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