Producción energía geotérmica en pozos de petróleo

Insumos y componentes

Dependiendo de características propias del yacimiento geotérmico y/o petrolífero con estudios previamente realizados, se llevarán a cabo diferentes procesos de aplicación de la energía geotérmica obtenida, los cuales varían en función de si el aprovechamiento será directo o su propósito será la generación de energía eléctrica.

Con base en la caracterización que se realice del yacimiento y su potencial energético real, este podrá ser usado en diferentes tipos de aplicación en la industria. En la siguiente imagen se puede observar algunas de las aplicaciones que tiene la energía geotérmica en función de su temperatura.

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Es importante resaltar de la figura anterior, que por debajo de los 100ºC se encuentra la generación por ciclos binarios, el cual es un método de producción de energía eléctrica que mediante el uso de fluidos orgánicos de bajo punto de ebullición logra producir energía eléctrica a temperaturas más bajas. La temperatura más baja de entrada a este tipo de plantas es 57ºC, valor a partir del cual se puede producir energía eléctrica (X. Liu et al., 2018).

La generación de energía eléctrica, es una de las aplicaciones más atractivas de la explotación de energía geotérmica debido a sus múltiples aplicaciones en todas las industrias, pero conlleva retos más grandes, ya que para la generación de este tipo de energía se requieren temperaturas mucho más elevadas (reservorios de alta entalpía) o investigación de tecnologías mucho más eficientes.

Los sistemas convencionales de producción de energía eléctrica se basan en el Ciclo de Rankine, es un ciclo termodinámico, en el cual, el calor es transformado en trabajo, razón por la cual es un ciclo de potencia, el cual representa el proceso de producción de energía eléctrica a partir de vapor. El proceso en general consiste en el movimiento de turbinas por medio de un fluido que alternamente se evapora y se condensa (Rauf, 2013).

Los sistemas geotérmicos mejorados o EGS son una de las nuevas tecnologías aplicables a la industria geotérmica con mayor potencial, donde con la inversión adecuada, se estima que solo Estados Unidos tienen un potencial energético de 100 GW a un costo competitivo dentro de los siguientes 50 años a partir de la utilización de esta tecnología, lo cual se podría lograr con mínimos impactos ambientales (MIT, 2006).

La dificultad de encontrar yacimientos que cumplan con propiedades adecuadas para la explotación de este tipo de energía, como lo son el calor disponible, la permeabilidad y el fluido almacenado en el reservorio, la modificación de la permeabilidad a través de la generación de fracturas artificiales en rocas que naturalmente estas no poseen (de muy baja permeabilidad) y la inyección de un fluido de trabajo de características eficientes para transportar el calor en un ciclo cerrado, son básicamente las soluciones que ofrece esta tecnología (Olasolo et al., 2016).

El uso de estas tecnologías son el eslabón para vincular la industria petrolera en la extracción de energía geotérmica. Estos proyectos se basan en la producción de energía usando el agua asociada a la producción de petróleo (coproducción) o la reconversión de pozos petroleros abandonados, o próximos a estarlo, en pozos geotérmicos. En principio, para usar un pozo abandonado de petróleo o gas con fines geotérmicos, éste debe estar en condiciones adecuadas (instalaciones, tuberías). Por consiguiente, es necesario ubicar una estructura de recepción cercana para que la energía recuperada pueda ser accesible.

A partir de la información actual del campo en su momento y el monitoreo de los datos de temperatura, producción de fluidos (agua y petróleo), presión, profundidades de interés (pozos, interfase agua petróleo, etc.), corte de agua, numero de pozos, etc. Son fundamentales para realizar una estimación del potencial energético del campo. Adicionalmente, teniendo en cuenta los parámetros reales del campo, determinan cuál tipo de planta sería la más adecuada para la producción de energía eléctrica; en su mayoría se elige la planta ORC en base a la temperatura promedio de los fluidos del proyecto.

Los autores no especifican qué modelo matemático utiliza para realizar todos los cálculos (Li et al.,2007), pero afirman que la temperatura promedio de los fluidos (100ºC) es suficiente para producir energía eléctrica. Con base en los cálculos realizados, se determina principalmente energía geotérmica producida, ingresos anuales y costo total.

Existen múltiples técnicas para desarrollar la extracción de energía geotérmica en pozos petroleros; Cuando se pretende utilizar el calor obtenido sin realizarle ninguna transformación, el proceso se denomina como uso directo, en el cual a través de los pozos perforados, se obtienen fluidos (generalmente agua) a altas temperaturas, los cuales atraviesan una serie de facilidades (tuberías, intercambiadores de calor, bombas, sistemas de control, etc.) donde el calor es extraído, para así ser transportado de manera adecuada en fluidos acondicionados, y finalmente utilizarse en numerosas actividades, como lo son la horticultura, control de congelación de puentes, carreteras, aceras, y vías en general, sistemas de calefacción y procesos industriales donde se requiere calentar fluidos, parte de los procesos donde el consumo energético es muy alto. (Malloy, 2010).

La evaporación del fluido, el cual generalmente es agua, se hace a partir de una fuente de calor externa, el cual en la mayoría de los casos se utiliza una caldera que quema combustible. Además de la fuente de calor, el sistema debe tener una bomba para mover el fluido y mantener la presión del sistema, un condensador para que llevar el fluido nuevamente a fase líquida, y por supuesto la turbina que estará conectada al sistema de generación de energía eléctrica.

Existen tres tipos de plantas de energía convencionales que permiten convertir la energía geotérmica en electricidad, los cuales requieren que los reservorios tengan temperaturas lo suficientemente altas para que el agua se encuentre en forma de vapor. Estos sistemas mencionados previamente son las Plantas de Energía de Vapor de un Flash, Plantas Energía de Vapor de doble Flash, y Plantas de Energía de Vapor Seco (DiPippo, 2012).

viablidad y costos

En el caso de la industria geotérmica, los grandes costos asociados a las distintas fases de un proyecto geotérmico de estas características, como lo son la exploración, perforación y producción (Gupta & Roy, 2007), limita su aplicabilidad a gran escala a nivel mundial.

Gran parte de estos inconvenientes se podrían subsanar a través del aprovechamiento de los pozos petroleros ya perforados, las facilidades de superficie ya instaladas y la información ya evaluada por la industria petrolera (X. Liu et al., 2018), como lo es la litología, porosidad y especialmente la temperatura de gran cantidad de yacimientos a nivel mundial (Caulk & Tomac, 2017). Es importante a resaltar sobre el aprovechamiento de pozos ya perforados es que puede representar un ahorro de hasta el 50% de los gastos que estiman la puesta en marcha de un proyecto de energía geotérmica (Barbier, 2002).

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