| Title | Ensayos de polimerización y depósito de sílice, pruebas de radiotrazadores y simulación numérica en el campo geotérmico de Berlín, El Salvador, Centroamérica |
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| Authors | Marlon R. Castro Fuentes, Dina López, Jaime A. Reyes López y Jorge Ramírez Hernández |
| Year | 2006 |
| Conference | Mexican Geothermal Congress |
| Keywords | Berlín, El Salvador, geoquímica, sílice, radiotrazadores, modelado |
| Abstract | El campo geotérmico de Berlín, El Salvador, empezó a explotarse para generar electricidad en febrero de 1992. Desde entonces, el total de las aguas residuales producidas, que es de aproximadamente 350 kg/s, es inyectado al reservorio del mismo campo. La inyección es la única opción factible para este campo, pero la incrustación de sílice en el reservorio ha provocado la disminución de la capacidad de aceptación de los pozos inyectores. La temperatura promedio del agua que se inyecta en caliente es actualmente de 175° C con un pH promedio de 6.5. Con las nuevas condiciones impuestas por el proceso de generación a ciclo binario, las aguas residuales se inyectarán a una temperatura de 140° C con un pH de 5.75, con lo que se evitará la precipitación de sílice dentro del sistema de ciclo binario, del sistema de acarreo y en los pozos inyectores. La temperatura del reservorio a la cual se inyecta el agua, está entre los 200 y 280º C. Se realizó la simulación numérica del proceso de enfriamiento del agua de la zona de producción del reservorio equilibrada con el cuarzo, así como las mezclas de agua de inyección con la de producción. Para ello se utilizaron los programas SOLVEQ y CHILLER. Los resultados muestran que la masa de cuarzo precipitado dentro del reservorio por unidad de masa reinyectada depende fuertemente de la concentración inicial de sílice del agua inyectada. La temperatura y fracción de mezcla no parecen causar ningún efecto si el reservorio está a una temperatura mayor que el agua reinyectada. Se presentan los resultados de las simulaciones del proceso de mezcla entre las aguas del reservorio y las inyectadas, tanto bajo las condiciones actuales como las futuras. Estos muestran que aunque el cambio en la temperatura del agua de inyección bajara 35º C, la cantidad de cuarzo que precipitaría (considerando las futuras condiciones de inyección) no sería demasiado diferente de la masa de cuarzo que está precipitando con la temperatura de inyección actual. Se esperaría una diferencia máxima del 15% en el porcentaje de poros tapados. Sin embargo, considerando un radio de 10 m, las simulaciones muestran que después de diez años una gran proporción de la zona de absorción se taparía para todos los escenarios, y probablemente el pozo no sería muy útil, ya que su capacidad de aceptación disminuiría de un 43 a un 50%. Los resultados experimentales de polimerización y depósito de sílice, así como pruebas realizadas con radiotrazadores, permiten realizar el cálculo del tiempo de polimerización y precipitación, así como de la velocidad del agua reinyectada al reservorio. Esta información se utilizó para calcular el área o radio de influencia alrededor de los pozos que podría ser afectada por incrustación de sílice. Utilizando la mayor velocidad a la que se encontró que se mueve el agua de acuerdo con las pruebas de radiotrazadores, se obtuvo un radio de influencia máximo de 72 m. Sin embargo, sólo una porción muy pequeña del agua inyectada alcanza la velocidad más alta. Se calculó, por tanto, un radio más representativo, empleando la velocidad media del movimiento de agua entre los pozos, el cual resultó ser de 9 m. Así, la zona afectada podría tener un área con un radio que va desde unos centímetros hasta 9 m. La comparación de esos resultados con el modelado geoquímico, muestra que para el campo geotérmico de Berlín un área de incrustación por sílice de 10 m alrededor de los pozos provocaría una reducción de porosidad de un 4% a un 5% por año, o de aproximadamente un 30% en seis años. Si el fuese más pequeño, el pozo se taponaría en un tiempo más corto, como lo que probablemente pasó en el pozo TR-1A en 1999. Estos resultados muestran que los experimentos de campo y los modelados geoquímicos pueden ayudar a predecir o evaluar la incrustación por sílice en los pozos de inyección y establecen una base para un modelado completo de flujo de aguas subterráneas, transporte de solutos y reacciones químicas de paso. Como la obstrucción de los poros parece ocurrir en las proximidades de los pozos, las interacciones hidráulicas pueden explicar la declinación abrupta en la capacidad de inyección de los pozos, como el TR-14, cuando entran en operación pozos cercanos. Generation of electricity at the Berlin Geothermal Field (eastern El Salvador) started in February 1992. All the residual waters (~350 kg/s) produced during the process have been injected to the same field. Injection was the only feasible option for this field. However, silica scaling problems in the reservoir decrease the capacity of these wells to absorb water. Presently, the temperature of the injected waters in the hottest zone is 175° C and the average pH is 6.5. The new binary cycle unit to generate electrical energy from the steam-separated waters of Berlin Geothermal Field will produce residual water with temperature of 140° C and pH of 5.75 and precipitation of silica minerals will be avoided in the superficial piping system and the injection wells. The reservoir temperature at the injection zone ranges from 280º C to 200º C. Modeling of cooling of the hot reservoir waters in equilibrium with quartz and mixing with injection waters was done using the programs SOLVEQ and CHILLER. The modeling results show that the mass of quartz precipitated within the reservoir per unit mass of injected water strongly depends on the initial silica concentration of the injected water. The temperature and mixing fraction of the reservoir does not seem to have a deep effect if the reservoir is at a higher temperature. Modeling results of the process of mixing between the reservoir waters and the injection waters, under actual and future conditions are showed. The results of these simulations show that even when the change in temperature of the injection brine will be around 35º C, the amount of quartz precipitated during the future injection in the Berlin Geothermal Field will not be too different from the mass of quartz that is precipitating with the present injection temperature. A maximum difference of 15% in the percent of clogged pores is expected. However, for a damaged zone of 10 m, the simulations show that after 10 years a great proportion of the well will be clogged in all the scenarios modeled and that probably the well will not be very useful (43 to 50% decrease in porosity). Experimental results of silica polymerization and deposition and radiotracers tests allow the calculation of polymerization and precipitation times and groundwater velocities. This information is used to calculate the area around the wells likely to be affected by silica scaling. Using the fastest velocity found in the tracer tests a maximum radius of 72 m away from the well is found. However, only a very small fraction of the water can achieve the highest velocity. More representative of the damage zone is the radius calculated with the mean velocities for water movement between wells. Considering the fastest mean velocity, a radius of 9 m is found. The damaged zone could have an area ranging from a few centimeters up to 9 m. Comparison of these results with geochemical modeling shows that for Berlin Geothermal Field an area for silica scaling around the wells of 10 m could produce 4-5% pore reduction per year or about 30% in 6 years. If the radius is smaller, the well will clog in a shorter time, as it probably happened in the well TR-1A in 1999. These results show that field experiments and geochemical modeling can help to predict or assess silica scaling in geothermal injection wells, and set the basis for complete groundwater flow, solute transport, and reaction modeling. Thus, as the clogging of the pores seems to happen close to the wells, hydraulic effects are proposed to explain the abrupt response of nearby wells (by example TR-14 well) when injection starts in a new well. |