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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
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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
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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
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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
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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 ?
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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”
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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 ! ! !
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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
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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
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SISTEMAS GEOTÉRMICOS “OCULTOS”
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Source: Haizlip, 2014
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