LA GEOQUÍMICA DE FLUIDOS: CONTRIBUCIONES Y TENDENCIAS DE INVESTIGACIÓN EN LA EXPLORACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE SISTEMAS GEOTÉRMICOS

TALLER INTERNACIONAL SOBRE ENERGÍA GEOTÉRMICA INTERCAMBIO DE EXPERIENCIAS Y VISIONES ENTRE ITALIA Y MÉXICO, MÉXICO D.F., 18 DE FEBRERO DE 2016

EDGAR R. SANTOYO GUTIÉRREZ

UNAM

México

1904

1959

Pathé, Hidalgo (3,000 kWe) Los Azufres, Michoacán Larderello

Italia

Reconocimiento

Análisis de información Geo

existente

Programación exploración

Exploración

Muestreo y caracterización

química de fluidos

Interpretación

Integración

Modelo Conceptual

Integrado del Reservorio

Producción

Estrategias de Optimización y

Reinyección

Estudios Ambientales

Diseño de Equipo

Criterios Selección, Diseño y Compra

Operación

Planta

Monitoreo, Detección/Solución Problemas

Herramienta de apoyo para la exploración

(evaluación y caracterización del recurso) y la

explotación (utilización-optimización y estudios de

impacto ambiental)

Estudios de la composición química de fluidos

para revelar sus características y los procesos fisicoquímicos dominantes

Determinación de huellas o firmas geoquímicas para clasificar y dilucidar el origen de los fluidos

Determinación de parámetros fisicoquímicos (P, T y

composición) para ayudar a evaluar el potencial disponible

Geoquímica de

Fluidos

Experiencia alcanzada Sistemas Hidrotermales Etapas

Muestreo de

Fluidos

Aguas, Gases y Condensados

Análisis Químicos e Isotópicos

Aguas y Gases

Interpretación

Clasificación y origen Especiación

Grado de saturación Modelación procesos

Química del yacimiento

Estimación de parámetros

fisicoquímicos

P, T y pH

Simulación dinámica de

procesos

Experimentos de interacción roca-agua

Estudios de Trazadores

Trayectorias de flujo y alta permeabilidad

Interferencia

Tareas Específicas de Investigación 1

Geoquímica de Fluidos

Sistemas Hidrotermales

Exploración

Evaluación del Recurso

Composición Química

Rocas y Minerales

Interacción roca-fluido

Alteración hidrotermal

Composición Química e Isotópica

Fluidos

Clasificación y Origen del

Fluido

Temperatura yacimiento

Tipo yacimiento

Tipo Fluido

Trayectorias flujo ¿ Algunas Preguntas Planteadas ?

Sistemas Hidrotermales

Explotación

Caracterización del Recurso

Composición Química

Rocas y Minerales

Interacción roca-fluido

Incrustación/Corrosión /

Erosión

Composición Química e Isotópica

Fluidos

Análisis

BHTp vs BHTm

Procesos geoquímicos gobernantes

Identificación zonas de

producción

Monitoreo producción

Estudios ambientales ¿ Estudios Planteados ?

Evolución y Algunas Contribuciones Importantes

Tarea - Geoquímica Investigaciones Pioneras Estandarización

Técnicas: muestreo y análisis químico confiables

Representatividad Manantiales y

fumarolas Pozos productores

- Agua (salmuera) - Vapor-Gas - Condensado

Naughton et al., 1963: J. Geophys. Res. Ellis et al., 1968: NZ Sci. Res. Report Finlayson, 1970: Geothermics Tonani, 1970: Geothermics Truesdell, 1973: USGS Res. Report Giggenbach, 1975: Bull. Vulcanol. D’Amore & Panichi, 1985: Int. J. Energy Res.

Arnórsson et al., 2006: Appl. Geochem. Nicholson, 2012: Springer Book

Geoquímica analítica Desarrollo de

Metodologías para análisis de elementos mayores

Concentración (ppm)

Técnicas químicas vía húmeda Flamometría, Potenciometría Espectrometría de absorción atómica Cromatografía de iones y gases QC: Balance de cargas Precisión y exactitud

Sensibilidad, Límites de Detección, Selectividad Conc. Traza (ppb) HPLC, CE, ICP-AES, ICP-OES, ICP-MS

Geoquímica de Elementos Traza: REE

“Geochemometrics” Patrón Zig-Zag “Odd-Even”

V

La predicción de temperaturas de fondo constituye una de las

tareas fundamentales para ayudar en la Evaluación del

Potencial Energético de un sistema geotérmico ! ! !

Geotermometría - Predicción de Temperaturas en Sistemas Hidrotermales

SiO2,qtz + 2H2O H4SiO4 Geotermómetros de sílice

NaAlSi3O8 (Albita) + K+ KAlSi3O8 (Feldespato) + Na+

Geotermómetros Na/K

Reacciones: Interacción Agua-Roca-Gas

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O Geotermómetro FT

3CO2 + CH4 = 4CO + 2H2O Geotermómetro CO

Geotermometría Isotópica

Geotermometría de Solutos Multicomponente

Reacciones: Interacción Agua-Roca

Geotermómetro (Referencia) Ecuación geotermométrica (t C)

Na/K (Fournier and Truesdell, 1973) 15.273)}700.0)[K]/[Na]/(log777{

Na/K (Truesdell, 1976) 15.273)}8573.0K/Na/(log6.855{

Na/K (Fournier, 1979) 15.273))}2076.0(483.1K/Na/(log)9.93(1217{

Na/K (Tonani, 1980; citado en

Arnórsson, 2000) 15.273)}780.0K/Na/(log833{

Na/K (Arnórsson, 1983) 15.273)}993.0K/Na/(log933{

Na/K (Arnórsson, 1983) 15.273)}699.1K/Na/(log1319{

Na/K (Nieva and Nieva, 1987) 15.273)}239.1[K]/[Na]/(log1178{

Na/K (Giggenbach, 1988) 15.273)}75.1K/Na/(log1390{

Na/K (Verma and Santoyo, 1997) 15.273))}179.0(615.1K/Na/(log)76(1289{

Na/K (Arnórsson, 2000)

43

2

)[K]/[Na](log544.9)[K]/[Na](log753.95

)[K]/[Na](log189.378)[K]/[Na](log551.7706.733

Na/K (Can, 2002) ))}C(761/(1052{ )252.0)K/Nalog(714.1(

Geotermómetro (Referencia) Ecuación geotermométrica (t C)

Quartz (Fournier, 1977) 15.273)}Slog19.5/(1309{

Quartz (Fournier, 1977) 15.273)}Slog75.5/(1522{

-Cristobalite (Fournier, 1977) 15.273)}Slog78.4/(1000{

-Cristobalite (Fournier, 1977) 15.273)}Slog51.4/(781{

Amorphous silica (Fournier, 1977) 15.273)}Slog52.4/(731{

Chalcedony (Fournier, 1977) 15.273)}Slog69.4/(1032{

Quartz (Fournier & Potter II, 1982)

Slog1.216)77.034(

S)102.421(103.1665S)103.152(

103.6686S0.01337)0.28831(1.345)42.198(

37725

4

Chalcedony (Arnórsson, 1983) 15.273)}Slog91.4/(1112{

Quartz (Arnórsson, 1985)

logS74.360

S105.5132S105.3954S0.365953.5 3724

Chalcedony (Arnórsson, 1991) 15.273)}Slog09.5/(1182{

Chalcedony (Arnórsson, 1991) 15.273)}Slog09.5/(1182{

Moganite (Gíslason, 1997)

Slog19.576

S105.9241S101.2578S0.5311330.7 3724

Quartz (Verma & Santoyo, 1997)

logS0.427)}{79.305(2S)}5101.365(410{1.7414

S0.00573)}{0.24469(0.438)}{44.119(

Quartz (Verma & Santoyo, 1997) S)00179.0(23517.0{)}00.0(82.140{

Quartz (Arnórsson, 2000)

logS74.360

S105.5132S105.3954S0.365955.3 3724

Amorphous silica (Gunnarsson &

Arnórsson, 2000) logS55.114

3S8107.52212S4101.8101S0.2694121.6

Quartz (M.P. Verma, 2000) 15.273)}Slog)}08.0(88.4/({)}7.31(7.1175{{

Geotermómetro (Referencia) Ecuación geotermométrica (t C) Conc.

CO2-H2S-H2-CH4 (D´Amore &

Panichi, 1980) 273.1536.05)})CO(Plog7)CO/SH(log3

)CO/H(log6)CO/CH(log{24775/(2

222

2224

Vol%

H2-CO2 (Nehring & D´Amore,

1984) 222

22

)}COlog(5.0)H{log(14.0

)}COlog(5.0)H{log(97.553.190

Vol%

H2S-CO2 (Nehring & D´Amore,

1984) 222

22

/6)})COlog(()SH1.53{log(

)}6/)CO(log()SH{log(44.563.194{

Vol%

CO2-H2 (Arnórsson &

Gunnlaugsson, 1985) Ec. 1

)H/COlog(57.287.341 22 mmol/kg

CO2-H2 (Arnórsson &

Gunnlaugsson, 1985) Ec. 2

)H/COlog(72.667.311 22 mmol/kg

CO2 (Arnórsson & Gunnlaugsson,

1985) 3

2

222

)}CO{log(52.9

)}CO{log(88.76)}CO{log(25.2691.44

mmol/kg

H2S (Arnórsson & Gunnlaugsson,

1985) Ec. 1

)SHlog(8.447.246 2 mmol/kg

H2S (Arnórsson & Gunnlaugsson,

1985) Ec. 2

)SHlog(04.652.173 2 mmol/kg

H2 (Arnórsson & Gunnlaugsson,

1985) Ec. 1

)Hlog(99.202.277 2 mmol/kg

H2 (Arnórsson & Gunnlaugsson,

1985) Ec. 2

)Hlog(59.382.212 2 mmol/kg

H2S-H2 (Arnórsson &

Gunnlaugsson 1985)

)H/SHlog(48.391.304 22 mmol/kg

H2-Ar (Giggenbach, 1991) )}Ar/Hlog(5.2{70 2 molal

CO2-Ar (Giggenbach, 1991) T/2048T0277.0032.0)Ar/COlog( 2 molal

CH4-CO2 (Giggenbach, 1991) 15.273))}CO/CHlog(4.10/(4625{ 24 molal

H2S (Arnórsson et al., 1998) 6.177)}{log(152.66)}{log(811.4 22

2 SHSH mmol/kg

CO2 (Arnórsson et al., 1998)

8.121)}CO{log(012.72

)}CO{log(068.11)}CO{log(724.4

2

22

32

mmol/kg

H2 (Arnórsson et al., 1998)

1.227)}H{log(168.56

)}H{log(836.5)}H{log(630.6

2

22

32

mmol/kg

Geotermómetro (Referencia) Ecuación geotermométrica (t C)

S16O4+H218O=S16O3

18O+H216O

(Lloyd, 1968) 6.5T/1025.3ln1000 26

S16

O4+H218

O=S16

O318

O+H216

O (Mizutani & Rafter, 1969)

1.4/1088.2ln1000 26 T

CH3D+H2=HD+CH2

(Bottinga, 1969) 28.238T/1086.31T/109.288ln1000 263

32SO4+H234S=34SO4+H2

32S (Kusakabe, 1974)

6.2/1004.6ln1000 26 T

CH3D+H2=HD+CH2

(Craig, 1975) 9.90T/1095.8T/1027.181ln1000 41226

HD+H2O=H2+HDO (Richet et al., 1977)

284T/10196.25T/108.396ln1000 263

HD+H2O=H2+HDO (Richet et al.,1977)

3.217/1076.11/108.396ln1000 263 TT

C16O2+H218O=C16O18O+H2

16O (Richet et al., 1977)

887T/10941.2T/10849.7ln1000 263

C16O2+H218O=C16O18O+H2

16O (Richet et al, 1977.)

6.19T/10626.7T/1029.18ln1000 263

12CO2+13CH4=

13CO2+12CH4

(Lyon & Hulston, 1984) 9.56-T/ 102.432T/ 1015.251000ln 263

12CO2+13CH4=

13CO2+12CH4

(Lyon & Hulston, 1984)

273)0.9ln1000/15790()C(t

SISTEMAS GEOTÉRMICOS “OCULTOS”

Source: Haizlip, 2014