Vii Geotermia

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TEMA 8 GEOTERMIA Objetivo.- El alumno conocerá y explicará las principales características geológicas de los yacimientos geotérmicos. Conocerá la metodología que se utiliza en la evaluación de áreas de interés geotérmico. Contenido 8.1 Conceptos fundamentales. 8.2 Causas del incremento de la temperatura en el subsuelo. 8.3 Clasificación de campos geotérmicos. 8.4 Aplicaciones y usos de la energía geotérmica. 8.5 Zonas y yacimientos de México.

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Diapositiva 1

TEMA 8 GEOTERMIA

Objetivo.- El alumno conocer y explicar las principales caractersticas geolgicas de los yacimientos geotrmicos. Conocer la metodologa que se utiliza en la evaluacin de reas de inters geotrmico.

Contenido

8.1Conceptos fundamentales.8.2Causas del incremento de la temperatura en el subsuelo.8.3Clasificacin de campos geotrmicos.8.4Aplicaciones y usos de la energa geotrmica.8.5Zonas y yacimientos de Mxico. LA ENERGA GEOTERMICA Es la energa calorfica proveniente del ncleo de la tierra.La geotermia es el calor del interior de la tierra que se ha concentrado en ciertos sitios del subsuelo, conocidos como yacimientos geotrmicos. Un yacimiento geotrmico tpico se compone de una fuente de calor, un acufero y la llamada capa sello. La fuente de calor es generalmente una cmara magmtica en proceso de enfriamiento. El acufero es cualquier formacin litolgica con la permeabilidad suficiente para alojar agua meterica percolada desde la superficie. La capa sello es otra formacin, o parte de ella, con una menor permeabilidad, cuya funcin es impedir que los fluidos geotrmicos se dispersen totalmente en la superficie. Geo () =Termal () =Tierra

CalorSe desplaza hacia la superficie con el magma a travs de las fisuras existentes en las rocas del interior de la tierra2

SISTEMA GEOTRMICOCMARA MAGMTICAACUFEROCALORCALORCALOROrigen de los recursos geotrmicos.

Los recursos geotrmicos se localizan preferentemente en los lmites entre las diversas placas tectnicas en las que est fragmentada la capa slida ms externa del planeta conocida como litsfera. Particularmente en los lmites de tipo convergente, donde chocan entre s dos placas y una se introduce debajo de la otra en un fenmeno conocido como subduccin, es muy frecuente la formacin de magmas que eventualmente pueden actuar como fuentes de calor para dar lugar a sistemas geotrmicos. D otro clic para ver un modelo que esquematiza el proceso de subduccin

LA TIERRACortezaEspesor = 12 80 kmgranito, basaltoDiscontinuidad de MohorovichMantosilicatos comprimidosde hierro y magnesio.Discontinuidad de Repetti = 700 km(manto superior e inferior)Discontinuidad de Gutenberg = 2900 kmNcleo externo2100 km de espesorhierro y nquel fundidos.Presin en la superficie del ncleo = 1.5 millones de atmsferasDiscontinuidad de Lehman = 5150 km

Ncleo interno1370 km de espesorHierro y nquel slidos.Presin en el centro de la Tierra = 3.5 millones de atmsferasTemperatura > 5000 oC

Dimetro medio = 12,742 km

TEMPERATURAS EN LA TIERRAProfundidad(kilometros)2,0004,0006,000 Temperatura (Celsius)4,0005,0003,000Geotermia para generar energa elctrica

Como los sistemas geotrmicos se forman preferentemente en los bordes entre placas tectnicas, donde tambin suelen ocurrir fenmenos de vulcanismo y sismicidad, los pases ubicados en o cerca de esos sitios son los que poseen ms recursos geotrmicos.Una gran cantidad de pases utiliza la geotermia de manera directa para diversas aplicaciones (calefaccin, balnearios, deshidratacin de vegetales, invernaderos, secado de madera, bombas de calor, etc.), pero slo 24 pases, hasta la fecha, la emplean de manera indirecta para generar energa elctrica.Esos pases tienen una capacidad geotermoelctrica instalada total dems de10mil megawatts, estando ahora Mxico en cuarto lugar, como se observa en la tabla siguiente que incluye datos adiciembre de 2009. Los datos sern actualizados despus de la celebracin del Congreso Geotrmico Mundial en abril de 2010.

"Al desarrollar un proyecto de una planta de 50 MW para medio milln de habitantes, por ejemplo, la perforacin de un pozo cuesta US$ 2 millones. Y se necesitan al menos 6 pozos. Una central de generacin cuesta unos US$ 50 millones. En promedio, su instalacin puede costar 84 millones de dlares. Y la generacin de cada kilowatt bordea los 4 centavos de dlar".

PASMWe1. Estados Unidos3,093.52. Filipinas1,912.23. Indonesia1,197.34. Mxico958.05. Italia842.56. Nueva Zelanda628.07. Islandia574.68. Japn555.29. El Salvador204.410. Kenya167.011. Costa Rica165.512. Nicaragua87.513. Rusia81.914. Turqua81.615. Papa-Nueva Guinea (Isla Lihir)56.016. Guatemala52.017. Portugal (Islas Azores)28.518. China (incluye Tibet)24.219. Francia (Isla Guadalupe y Alsacia)16.220. Etiopa7.321. Alemania6.622. Austria1.423. Australia1.124. Tailandia0.3TOTAL10,742.8La geotermia en MxicoHay cinco campos geotrmicos identificados en Mxico, cuatro de las cuales se encuentran bajo explotacin con una capacidad total instalada de 958 MW, lo que representa el 2.1% de la capacidad elctrica total del pas operada por la Comisin Federal de Electricidad (CFE).

CMARA MAGMTICAt > 1000OCYACIMIENTO GEOTRMICOt = 240 - 300OCPOZO PRODUCTORPOZO INYECTORROCA IMPERMEABLE(CAPA SELLO)SEPARADORTURBINAGENERADORTRANSFORMADORLNEA DETRANSMISINVAPORSALMUERA Y CONDENSADOS t = 60OCMEZCLAAGUA-VAPORSILENCIADORINGENIERA DE YACIMIENTOSINGENIERA DE PRODUCCINROCA IMPERMEABLEOBJETIVO DEL INGENIERO DE YACIMIENTOSEVALUAR LA CAPACIDAD DE GENERACIN DE ENERGA ELCTRICA DE:

Los pozos productores

Del yacimiento geotrmico

EVALUAR LA CAPACIDAD DE ACEPTACIN DE FLUIDOS DE LOS POZOS INYECTORES

ESTABLECER LOS CRITERIOS DE EXPLOTACIN DEL YACIMIENTO

ESTABLECER LOS CRITERIOS DE EXPANSIN DEL CAMPOCapacidad pozos productores: Se define cuanto vapor y agua producen y con que presiones; y cuanta energa trmica se puede convertir a energa elctrica.Si los fluidos son muy incrustantes o corrosivos.Del yacimiento se evala cuanta energa contiene y cuanta se puede convertir en energa elctrica. Se evala la longevidad del yacimiento.

Se evala cuanta salmuera acepta cada uno de los pozos inyectores y con que periodicidad se presentaran fenmenos de incrustacin. Se planea la forma en que se distribuir la inyeccin en el campo.

Se realizan pronsticos con diversos esquemas de explotacin para definir la forma ms eficiente para explotar el yacimiento.

Se realizan pronsticos a futuro y se analiza el comportamiento de cada pozo para establecer si no se est sobreexplotando el yacimiento y hacia donde se podra expandir el campo.

11 MODELO CONCEPTUAL DEL YACIMIENTO DATOS GEOLOGICOS DATOS GEOFISICOS DATOS GEOHIDROLOGICOS DATOS GEOQUIMICOS DATOS DE PRUEBAS EN POZOS MODELO GEOLOGICO MODELO GEOFISICO MODELO GEOHIDROLOGICO MODELO GEOQUIMICO MODELO DE INGENIERIA DE YACIMIENTOSMODELO CONCEPTUAL DEL YACIMIENTOEn el estudio de los yacimientos geotermicos participan diferentes ramas de las ciencias. Cada disciplina va creando su propia manera de explicar lo que esta ocurriendo en la realidad y que es llamado el modelo de interpretacion.Los modelos difieren porque cada disciplina persigue diferentes objetivos. Y trabaja con informacion diferente y especializada.La integracion de los cinco modelos de interpretacion converge en un modelo final que intenta ser la mejor explicacion del fenomeno fisico real. Este se llama modelo conceptualEl modelo conceptual es util para los pronosticos del comportamiento del yacimiento, localizacion de pozos productores e inyectores, terminacion de pozos planeacion de reparacion de pozos, operacin de pozos, planeacion de pozos de respaldo, planeacion de la expansion del campo.12 DATOS DE PRUEBAS EN POZOS MODELO DE INGENIERIA DE YACIMIENTOSCARACTERIZACION DEL YACIMIENTOEl ingeniero de yacimientos debe estar involucrado en el proyecto geotrmico desde que inicia la etapa de exploracin y continuara durante toda la vida de explotacin del campo. Presion media de yacimiento, Py

Temperatura media de yacimiento, Ty

Conductividad de la formacion, kh

Coeficiente de almacenaje, Cth

Radio de influencia, re

Indice de productividad, q/p

Indice de inyectividad, q/p

Area del yacimiento, A

Espesor del yacimiento, h

Actualmente existen ms de 50 yacimentos geotrmicos alrededor del mundo en donde estan instaladas plantas de generacion de energia electrica. 24 paises. Algunos han alcanzado la madurez, otros no llegaron a ser productivos como inicialmente se esperaba y algunos otros han sido desarrollados mas alla de sus expectativas iniciales.Si los yacimentos son explotados mas alla de sus capacidades, la declinacion pronunciada del fluido y de la extraccion del calor sera inevitable.La explotacion debe ser definida en base al estudio detallado del comportamiento conocido del yacimiento y del pronostico acerca de su evolucion.

Hace mas de 40 aos la ingeniera de yacimientos naci para explicar los fenmenos fsicos que ocurren en los yacimientos.

13LA FRACCIN VACA DE LA MASA DE ROCAGRANOS DE ROCAPOROPOROSIDAD = VOLUMEN DEL ESPACIO DEL POROVOLUMEN TOTAL DE LA ROCA= % O FRACCINPOROSIDAD

Porosidad primaria o intergranular Son los espacios vacos entre los fragmentos o partculas despus de su acumulacin como sedimento

Las partculas pueden variar en el tamao y la forma

Porosidad secundaria o inducida (FRACTURA) Es consecuencia de agentes geolgicos como: Fracturamiento Fisuramiento Lixiviacin (disolucin o lavado de la roca)

CLASIFICACIN DE LA POROSIDAD SEGN SU ORIGENPOROSIDAD TOTAL t = POROSIDAD PRIMARIA 1a + POROSIDAD SECUNDARIA 2a Porosidad primaria.- depende de Uniformidad del tamao de granos, Forma de los granos, Rgimen de depositacin y Compactacin. Presenta caractersticas ms uniformes.Cemento.- La substancia que mantiene juntos los diversos granos o particulas, como el cuarzo o la calcita. Una roca bien cementada tendr una porosidad menor que una mal cementadaCompactacin.- Es el grado de alteracin del tamao y forma de las partculas debido a la presin de las rocas suprayacentes.

En este concepto se basan los modelos de doble porosidad para anlisis de pruebas de presin. La porosidad intergranular est en la matriz de roca y la secundaria en las fracturas

15ALGUNOS POROS PUEDEN ESTAR CERRADOS Y ALGO DE FLUIDO ESTAR AISLADO.

CUANDO HAY FLUJO EN EL YACIMIENTO SOLO UNA PARTE EST EN MOVIMIENTO.POROSIDAD EFECTIVA e = VOLUMEN DE FLUIDO QUE SE PUEDE MOVERVOLUMEN DE FLUIDO ALMACENADO= %

total o absoluta = efectiva + no efectivaPorosidad efectivaPorosidad no efectivaPorosidad efectiva.- poros interconectadosPorosidad no efectiva.- poros no interconectadosPorosidad absoluta.- efectiva ms no efectiva. Espacio total de roca vaco respecto a la masa total sin tomar en cuenta si estn conectados o no.16FACTORES QUE AFECTAN LAS POROSIDAD- Tipo de arreglo de las esferas.- Presencia de material cementante.- Geometra y distribucin del tamao de los granos. - Presin de las capas suprayacentes. Tipo de arreglo de las esferas

Arreglo cbico

Arreglo ortorrmbicoArreglo rombodricototal o absoluta = 47.64%total o absoluta = 39.54%total o absoluta = 25.90%

Tipo de empaque.- La porosidad puede variar de acuerdo a como estn distribuidas las esferas: rmbico, ortormbico.

Si se tiene un medio poroso compuesto por esferas de igual tamao, las cuales se encuentran dispuestas formando un arreglo cbico, la porosidad obtenida es de 47.64%. Si modificamos la disposicin espacial de las esferas manteniendo el tamao de las mismas, podemos obtener diversos tipos de arreglos, cada uno de los cuales presentar una porosidad diferente. Algunos de los arreglos que se pueden obtener son el arreglo ortorrmbico y el arreglo rombodrico.El arreglo ortorrmbico y el arreglo rombodrico presentan una porosidad inferior a la del arreglo cbico, 39.54% y 25.9% respectivamente. Esta disminucin en la porosidad se debe a una reduccin en el volumen poroso del sistema, ya que parte de las esferas ocupan un volumen que anteriormente se encontraba vaco.

17 LABORATORIO

LA POROSIDAD TOTAL SE PUEDE MEDIR EN PERFILES DE POZOS.

LABORATORIO:MEDICIN DE LA POROSIDAD

Muestra entre 25 40 mmde dimetroSi la muestra es uniforme se obtiene el volumen midiendo la muestra con un vernierSi es irregular la muestra se obtiene midiendo el volumen de fluido desplazado por la muestra

18Mtodos gravimtricos.

- Recubrimiento de la muestra con parafina e inmersin en agua. - Saturacin de la muestra e inmersin en el lquido saturante. - Inmersin de la muestra seca en mercurio.

Mtodos volumtricos.

- Picnmetro de mercurio - Inmersin de una muestra saturadaMEDICIN DE LA POROSIDAD LABORATORIO

Si la muestra es uniforme se obtiene el volumen midiendo la muestra con un vernierSi es irregular la muestra se obtiene midiendo el volumen de fluido desplazado por la muestra

Picnmetro de mercurio.- Consiste en determinar el volumen de un picnmetro lleno con mercurio hasta una seal. Luego se coloca la muestra y se inyecta mercurio hasta la seal. La diferencia entre los dos volmenes de mercurio representa el volumen total de la muestra.

Inmersin de una muestra saturada.- consiste en determinar el desplazamiento volumtrico que ocurre al sumergir la muestra en un recipiente que contiene el mismo lquido empleado en la saturacin.

El mtodo de desplazamiento con mercurio es prctico para determinar el volumen total de muestras cuando se encuentran bien cementadas, de lo contrario debe emplearse el mtodo de inmersin de una muestra saturada.

19 Mtodo de inyeccin de mercurio Medicin del volumen poroso efectivo. Mtodo del porosmetro de Helio. Mtodo de saturacin de Barnes

MEDICIN DE LA POROSIDADMtodo de inyeccin De Mercurio.- Se inyecta mercurio a alta presin en los poros de la muestra. El volumen de mercurio inyectado representa el volumen poroso efectivo de la muestra.

Porosmetro de Helio.- Un volumen conocido de Helio es presurizado y expandido isotrmicamente en un volumen vaco conocido. Despus de la expansin, la presin de equilibrio resultante estar dada por la magnitud del volumen desconocido; esta presin es medida, usando dicho valor y la Ley de Boyle, se calcula el volumen desconocido, el cual representa el volumen poroso de la muestra.

Saturacin de Barnes.- . Consiste en saturar una muestra limpia y seca con un fluido de densidad conocida y determinar el volumen poroso por ganancia en peso de la muestra.

MEDICIN DE LA POROSIDAD LABORATORIOTodos los mtodos utilizados para determinar el volumen poroso miden el volumen poroso efectivo, y se basan en la extraccin o introduccin de fluidos en el espacio poroso.

Mtodo de inyeccin de mercurio Consiste en inyectar mercurio a alta presin en los poros de la muestra. El volumen de mercurio inyectado representa el volumen poroso efectivo de la muestra.

Mtodo del porosmetro de helio Su funcionamiento est basado en la Ley de Boyle, donde un volumen conocido de helio (contenido en una celda de referencia) es lentamente presurizado y luego expandido isotrmicamente en un volumen vaco desconocido. Despus de la expansin, la presin de equilibrio resultante estar dada por la magnitud del volumen desconocido; esta presin es medida. Usando dicho valor y la Ley de Boyle, se calcula el volumen desconocido, el cual representa el volumen poroso de la muestra.

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Registro snico. Medicin de la porosidad con Registro de densidad. Registros de pozos Registro neutrn.

MEDICIN DE LA POROSIDADRegistro snico.- El perfil snico mide el tiempo de transito tlog (en microsegundos) que tarda una onda acstica compresional en viajar a travs de un pie de la formacin, por un camino paralelo a la pared del pozo.

Registro de densidad.- Responde a la densidad de electrones de la roca. La porosidad se obtiene a partir de los valores de densidad de formaciones limpias y saturadas de lquidos.

Registro neutrn.- . Responde a la presencia de tomos de hidrgeno. El agua est constituida por tomos de hidrgeno, la respuesta de corresponde a una medida de la porosidad.

MEDICIN DE LA POROSIDAD PERFILES DE POZOSLa porosidad de una roca puede ser determinada a travs de mediciones de uno, o una combinacin de varios, de los siguientes registros de pozos:

La velocidad del sonido en formaciones sedimentarias depende principalmente del material que constituye la matriz de la roca (arenisca, lutita, etc.) y de la distribucin de la porosidad.

Registro de densidad.-Este tipo de perfil responde a la densidad de electrones del material en la formacin. La porosidad se obtiene a partir de los valores de densidad de formaciones limpias y saturadas de lquidos. Para poder determinar la porosidad utilizando un perfil de densidad es necesario conocer la densidad de la matriz y la densidad del fluido que satura la formacin. Esta densidad est relacionada con la porosidad de acuerdo a la siguiente relacin:

Registro neutrn Este perfil responde a la presencia de tomos de hidrgeno. Debido a que la cantidad de hidrgeno por unidad de volumen contenido en el agua y en el petrleo es muy similar, la respuesta de este registro corresponde bsicamente a una medida de la porosidad. Debido a que este tipo de registro responde a la presencia de tomos de hidrgeno, estos tambin pueden provenir de aquellos tomos combinados qumicamente con los minerales que conforman la matriz de la roca. El perfil lleva generalmente una escala en unidades de porosidad basado en una matriz calcrea o de areniscas.

21LA CAPACIDAD QUE TIENE UNA ROCA PARA PERMITIR EL FLUJO DE FLUIDOS A TRAVS DE SUS POROS INTERCONECTADOS

La roca slo es permeable cuando los poros estn conectadosPOROPERMEABILIDAD ANISOTROPICA: PREDOMINA EN UNA DIRECCINPERMEABILIDAD ISOTROPICA: ES LA MISMA EN TODAS DIRECCIONESPERMEABILIDADROCA

En general puede decirse que las rocas ms porosas con grano de tamao uniforme tienen una mayor permeabilidad que las menos porosas, y aunque la porosidad pueda ser alta en algunas rocas de grano fino, la reduccin en el tamao de los poros trae como resultado una disminucin en la capacidad de flujo dentro de la roca. En consecuencia, la permeabilidad disminuye.LA POROSIDAD ES UNA MEDIDAD DE LOS ESPACIOS POROSOS Y PERMEABILIDAD ES UNA MEDIDA DE QUE TAN BIEN ESTAN CONECTADOS ESOS POROS.

22Absoluta.- Es la capacidad que tiene una roca de permitir el flujo de fluidos a travs de sus poros interconectados, cuando el medio poroso se encuentra completamente saturado por un fluido

Efectiva.- Cuando hay ms de una fase, es la capacidad que tiene una roca para permitir el flujo de cada una de las fases. kel + kev + keg < k absoluta

Relativa.- Es la razn entre la permeabilidad efectiva y la permeabilidad absoluta.

Kr= Kx/Kabs

Kr = Permeabilidad relativa. Kx = Permeabilidad efectiva. Kabs = Permeabilidad absoluta.

krl + krv + krg < 1Clasificacin de la permeabilidadTRES TIPOS DEPERMEABILIDADLa permeabilidad absoluta se define como la capacidad que tiene una roca de permitir el flujo de fluidos a travs de sus poros interconectados, cuando el medio poroso se encuentra completamente saturado por un fluido.

permeabilidad efectiva.-Cuando ms de una fase se encuentra presente en un medio poroso, la conductividad o capacidad que tiene una roca de permitir el flujo de cada una de las fases a travs de dicho medio poroso se define como permeabilidad efectiva. La permeabilidad efectiva a una fase dada es menor que la permeabilidad absoluta y es funcin de la saturacin de la fase.

La sumatoria de las permeabilidades efectivas siempre es menor que la permeabilidad absoluta, debido a las siguientes razones:- Algunos canales que normalmente permiten el flujo cuando existe una sola fase, son bloqueados cuando dos o ms fases se encuentran presentes en el medio poroso, por ello, el nmero total de canales que permiten el flujo se reduce y la capacidad que tiene la roca de permitir el flujo de fluidos es menor.- La presencia de interfases entre los fluidos que saturan el medio poroso, implican la presencia de tensiones interfaciales y presiones capilares, por lo tanto se generan fuerzas que tienden a disminuir la velocidad de flujo de los fluidos a travs del medio poroso.

23La permeabilidad es medida haciendo pasar un fluido de viscosidad conocida a travs del ncleo, al cual se le han medido las dimensiones (A y L), Luego se determina el flujo q y la cada de presin P. Con la ecuacin de Darcy se calcula la permeabilidad:

MEDICIN DE LA PERMEABILIDAD ABSOLUTA

qLk = A PDurante las mediciones de la permeabilidad se deben cumplir las siguientes condiciones: - Flujo laminar (viscoso).- No reaccin entre el fluido y la roca.- Presencia de una sola fase saturando el 100% del espacio poroso. Usualmente se utilizan gases secos como N2, He o aire, para determinar la permeabilidad, con la finalidad de minimizar las reacciones entre el fluido y la roca.Las mediciones de permeabilidad se restringen a regiones de bajas tasas de flujo (flujo laminar). Para altas tasas de flujo, la ecuacin de Darcy es inapropiada para describir la relacin entre la tasa de flujo y la cada de presin.Al utilizar gas seco para medir la permeabilidad, la tasa de flujo volumtrica de gas q, vara con la presin, debido a la alta compresibilidad del gas, por lo tanto se debe utilizar el valor de q medido a la presin promedio en el ncleo

A continuacin se describe brevemente el procedimiento experimental utilizado para determinar la permeabilidad absoluta de una muestra:- Introducir la muestra en un tapn de goma, de forma tal que quede lo suficientemente ajustada, garantizando que cualquier fluido que entre al ncleo pueda escapar a la atmsfera solo despus de haber atravesado toda su longitud.- Colocar el tapn con la muestra dentro del portancleos.- Abrir la llave de paso de la bombona.- Regular el flujo de gas hasta un determinado valor de diferencial de presin.- Leer el flujo de gas en el rotmetro.- Realizar la medida para diversos valores de presin.- Leer la temperatura del gas que circula por la muestra.- Determinar las dimensiones del ncleo con un vernier.- Con la temperatura leda determinar la viscosidad del gas utilizado.- Utilizar la Ley de Darcy para calcular la permeabilidad.- Debido a que el fluido utilizado es un gas y se trabaja a bajas presiones, los valores de permeabilidad obtenidos sern mayores a la permeabilidad real de la muestra (debido al efecto Klinkenberg). Para corregir este efecto se debe realizar una grfica de permeabilidad versus el inverso de la presin promedio. Con los puntos obtenidos se debe ajustar la mejor recta. La interseccin de esta recta con el eje Y ser el valor de la permeabilidad de la muestra corregida por el efecto Klinkenberg.

24SATURACIN DEL FLUIDO EN UNA ROCA La saturacin de un medio poroso con respecto a un fluido se define como

La fraccin del volumen poroso de una roca que esta ocupada por dicho fluido.

Vx Sx = Vt

Sx = Saturacin de la fase X. Vx = Volumen que ocupa la fase X. Vt = Volumen poroso total de la roca.

La sumatoria de las saturaciones de todos los fluidos que se encuentran presentes en elespacio poroso de una roca, debe ser igual a 1.

En un medio poroso saturado por agua, vapor y gas:

Sa + Sv + Sg = 1

Las saturaciones se expresan en porcentaje.una saturacin en agua (Sw) del 30% significa que 3/10 del espacio de los poros est lleno de agua.25TORTUOSIDAD

Canalesde flujoEs la medida de la desviacin que presenta el sistema poroso real respecto a un sistema equivalente de tubos capilares = tortuosidadLr = longitud del trayecto de flujoL = Longitud de la muestra de roca Lr = L2A medida que el medio poroso se asemeja a un tubo capilar, la tortuosidad del sistema se aproxima a 1Los poros interconectados de la roca que representan los canales de flujo de fluidos en el yacimiento no son tubos capilares rectos ni tampoco tienen pared lisa.

Debido a la presencia de interfases entre fluidos, que originan presiones capilares que afectan los procesos de desplazamiento, es necesario definir la tortuosidad

El menor valor de tortuosidad que se puede obtener es 1, el cual se obtiene cuando la longitud real del trayecto del flujo es igual a la longitud de la muestra de roca.

26CONDUCTIVIDAD TRMICAEs una propiedad fsica de los materiales que mide la capacidad de conduccin de calor A nivel molecular las molculas intercambian su energa cintica sin producir movimientos globales de materia. No existen movimientos macroscpicos de materia.Todas las formas de materia condensada tienen la posibilidad de transferir calor mediante conduccin trmica, se expresa a travs del coeficiente de conductividad trmica en W/(mK) Se presentan movimientos macroscpicos de materia La conveccin trmica solo resulta posible en lquidos y gases. CONVECCIN TRMICALos slidos transfieren calor bsicamente por conduccin trmica, mientras que para gradientes de temperatura los lquidos y los gases transfieren la mayor parte del calor por conveccin.

En otras palabras la conductividad trmica es tambin la capacidad de una sustancia de transferir la energa cintica de sus molculas a otras molculas adyacentes o a substancias con las que est en contacto.

En algunos procesos industriales se trabaja para incrementar la conduccin de calor, bien utilizando materiales de alta conductividad o configuraciones con un elevado rea de contacto. En otros, el efecto buscado es justo el contrario, y se desea minimizar el efecto de la conduccin, para lo que se emplean materiales de baja conductividad trmica, vacos intermedios, y se disponen en configuraciones con poca rea de contacto..La tabla que se muestra a continuacin se refiere a la capacidad de ciertos materiales para transmitir el calor. El coeficiente de conductividad trmica () caracteriza la cantidad de calor necesario por m2, para que atravesando durante la unidad de tiempo, 1 m de material homogneo obtenga una diferencia de 1 C de temperatura entre las dos caras. La conductividad trmica se expresa en unidades de W/(mK) (J/(s m oC)). Es una propiedad intrnseca de cada material que vara en funcin de la temperatura a la que se efecta la medida, por lo que suelen hacerse las mediciones a 300 K con el objeto de poder comparar unos elementos con otros. Es un mecanismo molecular de transferencia de calor que ocurre por la excitacin de las molculas. Se presenta en todos los estados de la materia pero predomina en los slidos.

La conveccin es una de las tres formas de transferencia de calory se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (aire, agua) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La conveccin se produce nicamente por medio de materiales fluidos. stos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, disminuyen su densidad y ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que est a menor temperatura. Lo que se llama conveccin en s, es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido.

La transferencia de calor por conveccin se expresa con la Ley del Enfriamiento de Newton. dQ/dt = h As (Ts Tinf)Donde h es el coeficiente de conveccin ( coeficiente de pelcula), As es el rea del cuerpo en contacto con el fluido, Ts es la temperatura en la superficie del cuerpo y es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.

27TERMODINMICA TERMO : CALOR DINMICA : MOVIMIENTO

LEYES DEL MOVIMIENTO Y SU RELACIN CON LAS FUERZAS QUE LA PRODUCENLA MEDIDA DEL MOVIMIENTO DE LA MATERIA SE LLAMA ENERGA. ENERGA CINTICA: LA QUE POSEE UN CUERPO EN VIRTUD DE SU MOVIMIENTO ENERGA POTENCIAL: LA QUE POSEE UN CUERPO EN VIRTUD DE SU POSICIN EN UN CAMPO DE FUERZA. ENERGA TRMICA: LA QUE POSEE UN CUERPO DEBIDO A SU TEMPERATURA ENERGA DE UNA SUBSTANCIA DEBIDO A SU COMPOSICIN ENERGA DE UN CUERPO DEBIDO A SU MASA: EQUIVALENCIA MASA-ENERGA ENERGA MECNICA PRODUCIDA POR UN MOTOR, TURBINAEl movimiento es un atributo de la materia; es indestructible como la misma materia y se manifiesta de diferentes formas en la naturaleza28

CALOR DE FUSIN

Es el calor extrado de los alrededores para el proceso de cambio de fase slida a lquida

Qfus = Hfus. CALOR SENSIBLE

Es el calor extrado de los alrededores y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado. Qs = HL = m Cp (t2 t1)

CALOR LATENTE DE VAPORIZACIN

Es el calor extrado de los alrededores para el proceso a presin constante, de cambiode fase de lquido a vapor.

Qvap = Hvap.

Calor sensible.- En general, se ha observado experimentalmente que la cantidad de calor necesaria para calentar o enfriar un cuerpo es directamente proporcional a la masa del cuerpo y el nmero de grados en que cambia su temperatura. La constante de proporcionalidad recibe el nombre de calor especfico.

En donde m es la masa del cuerpo; Cp es el calor especfico a presin constante (definido como la cantidad de calor requerida para aumentar en un grado la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo a presin constante), t2 es la temperatura final y t1 es la temperatura inicial del cuerpo29MEDICIONES EN POZOS GEOTRMICOSETAPAS DE UN POZO GEOTRMICO PERFORACIN

CALENTAMIENTO

INDUCCIN O INICIO DE LA INYECCIN

PRODUCCIN O INYECCIN (explotacion)OBJETIVO:

IDENTIFICAR LA PRESENCIA DE UN YACIMIENTO GEOTRMICO Y SU CAPACIDAD PARA GENERAR ENERGA ELCTRICA

ETAPA DE PERFORACIN TEMPERATURA DE ENTRADA Y SALIDA DEL FLUIDO DE PERFORACIN PERDIDAS DE CIRCULACIN DEL FLUIDO DE PERFORACIN GEOQUMICA (Boro, slice, H2S) TERMOMINERALES (EPIDOTA) ANLISIS RECORTES DE PERFORACIN (LITOLOGA)INDICADORESOBJETIVO: IDENTIFICAR LA PRESENCIA DE UN YACIMIENTO GEOTERMICO31

INDICADORES DURANTE LA PERFORACINCuando se perfora un pozo con barrena rotatoria y usando lodo de perforacin se mantiene el peso del lodo de manera que exceda la presin de los fluidos que pueden Haber en las formaciones que se perforan; en esta forma se evita que los fluidos de las perforaciones penetren en el pozo y produzcan un descontro.

Esta prctica tiene la desventaja de alterar el contenido de fluido de la perforacin cerca del pozo (materia de estudio de las mediciones), pues la presin del lodo de perforacin hace que este se inyecte (filtracin) en la formacin y desplace el fluido presente en ella. Este proceso recibe el nombre de invasin.

Varios factores determinan la invasin en una formacin: la perdida del agua del lodo; diferencia de presin entre las columnas de lodo y del pozo; tiempo de contacto de la formacin con el lodo de perforacin (a mayor tiempo mayor espesor de la invasin); porosidad y permeabilidad.

32Cuando se perfora un pozo con barrena rotatoria y usando lodo de perforacin se mantiene el peso del lodo de manera que exceda la presin de los fluidos que pueden haber en las formaciones que se perforan; en esta forma se evita que los fluidos de las perforaciones penetren en el pozo y produzcan un descontrol.

Esta prctica tiene la desventaja de alterar el contenido de fluido de la perforacin cerca del pozo (materia de estudio de las mediciones), pues la presin del lodo de perforacin hace que este se inyecte (filtracin) en la formacin y desplace el fluido presente en ella. Este proceso recibe el nombre de invasin.

Varios factores determinan la invasin en una formacin: la perdida del agua del lodo; diferencia de presin entre las columnas de lodo y del pozo; tiempo de contacto de la formacin con el lodo de perforacin (a mayor tiempo mayor espesor de la invasin); porosidad y permeabilidad.INDICADORES DURANTE LA PERFORACIN

LITOLOGA

0 - 20m POMEZ20-540m BASALTO540-750m TOBA750-1450m ANDESITA1450-1510m TOBA Cuando se perfora un pozo con barrena rotatoria y usando lodo de perforacin se mantiene el peso del lodo de manera que exceda la presin de los fluidos que pueden Haber en las formaciones que se perforan; en esta forma se evita que los fluidos de las perforaciones penetren en el pozo y produzcan un descontro.

Esta prctica tiene la desventaja de alterar el contenido de fluido de la perforacin cerca del pozo (materia de estudio de las mediciones), pues la presin del lodo de perforacin hace que este se inyecte (filtracin) en la formacin y desplace el fluido presente en ella. Este proceso recibe el nombre de invasin.

Varios factores determinan la invasin en una formacin: la perdida del agua del lodo; diferencia de presin entre las columnas de lodo y del pozo; tiempo de contacto de la formacin con el lodo de perforacin (a mayor tiempo mayor espesor de la invasin); porosidad y permeabilidad.

34INDICADORES DURANTE LA PERFORACIN

Cuando se perfora un pozo con barrena rotatoria y usando lodo de perforacin se mantiene el peso del lodo de manera que exceda la presin de los fluidos que pueden Haber en las formaciones que se perforan; en esta forma se evita que los fluidos de las perforaciones penetren en el pozo y produzcan un descontro.

Esta prctica tiene la desventaja de alterar el contenido de fluido de la perforacin cerca del pozo (materia de estudio de las mediciones), pues la presin del lodo de perforacin hace que este se inyecte (filtracin) en la formacin y desplace el fluido presente en ella. Este proceso recibe el nombre de invasin.

Varios factores determinan la invasin en una formacin: la perdida del agua del lodo; diferencia de presin entre las columnas de lodo y del pozo; tiempo de contacto de la formacin con el lodo de perforacin (a mayor tiempo mayor espesor de la invasin); porosidad y permeabilidad.

35PERFILES PRESIN-TEMPERATURA-VELOCIDAD DE FLUJOPROFUNDIDADTEMPERATURA

T1T2T3T4k1k2k3k1 = k2 = k3T1T2T3T4k1 < k2 > k3

PORTA-CARTASCARTAREGISTRADORESTILETEELEMENTO DE TEMPERATURAELEMENTO DE PRESINRELOJINSTRUMENTOS PARA MEDICIONES EN POZOSPERFILES PRESIN-TEMPERATURA

PRUEBA INYECCIN-RECUPERACINSE REALIZA CUANDO SE PRESENTAN VARIACIONES SIGNIFICATIVAS EN LOS INDICADORES DE LA PERFORACINOBJETIVO: EVALUAR LAS CARACTERSTICAS PERMEABLES DEL INTERVALO PERMEABLE

CALCULO DE LA CONDUCTIVIDAD DE LA FORMACIN (kh/

CALCULO DEL FACTOR DE DAO EN LA CARA DE LA FORMACIN (S) FRACTURAS CONTAMINADAS CON LODO Y RECORTE DE PERFORACIN

FACTOR DE DAO

Pf = g h

PRUEBA INYECCIN-RECUPERACINPy = Pf

Py < Pfh( + h)NDICE DE PRODUCTIVIDADES LA HABILIDAD DE UN POZO PARA PRODUCIREs la produccin de t/h por bar de presin diferencial entre la presin dinmica en la zona de alimentacin y la presin esttica (considerada la presin media de yacimiento en el rea de dreneEn 1930 Moore introdujo el concepto de ndice de productividad 26.3kh 7.07 kh q QJ = = = = 5.61 B ln (re/rw) B ln ln (re/rw) (py py) PNDICE DE PRODUCTIVIDADJ es funcin de:

Las caractersticas de la formacin Las caractersticas del fluido, Las caractersticas del sistema, h, re, rw realidealm = Jpq/pLas condiciones no estn en estado permanenteEl fluido en el pozo no es homogneoGraficando q/p vs q p al extrapolar a cero se conoce J

Se utiliza en inyeccin en pozos para calcular el ndice de inyectividadCARACTERSTICAS PETROFSICAS DEL POZODelimitacin de las zonas porosas y permeables,

Identificacin de los fluidos en los poros y su saturacin,

Localizacin de fracturas,

Determinacin de la desviacin del pozo y del buzamiento (inclinacin de una capa del terreno) de la formacin,

Temperatura del pozo,

Estimacin de la presin en los poros y del gradiente de fracturacin,

Se llevan a cabo mediciones que permiten analizar en su totalidad una formacin, entre las que se cuentan:

- Potencial espontaneo- Radiacin natural gamma- Resistividad- Velocidad acstica- Densidad- Radiacin inducida43Registro de velocidad acstica: Mide la velocidad del sonido en la formacin permitiendodeterminar su porosidad intergranular.

El instrumento acstico contiene un transmisor y dosReceptores. Cuando se activa el transmisor, la ondaacstica se transmite por la columna de lodo, entra enla formacin, regresa a la columna de lodo y se registraen los receptores. La diferencia de velocidades entre laemisin y la recepcin del sonido da un indicativo del volumen en los poros.

No opera en vapor

No opera en agujeros ademados

44Curva de rayos gamma:La curva de rayos gamma es una medicin de la radiacin natural de la formacin ygeneralmente refleja el contenido de arcilla o lutita de las rocas sedimentarias ya que loselementos radiactivos tienden a concentrarse en aquellas. En otras palabras, la curva derayos gamma permite diferenciar entre lutitas y posibles rocas almacenadoras, es decir,se puede utilizar para determinar la litologa.

Los rayos Gamma son emitidos por el decaimiento radioactivo del Krypton K40, Torio Th232 y Uranio U238 .

RAYOS GAMMA: Cuando las condiciones en el pozo son tales que no se puedeobtener una curva SP (por ejemplo: cuando se perfora con fluidos inertes o con aire), o cuando esta no ofrece resultados definitivos, se corre una curva de rayos gamma. Esta pude obtenerse en un pozo entubado lo cual no puede hacerse en el caso de la curva SP.

45Registro de densidad: El registro de densidad compensada mide la densidad de los electrones en la formacin mediante una fuente qumica de rayos gamma y dos receptores sellados de dichos rayos. El nmero de electrones que puede transmitirse dela fuente a los receptores, es proporcional a la densidad de la formacin. As, se obtienen valores de densidad alta para formaciones con baja porosidad y viceversa. A medida que aumenta la densidad menos rayos llegan al receptor, lo cual es un indicativo de baja porosidad.

Los rayos son emitidos por el Cesio Cs137 yRecibidos por un par de cristales detectores.

til tambin para estimar la porosidad y la litologa

46El potencial espontaneo: o curva SP, es una medida de las corrientes elctricas que seproducen dentro del pozo debido al contacto entre diversos fluidos con salinidades diferentes; por consiguiente este registro se usa normalmente en pozos perforados con fluidos cuya base es agua dulce.

El instrumento mide pequeos potenciales elctricos (millivolts) entre el interior del pozo y la superficie.

Es til para conocer:

Donde se localiza la formacin permeable. Las fronteras de la formacin. Correlacionar la formacin con otros pozos.La diferencia de voltaje en el pozo es causado por un incremento de carga en las paredes del pozo.

Las arcillas generan una carga y las formaciones permeables generan otra opuesta. Esto es ocasionado por el contenido de sales en los fluidos el pozo.

Es til para conocer:

Donde se localiza la formacin permeableLas fronteras de la formacinCorrelacionar la formacin con otros pozos47Resistividad: La capacidad que una substancia tiene de resistir o impedir el flujo de unacorriente elctrica. Es una propiedad fsica de la substancia independiente de la forma o tamao de la misma.

Se usa solamente en agujero descubierto

Se miden cambios en la porosidad

Fracturas y fallas pueden identificarse por la presencia de fluidos conductivosRESISTIVIDAD: En las rocas de los yacimientos los minerales sedimentarios que componen la matriz no conducen corrientes elctricas (no conductores), y por consiguiente, el flujo de corriente esta asociada con el aguacontenida dentro de los poros. Las mediciones de resistividad del agua en conjuncin con la porosidad se usan en los clculos de saturacin en agua, y en consecuencia, en la saturacin en hidrocarburos. Existen cinco variables que afectan la resistividad de la formacin: concentracin de sal en el agua (la hace mas o menos conductora),temperatura del yacimiento, porosidad, litologa y saturacin en agua.48