Ausencia de Presión de Poro. Emisión Acústica

Entre las técnicas de caracterización no destructiva de materiales, aquellas basadas en las emisiones acústicas proporcionan una valiosa información sobre fenómenos de origen mecánico (A). La tensión umbral de trituración de granos es un parámetro relevante en el estudio del comportamiento mecánico de arenas en yacimientos de hidrocarburos no convencionales y en el contexto de este proyecto se han aplicado con este fin.