ES2580880A1 - Procedimiento industrial de inyección de CO2 denso desde condiciones de transporte por tubería a condiciones de almacenamiento geológico permanente - Google Patents

Abstract

Procedimiento industrial de inyección de CO2 denso desde condiciones de transporte por tubería a condiciones de almacenamiento geológico permanente. Para inyectar el CO2 en el subsuelo es necesario disponer de una formación geológica almacén de suficiente capacidad y profundidad. Condición necesaria para conseguir el entrampamiento del CO2 denso es que la presión hidrostática a nivel de inyección sea superior a 8 MPa. El procedimiento define el proceso de inyección del CO2 denso, desde condiciones de transporte a condiciones de almacenamiento geológico. Esencialmente consiste en: A. Acondicionar el CO2 denso recibido desde la red de transporte. B. Preparar la cabeza del pozo de inyección para recibir el CO2 denso desde la instalación de acondicionamiento. C. Conducir y modular el flujo del CO2 denso hasta su inyección en el horizonte de inyección. D. Interrumpir la inyección del CO2 denso y devolver el pozo inyector a las condiciones previas al inicio del proceso.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento industrial de inyeccion de CO2 denso desde condiciones de transporte por tuberla a condiciones de almacenamiento geologico permanente.

Sector de la tecnica

Tecnicas industriales diversas; transportes.

Antecedentes de la invencion

Se han desarrollado numerosos modelos teoricos y algunos estudios experimentales, pero tan solo existen unas pocas instalaciones a escala real capaces de inyectar CO2 para su atrapamiento geologico permanente. No se incluyen todas aquellas instalaciones cuyo objetivo es la recuperacion de un hidrocarburo por presentar diferencias operativas fundamentales. As! pues, existen pocos procedimientos precedentes que describan el proceso necesario para la inyeccion del CO2 y su posterior atrapamiento geologico permanente.

Ninguna de las instalaciones existentes inyecta el CO2 desde las condiciones de transporte por tuberla y lo entrampa geologicamente en estado denso. A continuacion se exponen las caracterlsticas basicas de funcionamiento de dichas instalaciones:

• "Planta piloto de Ketzin", situado en la ciudad de Potsdam a 40 km de Berlin, bombea CO2 gas a 600 m de profundidad en un yacimiento de gas depletado y se entrampa gracias a una valvula antiretorno en el fondo del pozo.

• Yubari, en Hokkaido, Japon inyecta una corriente mezcla de CO2 con N2 en capas no recuperables de carbon para recuperar el metano.

• "Hellisheidi Power Station" en Islandia, disuelve el gas CO2 en agua para obtener acido carbonico y lo inyecta en basalto para que reaccione con la roca, dando lugar a Calcita, Dolomita, Magnesita y Siderita.

• Otway en Australia, tras una primera fase de inyeccion de CO2 en un yacimiento de hidrocarburos depletado a 2 Km de profundidad, ha iniciado una segunda fase de inyeccion de CO2 disuelto en agua para almacenarlo en un aculfero salino a 1,4 km de profundidad.

• The Lacq Pilot en Francia, bombea CO2 gas, capturado en un proceso de oxicombustion, y lo inyecta en un yacimiento de gas depletado a 4,5 Km de profundidad.

Tan solo la planta piloto de almacenamiento geologico de Hontomln, dispone de unas instalaciones que tras acondicionar el CO2 a las condiciones de transporte por tuberla, y utilizando el procedimiento objeto de la patente, lo inyecta en estado denso para su atrapamiento geologico permanente.

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Explicacion de la invencion

Problema tecnico a resolver

El problema tecnico a resolver es triple:

1. Las condiciones del CO2 en estado denso en la cabeza de pozo (presion, caudal, temperatura) son impuestas por la formacion geologica almacen en la que quedara atrapado (profundidad y condiciones geomecanicas, geotermicas y geoqufmicas). Por lo tanto, para garantizar la continuidad del flujo masico desde la red de transporte de CO2 al almacen geologico es necesario adaptar los parametros de recepcion del CO2 denso a los parametros requeridos para su inyeccion en la formacion almacen.

2. Para asegurar la estabilidad del flujo masico es necesario evitar cambios de estado del CO2 denso dentro de la tuberla de inyeccion o variaciones importantes de su densidad. Se trata de asegurar la integridad y la vida en servicio del pozo inyector.

3. Mientras se mantiene el flujo de inyeccion de CO2 denso al almacen geologico, es requisito imprescindible mantener la presion en la cabeza de pozo por encima de 8 MPa. Con el fin de evitar mantener esa sobrepresion de manera continua, al finalizar el proceso de inyeccion, el CO2 denso contenido en la cabeza del pozo y la tuberla de inyeccion debe ser empujado hasta la formacion almacen para asegurar su atrapa miento geologico permanente.

Descripcion de la invencion

El procedimiento objeto de la presente patente comienza con una prim era fase de presurizacion del pozo de inyeccion con agua de la formacion geologica almacen. La presion del pozo de inyeccion sera siempre superior a 8 MPa. Para incrementar el caudal de inyeccion de agua se aumentara la presion de presurizacion del pozo sin superar la presion prevista en la entrada del CO2 denso a la cabeza del pozo. Para la presurizacion inicial del pozo se utilizara agua procedente de la formacion o con la misma salinidad que esta.

Inicialmente se realiza la apertura de la valvula de aporte de agua (6 Fig. 1). Una vez abierta se pone en funcionamiento el sistema de acondicionamiento de caudal y presion (8 Fig. 1) que se alimenta del agua de formacion (9 Fig. 1) y lo impulsara a la cabeza de pozo (10 Fig. 1) a traves de una valvula antirretorno (7 Fig. 1) y la valvula de aporte de agua (6 Fig. 1).

La presion inicial de cabeza de pozo, que desde la operacion anterior habra evolucionado, dependiendo de las caracterlsticas de la formacion almacen, de acuerdo con una curva similar a la parte 3 de Fig. 3, por relajacion de la formacion almacen, sera sustancialmente inferior a 8 MPa. Al iniciarse el aporte de agua de formacion (9 Fig. 1) la presion en cabeza de pozo (27 Fig. 1) ira aumentando, tanto mas rapidamente cuanto mayor sea el caudal Qa aportado por el sistema de adaptacion de presion y caudal de agua de formacion (8 Fig. 1) hasta llegar a una presion superior a 8 MPa e inferior a la Presion Pi a la que se regule el sistema de adaptacion de presion CO2 (2 Fig. 1). En ese momento se regulara el caudal Qa para no exceder esa presion.

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Una vez presurizado el pozo de la forma expuesta, se pondran en funcionamiento los sistemas de acondicionamiento de presion de CO2 (2 Fig. 1) y de temperatura de CO2 hasta alcanzar la Pi, superior a 8 MPa e inferior a Pe y una temperatura Te entre 10 y 30°C medidas en el manometro y termometro de la lfnea de CO2 (21 y 20 Fig. 1). La eleccion de Pe y Te (condiciones de transporte) entre los lfmites fijados, permitira un ajuste fino del caudal inyectable. En este momento se abrira la valvula de paso de CO2 (5 Fig. 1) que contrapondra el flujo de CO2 a Pi contra el flujo de agua de formacion a una presion inferior, por lo que el caudal de CO2 ira sustituyendo al agua. En este momento se reduce gradualmente el caudal de aporte de agua de formacion desde el sistema de aporte (8 Fig. 1).

A partir de este momento el CO2 es conducido hasta la formacion almacen adecuando la presion de inyeccion, mediante una valvula que limita la presion en el fondo de pozo (3 Fig. 1).

Se mantendra la inyeccion de CO2 durante todo el tiempo requerido.

Para finalizar la inyeccion se pondra en funcionamiento de nuevo el sistema de acondicionamiento de presion del agua de formacion (8 Fig. 1), se abrira la valvula de aporte de agua (6 Fig. 1) y se incrementa el caudal de agua mediante el sistema de acondicionamiento de presion de agua de formacion (8 Fig. 1) hasta sustituir al caudal de CO2 denso que se va reduciendo gradualmente.

Una vez cese el caudal de CO2 se cierra la valvula de aporte de CO2 (5 Fig. 1) y se detiene el sistema de acondicionamiento de presion y temperatura de CO2.

A partir de este momento se debe inyectar al menos el doble del volumen libre del pozo con el fin de arrastrar el CO2 residual hasta el horizonte de inyeccion (formacion almacen). Volver a detener el sistema de acondicionamiento de presion de agua de formacion y cerrar la valvula de aporte de agua durante el tiempo necesario para que la presion baje al menos hasta el 50% de la presion Pi medida en el manometro de cabeza de pozo (27 Fig. 1). Esta disminucion de presion sera similar a la que se observa en la zona de despresurizacion de la figura 3.

Una vez observado este valor de presion se realizara una inyeccion adicional de agua con el fin de arrastrar hasta el horizonte de inyeccion el CO2 que haya borboteado. Esto se realizara volviendo a poner en funcionamiento el sistema de acondicionamiento de presion y caudal de agua de formacion (2 Fig. 1), abriendo la valvula de aporte de agua (6 Fig. 1) y controlando el caudal inyectado mediante el caudalfmetro de la lfnea de agua (25 Fig. 1).

A partir de este momento se detiene el sistema de acondicionamiento de caudal de agua (2 Fig. 1) de formacion cerrando la valvula (6 Fig. 1)

Breve descripcion de los dibujos

Para complementar la descripcion que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterfsticas de la invencion, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en los que, con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 es un esquema de instalacion tipo. Consta de un pozo perforado y completado hasta la formacion geologica almacen (pozo de inyeccion), un sistema de acondicionamiento del CO2, otro del agua de formacion, instrumentos de medicion (manometros, termometros y caudallmetros) y valvulas de aislamiento y retencion, de 5 acuerdo con la siguiente leyenda:

1

Red de transporte por tuberia

2

Acondicionamiento de la presion y temperatura del C02 dense

3

Valvula de limitation de la presion en fondo de pozo

4

Valvula de retencion en la linea del C02

5

Valvula de aislamiento en ia linea del €02

6

Valvula de aislamiento en ia linea del agua de formacion

7

Valvula de retencion en la iinea del agua de formacion

8

Acondicionamiento de presion y caudal del agua de formacion

9

Aporte del agua de formacion

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Cabeza del pozo

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Anciaje superior de la tuberia de inyeccion

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Tuberfa de inyeccion

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Sello y anciaje inferior de la tuberia de inyeccion

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Horizonte de inyeccion

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Nivel del suelo

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Fondo del pozo

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Formacibn sello

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Base de la formacion almacen

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Termometro de la linea del €02

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Caudalimetro de la linea del €02

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Manometro de la linea del €02

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Manometro del fondo del pozo

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Termometro del fondo del pozo

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Caudalimetro de la linea del agua de formacion

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Manometro de la linea del agua de formacion

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Manometro de la cabeza del pozo

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Termometro de la cabeza del pozo

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La figura 2 es el organigram a del proceso, incluyendo los conceptos y las operaciones elementales.

La figura 3 es un grafico de evolucion del caudal y la presion en la cabeza del pozo de inyeccion en una instalacion de las caracterlsticas descritas, sobre una realizacion practica en la planta de demostracion de Hontomln, Burgos, el dla 7 de Octubre de 2014.

En el grafico se pueden distinguir tres partes:

Por inyeccion de un caudal constante se presuriza el pozo hasta las condiciones de trabajo de 8 MPa.

La zona controlada a 8 MPa., que es la zona de trabajo propiamente dicha.

Y la despresurizacion final al detener la inyeccion. La velocidad de esta despresurizacion depende de las condiciones particulares de cada pozo.

Realizacion preferente de la invencion

El proceso, objeto de patente es con el que actua la planta de demostracion tecnologica de Hontomln, Burgos, propiedad de La Fundacion Ciudad de la Energla (CIUDEN).

Este proceso se realizo tal como esta descrito durante 48 horas entre los dlas 9 y 11 de Diciembre de 2014 y en numerosas jornadas de 5,5 horas de inyeccion de CO2.

El objetivo de esta solucion industrial es el atrapamiento geologico permanente del CO2, evitando el efecto invernadero que producirla en la atmosfera la emision del referido gas procedente de procesos industriales que empleen combustibles fosiles.

Claims (1)

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   1. Se reivindica el Procedimiento industrial de inyeccion de CO2 denso que se caracteriza por mantener el gas en ese estado durante todo el proceso, incluso en el entrampamiento del mismo resolviendo los problemas tecnicos de continuidad entre la red de transporte y la formacion almacen, evitando cambios de densidad y empujando todo el CO2 al almacen sin necesidad de mantener presurizada la cabeza de pozo despues de la operacion.

   El procedimiento consta de las siguientes fases:

   Presurizacion de la cabeza de pozo con agua de formacion

   Apertura de la valvula de aporte de agua

   Arranque del sistema de acondicionamiento de la presion y el caudal de agua.

   Acondicionamiento del CO2 denso recibido desde la red de transporte

   Arranque del acondicionamiento de la presion y la temperatura del CO2

   Apertura de la valvula de aporte del CO2

   Conduccion del flujo del CO2 denso hasta la formacion almacen

   Cierre paulatino del flujo del agua mediante el sistema de acondicionamiento de la presion y el caudal de agua y cierre de la valvula de aporte de agua

   Inyeccion del CO2 denso con adaptacion de la presion de inyeccion entre las condiciones de cabeza y las de formacion almacen, mediante la valvula de limitacion de la presion en el fondo del pozo.

   Interrupcion de la inyeccion del CO2 denso y devolucion de las condiciones del pozo a las previas a la inyeccion

   Puesta en presion del sistema de acondicionamiento de la presion y el caudal de agua.

   Apertura de la valvula de aporte del agua.

   Cierre de la valvula de aporte del CO2

   Parada de los sistemas de acondicionamiento del CO2

   Inyeccion de un volumen de agua de barrido como mlnimo igual al doble del volumen libre del pozo de inyeccion.

   Parada del sistema de acondicionamiento de presion y caudal del agua Cierre de la valvula de aporte del agua

   Tiempo de espera hasta observar una disminucion del 50% de la presion en la cabeza del pozo

   Puesta en presion del sistema de acondicionamiento de presion y caudal del agua. Apertura de la valvula de aporte del agua.

   Inyeccion de un volumen de agua al menos igual al volumen libre del pozo Parada del sistema de acondicionamiento de la presion y caudal del agua Cierre de la valvula de aporte del agua