almacenamiento geológico de co : planta tecnológica de desarrollo
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“Almacenamiento geológico de
CO2: planta tecnológica de desarrollo de
Hontomín (Burgos)"
CIUDEN
Andrés Pérez-EstaúnProfesor de Investigación
del CSIC
Almacenamiento geológico de CO2 : Tipología
Propiedades del CO2. El CO2 supercrítico
Procesos asociados al almacenamiento
Experiencia existente
La Planta de desarrollo tecnólogico de
almacenamiento de Hontomín (CIUDEN):
- Caracterización
- Fondos de referencia y monitoreo
- Experimentos y desarrollos
CARACTERÍSTICAS DE LA PLANTA DE ALMACENAMIENTO
Rocas almacén y sello:
El ejemplo del petróleo y los almacenes naturales de CO2.
Trampas
Atrapamiento CO2, en la roca almacén:
Estructural No puede ascender, se lo
impide la roca sello
Residual Queda retenido en sus poros.
Capilaridad
Disolución Se va disolviendo en el agua de
esta roca y tiende a hundirse
Mineral Va reaccionando con esta roca
formando minerales que rellenan
sus poros.
Flujo y flotación
J. Carrera, 2011. Procesos hidromecánicos que afectan al almacenamiento
geológico del CO2
Fingering de la salmuera
Hidalgo et al., 2009. Effect of dispersion on the onset of convection during CO2
sequestration. J. Fluid Mech. vol. 640, pp. 441–452
Traspaso de
responsabilidad
al Estado
Selección y caracterización del
emplazamiento
Inyección en la
roca almacén
Pozos de inyección
y de monitorización
Almacenamiento
Pre-operacional OperacionalPost-
operacional
Transferencia
al Estado
Pozos de monitorización
Almacenamiento geológico industrial de CO2
“Ciclo de vida”
Clausura Transferencia
PROYECTOS DEMOSTRACIÓN
INTERNACIONALES:
-Weyburn
-Sleipner
-In Salah
-Frio
-Wattenfall, Altmark
-Ketzin
-Nagaoka
-Lacq
-....
Weyburn
In Salah
KETZIN, Alemania
CO2SINK
-Modelado y comportamiento del CO2 en un acuífero salino,
incluyendo la integridad del almacenamiento, la seguridad y las
metodologías y técnicas de verificación.
-Identificación y caracterización de un reservorio (Planta de
Desarrollo Tecnológico de Almacenamiento) para la
experimentación en almacenamiento de CO2 en un acuífero
salino.
- Desarrollo de las metodologías y tecnologías necesarias para la
caracterización de un reservorio, la inyección de CO2 en el mismo
y su monitoreo posterior.
• Demostrar/promover la viabilidad del
almacenamiento geológico de CO2 desde el punto
de vista medioambiental y económico.
Programa CIUDEN
2010 2011 2012 2013 2014 20152006 2007 2008 2009
2010 2011 2012 2013 2014 20152006 2007 2008 2009
Diseño yConstrucción Planta
Selección dela Planta
Caracterización Geológico-estructural
Evaluación del comportamiento y seguridad a largo plazo
Distribución y destino del CO2 : Procesos-Modelado-Experimentos
Inv. en ingeniería de almacenamiento y técnicas de monitorización Verificación
Planta desarrollo tecnológico
Lab
Estudios
regionales
Almacenes y sellos
Investigación en análogos naturales
CIUDEN - Programa de Almacenamiento geológico de CO2
Monitoreo y verificación (desde los fondos de referencia al cierre)
La Planta de Desarrollo Tecnólogico
de Hontomin:
Modelo de estudio de una planta industrial
- selección
- caracterización
- monitorización
Ayoluengo
Hontomín
Burgos
A partir de un
aselección
realizada en la
Cuenca Vasco-
Cantábrica
Planta Desarrollo Tecnológico-
Hontomín
Actuaciones en el territorio
coordinadas con autoridades
locales y la población
Cenozoico
Bureba, facies
marginales
Bureba Facies
Carcedo Facies
Depósitos aluviales
Cretácico SuperiorCalizas dolomíticas,
Calizas
margas
Dolomitizaciones
Calizas arenosas y margosas
Quinta et al., 2010. UB-Geomodels
0 m
Almacén 1
Lias – Dogger, margas y
pizarras bituminosas
Sello 1
1 cm
1 cm
Jurassic , calizas
1415 – 1487 m
500 m
1000 m
1500 m
UB-Geomodels
Sello
techo
Transició
n
Reservorio
Sello base
H2
Porosidad del
reservorio
Calizas Jurásicas
Datos de los sondeos
pre-existentes
Marquez & Jurado, 2011. ICTJA-CSIC
Hidrogeología e hidrogeoquímica
Emisión natural de gases
Sismicidad Fondos de referencia
Estudio geotérmico
Deformación de la superficie
Biodiversidad vegetal,
Bio-indicadores
PDT Caracterización 2009-2011
Cartografía geológica y estructural
Estudios petrofísicos
3D sísmica Estudios estructurales
Estudio electromagnético
Gravimetría de alta resolución
Modelo geológico 3D
Resistividad eléctrica
de las rocas
Iluminando el interior
de la Tierra con la
energía del Sol (viento
solar).
UB- Geomodels
EVOLUCION PIEZOMÉTRICA
Hidrogeoquimica regional
caracterización HONTOMIN
Hidrogeología
CIEMAT
AITEMIN
Monitoreo emisión de gases:
Fase PRE-INJECTION
- Estimación del fondo de referencia del CO2 (y otros gases)
- Identificación de posibles fugas
- Estudios Isotopicos - C
De Elio et al., 2011
De Lio et al., 2010. UPM- Amphos 21
446400 446500 446600 446700 446800 446900 447000 447100
47
14
50
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90
0
Este
No
rte
2
4
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16
16
De Lio et al., 2010. UPM- Amphos 21
Evaluación de los efectos medioambientales asociados a la inyección de CO2 en acuíferos salinos profundos. BIOINDICADORES
• Objetivo: Efectos sobre los ecosistemas superficiales: Proyecto PISCO2.
• Iniciar ensayos y evaluar el impacto en los distintos biotopos. Aplicación de bioindicadores obtenidos para su uso en la Planta Tecnológica de Hontomín.
U. León, Amphos, AITEMIN
PISCO2 project: Controlled CO2 injection in 4×4×2,5 m cells for bioindicator research. Experiments starting in November 2011 using 18 cells.
Rhizosphere
Concrete liner
CO2 injection
Embedded sensors(T, pH)
Draining pump
Sampling tubes (CO2, CH4, O2)
Gas samplingWatering system
Piezometer
4 m
2.5 m
Injection grids
Top soil
Quartz sand
Gravel
0.5 m
1.7 m
0.3 m
U. León, Amphos, AITEMIN
Sensores:
-Extensométros
-Inclinómetros
-SAR
MEDIDAS DE DESPLAZAMIENTO
Sello
Almacén
(Rutqvist et al., 2009)
Integrar medidas en pozo
con superficiales y
satelitales
Medidas de desplazamiento
DInSAR - existing reflectors - Hontomin
Ground-based SAR (GBSAR) + DInSAR
I Geomática
Red sísmica superficial
(receptores de longitud
de onda corta y larga)
o Sismología pasiva
o Sismicidad inducida
o 4D
IJA, CSIC
Se necesita instrumentar los pozos para conocer
respuesta del sistema
• Forma de “burbuja”: ERT, Sísmica
• Respuesta hidráulica: Presión en formación
• Respuesta mecánica: Extensómetros, Presión
en sello, red obs. sísmica, radar
• Respuesta química: muestreo en obs. e iny.
• Respuesta térmica: sensores de temperatura
N40 m80 m
26 m
74 mH5
(IW)
H7
(MLS)
H6
(GPHS)
H5: pozo de inyección (IW)
H6: pozo de monitoreo
(GPHS, GeoPHysical
System)
H7: pozo de monitoreo
(Multi Level System)
Localización de sondeos. PDT Hontomin
400 m
Downhole seismic monitoring system
Sistema de adquisición de datos sísmicos:
40 niveles con receptores
H-7
Seismic inversion of CO2 distribution at Sleipner (Cooper, 2009). Geological variability causes CO2 plumes to be
complex, which favors CO2 dissolution and relieves some of the geochemical aggression over the caprock .
Geofísica para verificación, control
Sísmica 3D y 4D
Tomografía resistividad
eléctrica (ERT)
Trazado del CO2 inyectado
Muestreo suelo y acuíferos
Courtesy Robin Newmark, LLNL
http://geosciences.llnl.gov/esd/ert/
Balsas de geotextil
para tratamiento de
aguas
Control y
bombas de
aguas
N
Planta de inyección de
CO2
Edificios modulares para
almacén,
oficinas y talleresCentro de
Interpretación
Ubicación del Centro de Interpretación y la Planta de
Desarrollo Tecnológico
Aparcamiento
Vía de acceso
00 100
200 m
H-6
H-7
H-5
Recinto de
los
sondeos
PROGRAMA PRELIMINAR PARA LA PLANTA DE DESARROLLO
TECNOLÓGICO DE ALMACENAMIENTO DE CIUDEN
A. Estrategias de inyección para incentivar la disolución del CO2 en la salmuera:
-1. Metodologías y técnicas para provocar convección durante la inyección. La convección es
fundamental para acelerar la disolución .
-3. Ensayar la inyección del CO2 en diferentes fases. Eficiencia de la inyección de CO2 ya
disuleto.
B. Experimentos de remediación. Uso de diferentes compuesto para el sellado de fallas.
Cuantificación de posibles fugas.
C. Cuantificación del CO2 atrapado y evaluación de los diferentes mecanismos de
atrapamiento. Consecuencias en la estimación de la capacidad del reservorio.
D. Efectos de la presurización durante la inyección en el comportamiento hidro-mecánico del
sello.
E. Desarrollo de nuevas técnicas geofísicas (y no geofísicas) de coste razonable para la
caracterización y monitorización de los almacenamientos.
Consorcio público-privado
Almacenamiento Geológico de CO2
Compañias
Universidades
Miembros industriales
INGVCNR
AMPHOS21
Instituciones Nacionales
Centros tecnológicos
Universidad
de Oviedo
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