Es común que se formen incrustaciones en los pozos de producción geotérmica durante su funcionamiento, lo que puede disminuir drásticamente su producción o detenerla. Las inscrustaciones son generalmente calcita, pero en depósitos cuyos fluidos tienen una cantidad significativa de sílice, también pueden contener este material, lo que hace que la incrustación sea más dura y más difícil de eliminar. En pozos de producción con alta entalpía, pueden producirse escurrimientos e incrustaciones tanto en el pozo como en la propia formación de roca, aunque la formación de inscrustaciones representa un problema especialmente difícil porque solo se puede eliminar con productos químicos y no con métodos mecánicos. La figura 1 muestra la estructura de un pozo geotérmico típico, incluida la ubicación donde se formaron incrustaciones.
Figura 1. Pozo de producción geotérmica, que muestra la zona de producción y la formación de incrustaciones. [1]
Los métodos químicos tradicionales que se utilizan para recuperar estos pozos se basan en ácido clorhídrico (HCl) y, aunque esto afecta a la calcita, la sílice y algunos depósitos con base de sílice no son solubles en HCI. Algunas empresas han intentado utilizar lodo ácido aplicado a través de una bobina. Sin embargo, debido a la fuerza y agresividad de los ácidos existen riesgos significativos como corrosión, riesgo para los humanos y el medio ambiente, y los resultados han variado. Teniendo en cuenta estos problemas, este método se ha abandonado en su mayoría.
Innovación en Contact Energy
Varias de las plantas de Nueva Zelanda de Contact Energy, el generador de energía geotérmica más antiguo del mundo, han experimentado perforación de pozos y formación de inscrustaciones. De hecho, en un pozo de producción de 8 megavatios (MW) en la planta de 200 megavatios de Wairakei en Taupō, la acumulación de incrustaciones redujo el flujo de vapor tan severamente que el pozo ya no podía contribuir a la producción de electricidad de la planta. Abandonar el pozo y perforar uno nuevo costaría hasta 10 millones de dólares estadounidenses, lo cual no era una opción satisfactoria. Limpiar el pozo con productos químicos agresivos, como el ácido fluorhídrico, tampoco resultó atractivo debido a su costo, naturaleza agresiva, riesgos para los operarios y eficacia a corto plazo.
Conociendo los problemas que provocaban los métodos químicos tradicionales e impulsados por un compromiso con la mejora continua, los ingenieros de Contact Energy se asociaron con los expertos de Solenis para desarrollar un enfoque totalmente nuevo para remover las incrustaciones y devolver los pozos de producción comprometidos a su máxima capacidad. Solenis recomendó un nuevo método de limpieza para la formación rocosa que combinaba conceptos avanzados de ingeniería de yacimientos, geología y dinámica de bombeo. La solución utilizaba bajas concentraciones de productos químicos, alta presión, altos caudales y un flujo cuidadosamente controlado para permitir que los productos químicos de limpieza penetraran en las fisuras en la formación de roca para disolver la acumulación de incrustaciones, aumentando así el flujo a través de la formación (ver Figura 2).
Figura 2. Preparación del pozo de producción para aplicar el fluido de limpieza en el pozo.
Además de las innovadoras técnicas de aplicación, la cartera de productos químicos incluía una combinación única de secuestrantes, polímeros, ácidos y soluciones alcalinas. Los inhibidores tradicionales tomados de la industria del petróleo y el gas son caros y a menudo usan mejoradores, como el antimonio, que son tóxicos y/o cancerígenos. La combinación química desarrollada por el equipo de Solenis tuvo un rendimiento excepcionalmente bueno en condiciones geotérmicas, con un perfil de seguridad significativamente mejorado y fue mucho más rentable..
Resultados Galardonados
En los ensayos realizados en otros pozos de producción, como uno en México, el novedoso enfoque de Solenis demostró tener éxito al restaurar el 100% de la capacidad histórica máxima de pozos de producción muertos. También hubo indicaciones de que el método podría ser una técnica de estimulación, disolviendo los minerales de formación y no solo las incrustaciones. Pero la geología de Wairakei era mucho más compleja, con zonas de alimentación intrincadas que hacían que fuera difícil centrarse en la química de forma eficaz. Solenis confió en los análisis transitorios de presión de Contact Energy para asegurarse de que la química adecuada penetrara en lo profundo de la formación y llegara a las zonas adecuadas.
Incluso con esta complejidad, la solución de Solenis produjo resultados sobresalientes, con el pozo restaurado al 130 por ciento de su capacidad recuperable esperada (ver Figura 3), lo que se tradujo en una mayor generación de energía de alrededor de 50,000 megavatios-hora durante el año después de la limpieza, a una tasa promedio de 7 MW. Debido a que esta fuente de energía geotérmica es muy baja en carbono, tiene un efecto positivo en las emisiones de carbono. Las emisiones estimadas de estos 7 MW de generación geotérmica a lo largo de ese año son de 1,080 toneladas de CO2 equivalente (tCO2e, que incluye metano), significativamente menos que las alternativas de combustibles fósiles. La generación de la misma energía a partir del carbón produciría alrededor de 58,600 tCO2e, o 23,900 tCO2e a partir de gas de ciclo combinado.
Figura 3. Tras la limpieza, la producción aumentó considerablemente de 2 t/h de vapor a 39 t/h de vapor.
Basándose en estos resultados, el proyecto Contact Energy de Wairakei ganó un Premio a la Sustentabilidad Solenis 2021 por su reducción de carbono. El programa de Premios a la Sustentabilidad de Solenis revisa los proyectos de los clientes completados en los 12 meses anteriores y elige a aquellos que ofrecen un alto valor y un alto impacto. Los premios reconocen proyectos en cinco categorías de sustentabilidad, que incluyen la reducción del uso de agua, reducción del uso de energía, mejora de la huella de carbono, reducción de residuos y optimización del uso de materias primas.
Un cambio para mejorar
El éxito de Wairakei, con su dinámica de pozos particularmente compleja, demuestra el poder de la colaboración para impulsar la innovación técnica. Trabajando juntos, Solenis y Contact Energy desarrollaron una solución con una serie de beneficios claros: el uso de productos químicos más respetuosos con el medio ambiente y más seguros, una mejor comprensión de las respuestas de flujo de los pozos, técnicas de aplicación de la zona de alimentación altamente focalizadas y un método de limpieza de pozos mucho más barato en comparación con las tecnologías alternativas o la perforación de nuevos pozos.
En comparación con los métodos tradicionales, esta novedosa tecnología ha supuesto un cambio radical en la forma en que la industria puede gestionar sus activos de producción en declive. Exhortamos a cualquier generador de energía geotérmica a ponerse en contacto con Contact Energy o Solenis para determinar si este método puede ser aplicable para aumentar la capacidad de generación en sus operaciones.
Referencias
[1] Zarrouk, S.J., and McLean, K. "Análisis de pruebas de pozos geotérmicos: Fundamentos, aplicaciones y técnicas avanzadas". Elsevier, primera edición (2019).