Caracterización y modelización del espacio poroso de las areniscasde Utrillas: aplicación al almacenamiento geológico de CO2

Barrios, I ; Campos, R ; González, A.M ; Suárez, I .(1) (1) (1) (2)Martínez, R ;(2)

(1) CIEMAT - Departamento de Medio Ambiente - Laboratorio de Caracterizaci n Petrofísica.(2) IGME - Área de investigación del subsuelo y almacenamientos geológicos.

ó PmaC 2

El almacenamiento de CO en acu feros salinos

profundos est considerado como una de las opcionesm s prometedoras, a corto y medio plazo, para la

mitigaci n del Calentamiento Global.

Evaluar la viabilidad de las potenciales formacionesalmac n, requiere el conocimiento de los mecanismos deatrapamiento del CO en estado supercr tico que tendr n

lugar en la roca almac n, ,

y .

Los mecanismos de retención del CO estarán controlados

por las características del espacio poroso. Por ello, el objetivode este estudio es la aplicaci n de la porosimetría porintrusión de mercurio a la caracterización de lamicroestructura porosa de la formación almacén areniscas deUtrillas, realizando su modelización mediante lareconstrucción tridimensional del espacio de poros.

2

2

2

atrapamiento estatigr fico y/oestructural atrapamiento capilar atrapamiento pordisoluci n atrapamiento mineral

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ó

ó

Experimentaci n

La porosimetría por intrusión de mercurio (MIP) es una técnica destructiva que permiteestudiar la red porosa de los materiales en un rango de diámetro de poro entre 0,003 - 360µm.

Está basada en el principio físico por el cual un líquido no reactivo y no humectante nopenetrará por el espacio poroso hasta que no se aplique la presión suficiente para forzar suentrada.

La relación entre la presión aplicada y el tamaño de poro por el cual podrá intruir elmercurio viene dada por la ecuación de Washburn, y a partir de ella podemos calcular laporosidad conectada de la muestra.

Para la reconstrucción tridimensional del sistema poroso se ha utilizando el códigoinformático Pore-Cor. Parte de los datos experimentales de la MIP, realiza la corrección de lascurvas de intrusión y extrusión asociada a errores instrumentales y simula la porosidadconectada de la muestra.

ó :

Trabajo realizado en el marco del Plan Nacional I+D+i 2008-2011 del Ministerio de Economia y CompetitividadCGL2011-24768 en el Laboratorio de Caracterización Petrofísica del CIEMAT en colaboración con el IGME

Geología:

Las areniscas de Utrillas corresponden a undepósito detrítico dividido en dos unidades, másconglomerática hacia la base y más lutítica atecho. Son arcosas o subarcosas con términoscuarzoareníticos e importante presencia dematriz caolinítica y cementos calcíticos, que sonfactores relevantes en el control de la porosidad.

El muestreo de las areniscas se realizó a variasprofundidades en el sondeo SD-1 (Tejada-Burgos), cubriendolas variaciones de facies cortadas por la perforación.

Se tomaron cuatro muestras a diferentes profundidades,

- 63,00m - 35,40m

- 61,30m - 25,40m

rp

�� cos2� (Washburn, 1921)δ

θ

= tensión superficial p = presión

= ángulo de contacto r = radio

Resultados

Las curvas de intrusión-extrusión, resultado del análisismediante MIP, indican ligeras variaciones en el sistema de porosde las diferentes facies analizadas, presentando las facies másprofundas y caolinizadas un volumen de mercurio intruído mayorque las facies más superficiales. Esto se traduce en una mayorporosidad 24,38% y 28,90%, frente al 15,93% y 13,86% de lasmuestras de grano más fino.

La histéresis de estas curvas, debida al mercurio no extruído,muestra lo que denominamos , la cual esdebida a la presencia de poros con forma de cuello de botella quedificultan la extrusión. Este hecho queda patente en lasimulación 3D realizada.

La figura que relaciona radio de poro e intrusión diferencial,muestra la distribución de tamaños de poro. Pese a que lascuatro muestras son principalmente macroporosas -según laclasificación de la IUPAC-, las muestras más caolinizadaspresentan un máximo de tamaño de radio de poro mayor. Laúnica muestra con una presencia significativa de mesoporos esla tomada a 25,40m.

porosidad atrapada

:

Recontrucci n 3D:ó

Se ha modelizado la arenisca de Utrillas de grano fino, con presencia de cemento carbonático, tomada a 35,40m de profundidad, ya que es lamuestra menos alterada y que representa una facies muy común en la formación.

La modelización en el software Pore-Cor consiste en un proceso iterativo en que modificando la estructura y la disposición de poros, seintenta una aproximación cada vez mayor a los resultados experimentales. La reconstrucción del modelo se realiza en una celda cúbica unitariade 1000 poros, considerando que cada poro puede estar interconectado con sus vecinos por dos o más caras, hasta un máximo de seis.

Con la simulación en Pore-Cor se ha conseguido un buen ajuste entre los resultados experimentales y el modelo simulado, lo que hapermitido reproducir una porosidad simulada de un 15,31%, marcando una diferencia de solo el 0,62% con respecto a la porosidad experimental(15,93%). Queda patente la estructura del sistema de poros en cuello de botella, responsable de la histéresis en las curvas de extrusión.Conclusiones:

Dentro de las iniciativas encaminadas a la mitigación delCalentamiento Global, se ha seleccionado la serie siliciclásticadel Cretácico Inferior (areniscas de Utrillas), como formaciónfavorable para elAGP de CO .

Se ha estudiado y modelizado la porosidad de la formaciónalmacén, comprobando que tanto la facies arcósica muycaolinizada, como las subarcosas de grano fino, conporosidades comprendidas entre 28,90% y 13,86%, presentanuna estructura de poros muy favorable para la inyección/retención de CO , por su media-alta porosidad, por ser ésta

fundamentalmente macroporosidad, que facilitará el proceso deinyección y por su geometría en forma de cuello de botella quefacilitaría el atrapamiento del CO en estado supercrítico.

El papel de la caolinización en la generación de porosidadsecundaria, en estas facies de Utrillas, asociada a procesos post-sedimentarios es un área de trabajo muy interesante que se abrepara futuros estudios.

2

2

2

0 2mm PoroGarganta

0 2mmPoro

GargantaMercurio

Estructura porosa Utrillas 35,40m

Mercurio atrapado en el segunda imbibiciónModelo de la red de poros y gargantas

0 2mm PoroGarganta

0 2mmPoro

GargantaMercurio

Estructura porosa Utrillas 35,40m

Mercurio atrapado en el segunda imbibición

0 2mm PoroGarganta

0 2mm0 2mm PoroGarganta

PoroGarganta

PoroGarganta

0 2mm0 2mmPoro

GargantaMercurio

PoroGargantaMercurio

Estructura porosa Utrillas 35,40m

Mercurio atrapado en la segunda imbibiciónModelo de la red de poros y gargantas

VIII CongresoGeológico de

España

2012 - Oviedo

35,40m

61,30m 25,40m

63,00m

3cm

3cm

3cm

3cm

Terciario

Ju

rásic

o C

retá

cic

o

Lia

s

Do

gg

er

Malm

I

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S

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Maastrich.

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Berrias.Titon.Kimmer.Callov.Bathon.Bajoc.

Pur

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illas

Aalen.Toarc.

Cenoman.

Campan.

Santon.

Coniac.

Turonien.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Tejada

453000 455000

4647000 4645000 4643000

1

2

34

5

6

7

8

9

9

7

Escala

0 1 2km

Sondeo SD-1

Alm

acén

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

281.

9

155.

2

83.4

8

45.0

2

24.0

9

12.8

6

6.87

2

3.66

4

2.08

5

1.07

5

0.56

9

0.30

1

0.16

0.08

5

0.04

5

0.02

4

0.01

3

0.00

7

0.00

4

Radio de poro (µm)

Intr

usi

ón

dif

eren

cial

(mL

/g)

63,00m

61,30m

35,40m

25,40m

MesoporosidadMacroporosidad

0 cm 60 cm0 cm 60 cm

Sondeo Nº S-D1 Caja Nº 24 de 55,15m a 59,85 m

0,1 1 10 10014641 1464 146.4 14.64

0

20

40

60

80

100

% d

e m

erc

urio

intr

uíd

o

kPaµm

Dist=1,436

SimuladoExperimental

0,01146413

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

Presión (MPa)

Intr

usió

nacum

ula

da

(mL/g

)

Curvas de intrusión/extrusión

61,30m

63,00m

35,40m

25,40m