Estimating uniaxial compressive strength, density and porosity of rocks from the p-wave velocity measurements in-situ and in the laboratory

Knowledge of the physical properties of rock masses is fundamental for the economics and safety of mining projects. The determination of these properties in rock samples in the laboratory requires time, expensive equipment and qualified personnel, which considerably increases the information's cost. Indirect methods were developed to obtain properties related to rock masses, which have been shown to be a viable alternative to traditional procedures. The determination of the compressional mechanical wave velocity (Vp) and subsequent correlation with lithological mechanical properties are indirectly obtained. This study’s objective was to obtain correlations between Vp and the resistance to uniaxial compression, UCS (Unconfined Compressive Strength), as well as the density and porosity of the siltstone and sandstone lithologies present in the coalfield of Candiota, located in the southern region of Rio Grande do Sul, Brazil. The Vp records were obtained in laboratory samples, using ultrasonic velocity sensors, and in-situ by geophysical well logging (directly in boreholes). The results indicate the possibility of using Vp to determine the physical parameters of the investigated lithologies. In the specific case of the correlations between Vp and Unconfined Compressive Strength, determination coefficients R2 above 0.70 were obtained, indicating sufficiently high reliability for using this information (e.g. in roof support projects). The correlation between Vp and density was also high

Hydrogeological compartmentalization and connection of the Guarani (GAS) and Serra Geral (SGAS) aquifer systems from a multiscale perspective : a case study in southern Brazil

The Guarani (GAS) and Serra Geral (SGAS) aquifer systems are the main groundwater sources in southern Brazil. We investigated the crucial relationship between the primary, intergranular pore system in the GAS and the secondary pore system associated with fractures in the SGAS in order to understand better the compartmentalization and connection, water storage, and productivity of both aquifers. Data from 375 wells that produce from both aquifers was used to evaluate the hydrodynamic characteristics of the GAS-SGAS contact. The integration of data using remote sensing, structural data, and thin section analysis support interpretations about the compartmentalization and potential connection of the aquifers. Fault zones trending NW, EW, and NNE demarcate six structural blocks in which the GAS-SGAS contact varies more than 400 m in elevation. Thin section analysis of sandstone texture and composition allowed us to determine the relationship between the type of porosity and cement type and content. The surface demarcating the Guarani-Serra Geral contact is highly productive in 93% of the wells that reach both aquifers. The integration of our results allowed us to propose a conceptual hydrogeological model for the GAS and SGAS aquifers in the study area

AVALIAÇÃO DO USO DA PERFILAGEM GEOFÍSICA PARA RECONHECIMENTO E DETERMINAÇÃO DE ESPESSURAS DE CAMADAS DE CARVÃO EM DEPÓSITOS DO RIO GRANDE DO SUL

Este estudo investiga a possibilidade do uso da perfilagem geofísica de gama natural e resistividade na discriminação de estratos carbonosos, em relação a outras litologias presentes em quatro depósitos de carvão localizados no Rio Grande do Sul (áreas B3, Calombo, Cerro e Seival). Uma vez observada a possibilidade de identificação dos estratos carbonosos com estes dois perfis geofísicos apenas, fez-se uma verificação da acuracidade na determinação das espessuras das camadas de carvão. Neste contexto, as espessuras das camadas de carvão foram comparadas com as espessuras observadas em testemunhos de sondagem, sendo que o reconhecimento das assinaturas das camadas pode ser feito com boa acuracidade para todos os depósitos, exceto no depósito do Cerro, onde o sinal do carvão confunde-se com o sinal de arenitos, inviabilizando muitas vezes a discriminação. Ressalte-se a importância deste tipo de avaliação, especialmente quanto às espessuras de camadas de carvão no planejamento de mina de curto prazo, onde não é exequível a sondagem com recuperação de testemunhos em bancadas de lavra simultaneamente ao processo extração de carvão, em função da demora da atividade de sondagem e custos elevados

Evaluation of the use of geophysical profiles for recognition and determination of coal layers thicknesses in deposits of Rio Grande do Sul, Southern Brazil

Este estudo investiga a possibilidade do uso da perfilagem geofísica de gama natural e resistividade na discriminação de estratos carbonosos, em relação a outras litologias presentes em quatro depósitos de carvão localizados no Rio Grande do Sul (áreas B3, Calombo, Cerro e Seival). Uma vez observada a possibilidade de identificação dos estratos carbonosos com estes dois perfis geofísicos apenas, fez-se uma verificação da acuracidade na determinação das espessuras das camadas de carvão. Neste contexto, as espessuras das camadas de carvão foram comparadas com as espessuras observadas em testemunhos de sondagem, sendo que o reconhecimento das assinaturas das camadas pode ser feito com boa acuracidade para todos os depósitos, exceto no depósito do Cerro, onde o sinal do carvão confunde-se com o sinal de arenitos, inviabilizando muitas vezes a discriminação. Ressalte-se a importância deste tipo de avaliação, especialmente quanto às espessuras de camadas de carvão no planejamento de mina de curto prazo, onde não é exequível a sondagem com recuperação de testemunhos em bancadas de lavra simultaneamente ao processo extração de carvão, em função da demora da atividade de sondagem e custos elevados.The study investigates the possibility of using geophysical well logging of natural gamma and resistivity in the identification of carbonaceous strata in relation to other lithologies present in four coal deposits located in Rio Grande do Sul (B3, Calombo, Cerro and Seival). Once the possibility of identification of the carbonaceous strata with these two geophysical profiles was observed, a verification of the accuracy in the determination of the thicknesses of the coal seams was performed. In this context, the thicknesses of the coal seams were compared with the thicknesses observed in recovered core samples and the recognition of the signatures of the seams was possible with good accuracy for all deposits, except in the Cerro deposit, where the signature of the coal was confused with the signature of sandstones, often making it impossible to discriminate. It should be stressed the importance of this type of evaluation, especially regarding the thickness of coal seams in the short-term mine planning, where drilling with core sample recovery is not feasible simultaneously with the extraction process, due to the delays in drilling and high costs

Construction of an experimental set-up simulating induction logging conditions

A ferramenta de indução tem sido, desde 1949, largamente utilizada na prospecção de petróleo pois auxilia na localização de formações que contém hidrocarbonetos. Ainda existem, porém, várias restrições quanto ao uso deste equipamento. Camadas excessivamente finas, poços preenchidos com lamas muito condutivas e grandes diâmetros de invasão são exemplos de situações onde seu desempenho não é bom. Para que se possa minimizar estas limitações é necessário o conhecimento da resposta da sonda diante de condições conhecidas. Isto pode ser feito via modelamento analógico e/ou através de modelamento numérico. O presente trabalho consiste na montagem de um sistema de modelamento analógico capaz de simular o perfil de duas bobinas coaxiais frente a meios infinitos e camadas espessas invadidas. O meio geológico é representado através de solução salina de diferentes condutividades. O fator de escala linear é igual a 20 e o equipamento executa medidas na faixa dos 50 kHz aos 100 kHz. Este sistema será utilizado em futuros estudos envolvendo disposições de bobinas diferentes das normalmente utilizadas e em estudos de outros problemas encontrados na perfilagem de indução.ABSTRACT: The induction well-logging tool has been widely used since 1949 in petroleum exploration because it helps in determining water saturation in potential hydrocarbon zones. There are many restrictions in using this tool. Excessively thin beds, boreholes filled with conductive muds, high resistivity formations, and large invasion diameters are situations where induction log response is poor. To minimize these limitations, it is necessary to know tool response in given conditions. This can be partially acomplished by scale modeling and/or digital modeling. The present thesis describes the construction of an experimental analog model system designed to simulate the two coaxial coils induction tool in three different geological situations. The geological medium is simulated by brine solution of diferent conductivities. The linear scale factor is twenty and the frequency range of the measuring system is 50 kHz to 100 kHz. This system can be utilized in future research work with different coil arrangements from the ones currently being used by the service companies and also to study other problems encountered in induction logging