Desarrollo, implementación y aplicación de metodologías analíticas de procesos de interacción agua/roca en reservorios geotérmicos de baja y alta entalpía: aplicación en campos mexicanos

Número de proyecto

P08

Título de proyecto

Desarrollo, implementación y aplicación de metodologías analíticas de procesos de interacción agua/roca en reservorios geotérmicos de baja y alta entalpía: aplicación en campos mexicanos

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Eduardo González Partida

Institución

Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituciones y/o empresas asociadas

University of Calgary, Canadá

Antecedentes y justificación

La energía geotérmica es un recurso energético, el cual puede ser explotable cuando las condiciones geológicas presentan condiciones favorables para que se acumule un fluido con alta temperatura y presión a una profundidad comercialmente recuperable.En efecto, un campo geotérmico susceptible de aprovechamiento, ya sea para producción de vapor con fines de generación eléctrica o bien de agua caliente (baja entalpía) para fines no energéticos, debe tener como principales características: A).- Una anomalía térmica. B).- Un yacimiento constituido por rocas permeables donde circule fluido geotérmico, situado a profundidades a las que sea económica su explotación).- Una cobertura impermeable del yacimiento, que impida la pérdida de calor por circulación del fluido geotérmico hacia la superficie.Un yacimiento geotérmico debe estar formado por rocas de permeabilidad adecuada, con un volumen suficientemente grande para asegurar la explotación prolongada de fluidos geotérmicos. Además, debe estar localizado dentro de un sistema hidrológico que permita la recarga hidráulica del área en explotación. La delimitación del yacimiento es el problema más difícil de la exploración geológica, ya que frecuentemente existe una cubierta de rocas en superficie que a menudo impide el estudio directo de los substratos profundos. Un yacimiento geotérmico, permite entender muchos fenómenos físico-químicos que se suceden debido al fenómeno de interacción fluido/roca, ya que muchos parámetros pueden ser medidos directamente. Desde el punto de vista geológico como productos de los procesos de interacción agua/roca se tiene la alteración hidrotermal: Las variables más importantes que están relacionadas a la alteración hidrotermal son: (1) la temperatura, (2) el tamaño de grano de la roca, (3) la relación fluido/roca, (5) las composiciones iniciales del fluido y de la roca y (6) el tiempo de reacción. Por otro lado la termodinámica como campo de la física y excelente herramienta nos ayuda a relacionar y describir las propiedades físicas de la materia de los sistemas o reservorios geotérmicos. El estado del reservorio se puede describir mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o el volumen, que son conocidas como variables de estado. Es posible identificar y relacionar entre si muchas otras variables termodinámicas (como la densidad, el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de dilatación), gracias a esto la termodinámica nos ayuda a obtener una descripción más completa del reservorio geotérmico y su relación con el entorno.

Durante los procesos de alteración, los constituyentes de la roca primaria son disueltos y precipitan minerales de alteración. Los constituyentes disueltos en el agua tienden a equilibrarse con los minerales de alteración precipitados. Ellos representan fases estables o metaesbles en el sistema, mientras que los minerales de la roca primaria son generalmente inestables. Para la mayoría de las aguas, el CO2 disuelto (HCO3) y la sílice acuosa (H4SiO4) constituye los principales donadores que controlan la disolución de los constituyentes de la roca primaria. En algunos sistemas como, el H2S puede ser importante. La sílice disuelta es derivada de la roca la cual es alterada. El H2S también puede ser obtenido de la roca o de una fuente magmática. El carbonato puede obtenerse de varias fuentes: atmosférico, orgánico, disolución de la roca, reacciones metamórficas e intrusiones magmáticas. La sílice disuelta es un importante donador de protones, si el agua se encuentra a un pH arriba de 9.0. A altos pHs, una fracción importante de sílice disuelta se ioniza y genera protones. Para que el equilibrio entre agua y minerales secundarios se mantenga la velocidad de precipitación y disolución debe mantenerse constante. Esto es, que la transferencia de masa de los constituyentes de la roca primaria que se están disolviendo en la solución, sean iguales a la masa que está precipitando. Esto no es generalmente el caso en aguas con bajas temperaturas, pero es el papel que juegan las aguas no termales. Sin embargo, dichas aguas pueden lograr que algunos de sus componentes disueltos se equilibren con los minerales secundarios, tales como la calcita y calcedonia o sílice amorfa. En definitiva se puede afirmar que la mineralogía de neoformación en un reservorio geotérmico es el reflejo principalmente de la temperatura, las composiciones iniciales del fluido y de la roca y el tiempo de reacción.

El modelado geoquímica basado en termodinámica de equilibrio se ha convertido en una herramienta muy bien reconocida para entender los procesos de interacción agua/roca y sus mecanismos. Sin embargo, en los últimos 40 años, se le ha prestado muy poca atención a los sistemas de interacción roca-agua-GAS en sistemas geotérmicos quizás debido a la complejidad de los cálculos, en este sentido el software que se pretende diseñar será particularmente útil para modelar interacciones geoquímicas en yacimientos geotérmicos, donde el agua es solo una fase más que está presente junto a la fase de vapor compuesta por mezclas de gases reactivos e inertes.

En este proyecto además de la caracterización de los fenómenos de interacción agua/roca se construirá un modelo numérico, físico químico, bidimensional capaz de reproducir la mineralogía de neoformación, la interacción fluido tuberías, y que pueda predecir en tiempo y volumen la obturación por mineralización y escalamiento de tuberías de producción, desde altas hasta bajas temperaturas así como fenómenos de corrosión.

Objetivos y metas

  • Desarrollar y aplicar una metodología de análisis de los procesos de interacción agua/roca en sistemas geotérmicos de baja y alta entalpía a partir de la caracterización petrológica y de modelado termodinámico de fluidos.
  • Contar con un modelo numérico bidimensional multifasico reactivo, que sirva para predecir y simular  procesos físico-químicos de manera termodinámica y cinética (obturación-precipitación y corrosion) que ocurren en un sistema geotérmico y en las tuberías de producción.
  • Construir  de un modelo numérico bidimensional multifasico reactivo que sirva para predecir y  simular los procesos físico-químicos de manera termodinámica y cinética (obturación-precipitación y corrosion)  que ocurren en un sistema geotérmico.
  • Construir de un software para modelar los procesos cinéticos de obturación y corrosión en las tuberías de conducción de fluidos geotérmicos.
  • Desarrollo de algoritmos y  un programa computacional que establezca junto a su interface grafica, diagramas de equilibrio iónico de oxido-reducción, Eh-pH, fugacidades de gases reactivos, y diagramas de equilibrio entre minerales y especies iónicas y catiónicas, a temperatura critica del agua.
  • Hacer compatible y congruente la base de datos termodinámica con los diagramas mencionados en el numeral 4.
  • Aplicación de técnicas de investigación petrológica (petrográfica, minara grafía, UV catodoloniniscencia, microtermometría de inclusiones fluidas, SEM-EDS y microsonda) para entender los fenómenos de interacción agua/roca.
  • Formar personal en la utilización de estas nuevas herramientas de trabajo.
  • Impartir cursos y conferencias para difundir los logros del proyecto.
  • Redacción y publicación de artículos científicos para difundir logros y conocimiento.
  • Ser un referente mundial en esta área de especialidad: Fenómenos de interacción agua/roca.

Número de proyecto

P08

Título de proyecto

Desarrollo, implementación y aplicación de metodologías analíticas de procesos de interacción agua/roca en reservorios geotérmicos de baja y alta entalpía: aplicación en campos mexicanos

Tipo de proyecto

Estratégico

Línea de investigación

Desarrollo e innovación de técnicas de exploración

Responsable de proyecto

Eduardo González Partida

Institución

Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

Instituciones y/o empresas asociadas

University of Calgary, UCALGARY