PROYECTO LICYT “ESTUDIO DE LAS CONDICIONES
GEOLOGICAS DE LOS POZOS GEOTERMICOS” Fatek: Facultad Tecnológica de industria. Carrera: T.S. Gestión de gas y Petróleo. Asignatura: Geologia Aplicada Nivel Asignatura:Grundstudium. Docente: Ing. Mauricio Cazón Semestre: Integrantes Proyecto LICYT: Figueroa Daniela Picha Almendras Milton Bandon
Cochabamba bolivia
Índice
Pág.
Resumen Ejecutivo .............................................................................................. 2 1.- Introducción .................................................................................................... 3 2.- Objetivo General ............................................................................................. 3 3.- Alcance Emprendedor .................................................................................... 3 4.- Desarrollo de Etapas del LICYT...................................................................... 4 5.- Herramientas TEDs ...................................................................................... 16 5.1 Herramientas TIDs ....................................................................................... 16 5.2 Sistemas TICs .............................................................................................. 16 6. - Conclusión ................................................................................................... 17 7. - Bibliografía ................................................................................................... 17
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 1
Resumen Ejecutivo El vapor producido por líquidos calientes naturales en energía por quemado de materia fósil, por fisión nuclear o por otros medios. Lasperforaciones modernas en los sistemas geotérmicos alcanzan reservas de agua y de vapor, calentados por magma mucho más profundo, que se encuentran hasta los 3.000 metros bajo el nivel del mar. El vapor se purifica en la boca del pozo antes de ser transportado en tubos grandes y aislados hasta las turbinas. La energía térmica puede obtenerse también a partir de géiseres y de grietas. En algunas zonas de la Tierra, las rocas del subsuelo se encuentran a temperaturas elevadas. La energía almacenada en estas rocas se conoce como energía geotérmica. Para poder extraer esta energía es necesaria la presencia de yacimientos de agua cerca de estas zonas calientes. La explotación de esta fuente de energía se realiza perforando el suelo y extrayendo el agua caliente. Si su temperatura es suficientemente alta, el agua saldrá en forma de vapor y se podrá aprovechar para accionar una turbina.
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 2
1.- Introducción La presente investigación se articula en torno la realización de procesos técnicos EL PRINCIPAL propósito de la exploración de una zona geotérmica es definir su tamaño, forma y estructura y determinar sus características, como son: el tipo de fluido, su temperatura, composición química y su capacidad de producir energía. Estas características pueden ser determinadas en dos formas: por exploración superficial y con perforaciones exploratorias. Puesto que es mucho más barato hacer exploración superficial que perforar pozos, se acostumbra realizar un extenso programa de exploración superficial antes de comenzar a hacer perforaciones.
2.- Objetivo General Investigar y describir los sistemas de información geográfica aplicada a la estimación de reservas de hidrocarburos.
3.- Alcance Emprendedor Mediante los sistemas SIG nos proporciona un instrumento para el análisis espacial y la consulta a las Bases de Datos espaciales. Una vez en pleno funcionamiento, se les pueden hacer consultas de descripción geográfica, litológica y estructural para la búsqueda de hidrocarburos, relacionar el conocimiento de métodos de cálculos volumétricos y los sistemas SIG para este propósito de estimación de
reservas HC, como parte importante en lo
estudios en el ámbito de la cadena productiva de hidrocarburos. Tecnológico Boliviano Alemán
Página 3
4.- Desarrollo de Etapas del LICYT Energia G eotérmica La energía geotérmica es la energía calorífica contenida en el interior de la tierra y susceptible de ser extraída a través de fluidos para ser aprovechada por el hombre. Los yacimientos geotérmicos suelen dividirse en tres categorías: yacimientos de alta temperatura, con un flujo de calor a temperaturas de entre 150 y 350 °C, comúnmente acompañados de manifestaciones como vertientes termales, suelo de vapor, fumarolas, etc.; yacimientos de baja temperatura, con un flujo de calor de hasta 150 °C, y yacimientos de roca caliente, sin fluido térmico. Es una importante fuente de nuevas energías. La energía geotérmica, como excepción, no tiene su origen inmediato en la radiación solar, sino en una serie de reacciones químicas naturales que tienen lugar en el interior de la tierra y que producen grandes cantidades de calor. En algunas zonas de la Tierra, las rocas del subsuelo se encuentran a temperaturas elevadas. La energía almacenada en estas rocas se conoce como energía geotérmica y para poder extraerla es necesaria la presencia de yacimientos de agua cerca de estas zonas calientes. Esta realidad a veces se pone de manifiesto de forma natural y violenta por fenómenos como el vulcanismo o los terremotos. Pero, el hombre también puede aprovechar esta fuente de calor extrayéndolo mediante perforaciones y transfiriendo este calor. Esto se realiza perforando el suelo y extrayendo el agua caliente del interior de la Tierra. Si su temperatura es suficientemente alta, el agua saldrá en forma de vapor y se podrá aprovechar para accionar una turbina. Podemos encontrar básicamente cuarto tipos de campos geotérmicos dependiendo de la temperatura a la que sale el agua. Tecnológico Boliviano Alemán
Página 4
Los Fundamentos El concepto de la utilización de este tipo de energía es relativamente simple: La energía térmica está disponible bajo la superficie de la Tierra y especialmente en depósitos subterráneos de agua caliente. A través de los años, las tecnologías han evolucionado y nos permiten aprovechar de este calor. De hecho, las plantas eléctricas a partir de energía geotérmica proveen sobre 44 billones de kilowatt hora de electricidad anualmente a través del mundo y la capacidad mundial crece en aproximadamente 9% al año. Para producir energía eléctrica desde recursos geotérmicos, depósitos subterráneos de vapor o agua caliente son explotados donde, al salir a la superficie, el vapor hace rotar las turbinas y se genera la electricidad. Típicamente, el agua se devuelve al terreno para recargar el depósito y completar el ciclo renovable de la energía. Asimismo, los depósitos subterráneos se explotan para uso directo en ciertas aplicaciones. El uso de energía geotérmica se extiende más allá de depósitos subterráneos. El suelo y las rocas entre 2 y 20 metros de profundidad, tienen una temperatura relativamente constante a causa del calor geotérmico. Los tipos de Recursos Geotérmicos El centro de la Tierra se encuentra a unos 6400 kilómetros de profundidad, donde hay una temperatura aproximada de 4000°C. La roca parcialmente fundida, a temperaturas entre 650° y 1200°C, se encuentra a una profundidad de 80 a 100 kilómetros. El calor fluye constantemente desde el interior de la Tierra a la superficie. La mayoría de los tipos de recursos geotérmicos resultan de la concentración de la energía térmica de la Tierra en regiones discretas bajo la superficie.
Los recursos hidrotérmicos son los depósitos de vapor o agua caliente, formados por agua que se filtra en la tierra y posteriormente es recolectada y calentada por la roca caliente fracturada o porosa. Estos depósitos se
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 5
explotan perforando pozos para extraer el agua caliente a la superficie y luego utilizarla para la generación de electricidad o el uso directo.
Recursos geotérmicamente presurizados son las aguas profundamente sepultadas a una temperatura moderada y que contiene metano disuelto. Si bien existen tecnologías disponibles para explotar estos recursos, no son económicamente competitivos. Los recursos calientes de roca seca se encuentran a profundidades entre 8 y 16 kilómetros bajo la superficie de la Tierra. El acceso a estos recursos se realiza inyectando agua fría por un pozo y haciéndola circular por la roca caliente fracturada. Luego, el agua caliente se saca por otro pozo. Esta prometedora tecnología ha demostrado ser factible, pero aún no existen aplicaciones comerciales. Magma (o roca fundida) son recursos que ofrecen una oportunidad geotérmica a muy altas temperaturas, pero la tecnología existente no permite la recuperación del calor desde estos recursos. La energía de Tierra es el calor contenido en el suelo y rocas a grandes profundidades. Este recurso es explotado por las bombas geotérmicas de calor.
Plantas Geotérmicas Desde el punto de vista de emisiones al aire, las plantas geotérmicas tienen una ventaja inherente sobre las a petróleo, pues no hay combustión de ningún tipo. El agua geotérmica a veces contiene sales y minerales disueltos. Las plantas de vapor seco fueron el primer tipo de plantas geotérmicas. Esta planta utiliza el vapor que viene directo de los pozos en el terreno, y lo dirige
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 6
directamente a la turbina para poder producir.
Las plantas de vapor a destellos, que son las más comunes, usan agua a una temperatura superior a 182°C. Esta agua muy caliente es bombeada a alta presión hacia el equipo en la superficie, donde la presión se baja repentinamente permitiendo que parte del agua caliente "destelle" en vapor. El vapor se usa entonces para mover el generador. El agua caliente y vapor restantes son inyectados nuevamente al depósito.
La planta de ciclo binario opera con aguas a baja temperatura (107° a 182°C). Estas plantas usan el calor del agua caliente para hervir un "fluido de trabajo", comúnmente un compuesto orgánico con un bajo punto de ebullición. Luego, este fluido de trabajo se vaporiza en un intercambiador de calor y es usado para mover Tecnológico Boliviano Alemán
Página 7
una turbina. El agua geotérmica y el fluido de trabajo se restringen a circuitos cerrados para que no haya emisiones en el aire.
Debido a que el agua a baja temperatura es mucho más abundante que la de alta temperatura, los sistemas de ciclo binario serán dominantes en el futuro. La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza terrestre (zonas volcánicas, límites de placas litosféricas, dorsales oceánicas). A partir de depósitos de agua cuya temperatura está comprendida entre 150 y 400ºC, se produce vapor en la superficie que, al ser enviado a las turbinas, genera electricidad. Se requieren varios parámetros para que exista un campo geotérmico: un techo compuesto de una cobertura de rocas impermeables; un deposito, o acuífero, de permeabilidad elevada, ente 300 y 2000m de profundidad; rocas fracturadas que permitan una circulación convectiva de fluidos, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático (entre 3 y 10 km de profundidad a 500 o 600ºC). La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo. Tales modelos se dan en Italia (desde 1903 en Larderello, cuyas centrales poseen una potencia eléctrica actual de 400 MW), en Nueva Zelanda, en Japón, en Filipinas, en E.U.A.(en California, el campo The Geysers supera los 900 MW) y en México.
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 8
Imagen: Campo geotérmico de alta temperatura La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los depósitos están a temperaturas menos elevadas (70 y 150ºC). Por consiguiente, la conversión vapor-electricidad se realiza a un menor rendimiento, y debe utilizarse como intermediario un fluido volátil. Pequeñas centrales eléctricas pueden explotar estos recursos. La energía geotérmica de baja temperatura es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores (por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias). Es producida por el gradiente geotérmico y los fluidos dentro del depósito que están a temperaturas entre 60 y 80ºC. Se utiliza para la calefacción de las viviendas, principalmente en Islandia y en Francia.
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 9
Imagen 2: Campo geotérmico de baja temperatura La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 60ºC. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas (calentamiento de invernaderos, como se utiliza en Hungría). La frontera entre energía geotérmica de alta temperatura y la energía geotérmica de baja temperatura es un poco arbitraria, pues es la temperatura por debajo de la cual ya no es posible producir electricidad con un rendimiento aceptable (120 a 180ºC).
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 10
Un sistema de planta geotérmica consiste en:
El recurso geotérmico.
Los subsistemas de producción de fluidos (pozos).
Los subsistemas de transporte de fluidos (tuberías de suministro).
El subsistema de conversión de energía, conocido comúnmente como casa de máquinas.
La tecnología utilizada en este tipo de plantas es una combinación de las tecnologías utilizadas en la industria del petróleo, minería y plantas térmicas, agregando algunas modificaciones para lograr la extracción deseada.
LA EXPLORACIÓN SUPERFICIAL Debido a que los campos geotérmicos de alta temperatura se localizan generalmente en las áreas de vulcanismo reciente relacionadas con las fajas sísmicas, son ésas precisamente las zonas que se seleccionarán para efectuar los primeros trabajos de reconocimiento. También es importante en el principio efectuar un mapeo de las manifestaciones termales superficiales localizadas dentro y fuera del área en estudio; esto es necesario, ya que éstas no se localizan Tecnológico Boliviano Alemán
Página 11
necesariamente sobre el yacimiento , sino que los fluidos geotérmicos se desplazan siguiendo fallas o fisuras o cualquier otra zona de altá permeabilidad y, al clasificarlas, se puede inferir la trayectoria que han seguido hasta la superficie, así como los procesos de mezclado y ebullición que pudieron haber experimentado. De acuerdo a las técnicas empleadas, la exploración superficial se puede dividir en geológica, geofísica y geoquímica. Técnicas geológicas
Los principales objetivos de los estudios geológicos en la etapa de reconocimiento son: identificar y catalogar todas las manifestaciones geotérmicas que haya en la superficie, ya sean activas o fósiles; efectuar una evaluación preliminar de su significado con respecto a los procesos subterráneos que tienen lugar en el sistema geotérmico; y recomendar las áreas para un estudio a mayor detalle. Esto se lleva a cabo examinando fotografías aéreas o imágenes de satélite y visitando el área para correlacionar los datos de éstas con la información obtenida en el campo. Una vez terminado el reconocimiento del área, si se decide que la zona geotérmica tiene posibilidades para su explotación, se continua con la etapa de exploración propiamente dicha, en la cual se debe preparar un mapa geológico a detalle del prospecto geotérmico seleccionado y de las áreas circundantes. Este mapa debe incluir las manifestaciones superficiales y los rasgos geológicos (fallas, fracturas, distribución superficial y a profundidad de los diferentes tipos de rocas y su permeabilidad) que puedan contribuir a elaborar un modelo del sistema geotérmico y recomendar la localización de los pozos exploratorios. Técnicas geoquímicas
Para cumplir con los objetivos de la exploración superficial, las técnicas geoquímicas efectúan los análisis de las aguas de los manantiales, las emisiones de las fumarolas, las descargas de gases y las aguas frías superficiales (ríos, lagos, lluvia, etc.) para hacer las siguientes inferencias de las condiciones del sistema hidrotermal: la variación en composición del fluido termal a profundidad,
—
la temperatura (y presión) del fluido a profundidad,
—
las rocas relacionadas con los fluidos termales a profundidad,
—
el origen de los fluidos, la dirección de flujo en el área y los tiempos de residencia de los fluidos bajo la superficie, —
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 12
el gradiente geotérmico y la profundidad a la cual se presenta ebullición por primera vez en el sistema; esto incluye determinar la posibilidad de encontrar inversiones de temperatura con la profundidad, —
la posibilidad de que haya depositación de minerales a partir del fluido,
—
las zonas que presentan un alto flujo,
—
la posibilidad de encontrar a profundidad fluidos ácidos, que pueden causar serios problemas por corrosión en la etapa de explotación, —
determinar la existencia de componentes en el fluido que puedan tener importancia económica. —
La determinación de todos estos parámetros se hace utilizando los resultados de los análisis químicos e isotópicos de las descargas del sistema en la superficie. Esta metodología se basa en la suposición de que tanto el equilibrio químico como el isotópico se han alcanzado en las interacciones entre el fluido y las rocas del yacimiento. Una vez que se ha alcanzado el equilibrio químico, las concentraciones de los iones que se intercambien entre el fluido y la roca van a depender de la temperatura. Técnicas geofísicas
La geofísica se va a utilizar para definir las dimensiones y la estructura del campo: área que ocupa, profundidad a la que se encuentra y principales estructuras relacionadas con la permeabilidad. Esto se logra mediante los siguientes estudios: sensores remotos, gravimetría, magnetometría, termometría, sismología y métodos eléctricos y electromagnéticos. En las etapas de reconocimiento se aplican sobre todo métodos que no son muy caros y que permiten cubrir un máximo del área teniendo una alta razón entre beneficio y costo: Medidas de emisividad en el infrarrojo a partir de imágenes aéreas o de satélite. Con este método se van a detectar zonas en las que el flujo de calor en la
superficie es anómalamente alto. Al analizar las imágenes, se pueden obtener resultados cualitativos; sin embargo, para determinar valores de la descarga superficial de energía es necesario calibrar en el campo la relación entre emisividad y temperatura para los diferentes tipos de suelo. Termografía (mediciones de temperatura en pozos poco profundos: de 1 a 100 m). Este método es útil para complementar el mapeo hecho por imágenes en el
infrarrojo, con lo cual se obtiene un mapa con las anomalías de temperatura superficial y a varias profundidades (someras). Los resultados de estos estudios son básicos para establecer los patrones de descarga superficial del sistema hidrotermal y elaborar así un primer esquema de las zonas más permeables y por lo tanto más interesantes para la producción. Tecnológico Boliviano Alemán
Página 13
Método de perfiles eléctricos. Este método se basa en hacer circular una corriente
eléctrica en el terreno que se va a estudiar. Esta corriente se inyecta por medio de dos electrodos y el potencial causado por ella se mide usando otros dos electrodos a una cierta distancia de los primeros. Con estos dos parámetros se puede calcular la resistividad de las rocas a una profundidad que depende de la separación entre los electrodos de corriente y los de medición (Figura 26). Este método es con mucho el más importante para la exploración geotérmica, ya que la resistividad de las rocas disminuye notablemente cuando éstas se encuentran saturadas por fluidos altamente mineralizados y a temperaturas elevadas, y también, cuando por la acción de estos fluidos los minerales que forman las rocas del yacimiento son alterados hidrotermalmente, transformándose principalmente en arcillas, las cuales son minerales con una conductividad muy elevada. Sondeos eléctricos verticales. La determinación de la resistividad de las rocas se
efectúa por el método anterior, pero en lugar de llevar a cabo una cobertura superficial del área, se obtiene en cada punto de observación la variación de la resistividad para diferentes profundidades cambiando la separación de los electrodos. Esto se puede hacer, ya que la profundidad de penetración de la corriente depende de qué tan separados estén los electrodos: a mayor separación de éstos, mayor es la profundidad que alcanza la corriente inyectada, excepto en algunos casos particulares en que la corriente se concentra en alguna capa altamente conductora y su penetración a mayores profundidades queda restringida por este efecto.
Figura 26. Diagrama del método de Schlumberger para medir resistividad. A y B: electrodos de inyección de corriente. M y N: electrodos de medición de potencial eléctrico producido por la corriente inyectada. Métodos magnetotelúricos. En este caso, en lugar de hacer circular una corriente,
se utilizan las fuentes naturales de la Tierra: las llamadas corrientes telúricas. Estas corrientes son generadas por las variaciones en el campo magnético Tecnológico Boliviano Alemán
Página 14
terrestre relacionadas con tormentas eléctricas o emisiones provocadas por la actividad solar. Debido a su origen, estas corrientes tienen un periodo de variación (no son constantes) y por esta razón se les asocia no sólo un campo eléctrico, sino también un campo magnético.La profundidad a la que pueden penetrar estas corrientes está relacionada con el periodo de su variación; entre mayor sea éste, mayor será la profundidad que logren alcanzar. Esta propiedad hace que se seleccionen las frecuencias que se van a muestrear de acuerdo con las profundidades que interesan, en el caso de los campos geotérmicos éstas son menores de 5 km, lo que determina el uso de frecuencias entre 0.001 a 1 hertz (ciclos por segundo). Detección del ruido sísmico natural. En un yacimiento que presenta un flujo
bifásico (líquido y vapor), se observa un aumento de vibraciones debido a la separación de vapor y al movimiento de éste; a estas perturbaciones se les denomina ruido sísmico debido a la separación de vapor. Este método no es muy usado por la baja proporción entre beneficio y costo que presenta. Una vez establecida durante la etapa de reconocimiento la existencia de un yacimiento geotérmico, los trabajos entran en la etapa de la exploración a detalle para determinar su potencial energético. Es posible emplear los métodos ya mencionados, concentrándose en las zonas más interesantes. En especial se utilizan los métodos eléctricos, aplicando diferentes arreglos geométricos de los electrodos para lograr mayor penetración o bien resaltar las anomalías producidas por cambios verticales y horizontales en las rocas. Además, se pueden ampliar los trabajos con los siguientes métodos: Gravimetría y magnetometría. La determinación de las anomalías en los campos
gravitacional y magnético de la Tierra, localizados dentro del prospecto geotérmico, nos permiten identificar las principales estructuras geológicas de la zona por el contraste en sus propiedades (densidad y susceptibilidad magnética). Por ejemplo: fallas, intrusiones, deformaciones, etc. Además, en el caso de la gravimetría también es posible determinar si existe una depositación de minerales hidrotermales con un contraste de densidad respecto a las rocas del yacimiento; y la magnetometría puede ayudar a localizar algunas zonas donde la roca original ha sido demagnetizada por la acción de los fluidos termales. Métodos sísmicos. Los métodos sísmicos se caracterizan por su alto costo, tanto
en los trabajos de campo como en la interpretación de los datos obtenidos. En algunos casos como la exploración petrolera estos métodos son casi indispensables para la localización de los mantos petrolíferos. Sin embargo, en su aplicación a la exploración geotérmica se tiene la desventaja del alto nivel de ruido sísmico existente, ya sea por los cambios de fase o por el movimiento subterráneo de los fluidos termales.
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 15
5.- Herramientas TEDs El estudio del presente proyecto licyt nos brinda un enfoque para comprender aspectos en la fase de exploracion de pozos geotermicos, específicamente en la estimación de reservas geotermicas, aplicando los
sistemas de información
geografíca, tales como abarcamos en este proyecto nos ha permitido poder comprender y caracterizar esta etapa de la cadena productiva, con el trabajo realizado y las clases en la materia, nos guía a un camino para poder ser profesionales competentes.
5.1 Herramientas TIDs En desarrollo del proyecto y lo aprendido en la materia, logramos tener un enfoque, des los sistemas de información geográfico, como herramienta para la estimación de de reservas, saber la diferencia con el avance de la geotermica para obtener el conocimiento necesario en la etapa de la cadena de producción de hidrocarburos, como parte fundamental en el desarrollo de nuestra carreara para poder comprender el conjunto de la cadena productiva, y ser profesionales exitosos.
5.2 Sistemas TICs •
Para la elaboración de este proyecto se ha utilizado el motor de búsqueda web donde hemos recabado mucha información tanto en libros en Pdf, documentos Word.
•
La Computadora: Donde están instalados los programas y la función de internet esta activa para la búsqueda de cualquier información.
•
Microsoft Word: Programa de escritura para la edición de documentos.
•
Archivos PDF: Programa utilizado como herramienta para la lectura de documentos.
•
Power Point: Es un programa para la presentación de diapositivas.
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 16
6. - Conclusión La integración de los SIG en la estimación de reservas de hidrocarburos de la industria petrolera no es un proceso fácil, y requiere a través del entendimiento de los requisitos y detalles de las prácticas de las compañías de petróleo. La tecnología SIG y demás hardware y software han llegado a la etapa en la que ofrecen beneficios tangibles técnicos y económicos para la industria petrolera. No sólo de mejorar los actuales procesos de negocio mediante la profundización de un mejor intercambio de datos y cartografía más precisa, sino que también apoyar los esfuerzos en "proceso de reorganización de los procesos", donde los profesionales técnicos redefinir sus actividades ya que son capaces de acceder a datos críticos de nuevas maneras.
7. - Bibliografía Seminario GIS para Petróleo y Gas Ricardo Cuberos Mejía –
FUENTE: SIG SPRING Versión 4.3
Instituto Nacional de Investigaciones
–
Espaciales (INPE) del Brasil. http://hrudnick.sitios.ing.uc.cl/alumno98/eolica/eolica.htm http://geotermiainnovasl.blogspot.com/2011_06_01_archive.html http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/058/htm/sec_7.h tm http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c 2mareo.php
Tecnológico Boliviano Alemán
Página 17
