Mecanismos de confinamiento de CO2
La
seguridad a largo plazo del emplazamiento, dependerá
de una combinación de trampas físicas y químicas;
los tres primeros mecanismos de retención se basan
en propiedades físicas, mientras que los dos últimos
confinan el CO2 mediante procesos químicos.
Trampa Estructural
Esta
trampa sucede cuando un fluido en estado gaseoso o
líquido es confinado de forma estática por debajo de
una capa impermeable (por ejemplo, esquistos,
arcillas o evaporitas) y no puede fluir. En el caso
del CO2, a pesar del efecto de flotabilidad (el CO2
suele ser menos denso que el resto de fluidos
presentes), este no puede migrar de forma vertical o
lateral debido a estas capas impermeables.
Este tipo
de trampas incluyen anticlinales, bloques de falla y
estratigráficas. El almacenamiento en estas trampas
puede ser similar a las que previamente han
contenido hidrocarburos.
Este
mecanismo de retención actúa de forma inmediata
cuando el CO2 es inyectado. Se debe prestar especial
atención para no exceder la presión (o
sobre-presión) que cree fracturas en la formación
sello o reactive fallas.
Trampa Hidrodinámica
Este tipo
de trampa ocurre cuando el CO2 se inyecta por debajo
del estrato de confinamiento en acuíferos salinos
profundos en el que el agua de formación migra a lo
largo de la estructura, en un sistema de flujo a
escala regional y de cuenca.
La
velocidad típica del flujo en este sistema es del
orden de cm/año mientras que la formación presenta
una escala del orden de decenas o centenas de km,
por lo que en ausencia de una trampa estructural, el
tiempo de tránsito hasta alcanzar estratos
superiores o de descarga tardará cientos de años.
Durante
este tiempo, el resto de mecanismos de retención
podrán actuar con lo que el resultado neto hace que
no exista CO2 en fase libre y por tanto que no se
alcancen estratos más someros.
Este
mecanismo es de actuación inmediata (al igual que la
trama estructural). Si el CO2 se encuentra en fase
gaseosa la velocidad de migración será mayor, ya que
es menos viscoso que la salmuera (fluido original).
Trampa Residual
Debido
a la migración que realiza el CO2
a lo largo del reservorio, una parte de este queda
retenida debido a la tensión superficial,
manteniéndolo fijo a las partículas sólidas
existentes.
Podrá decirse que confina
burbujas de CO2 aisladas entre los poros, mientras
que el resto del fluido inyectado migra a lo largo
de la matriz rocosa.
Cuanto mayor sea el volumen de
roca por el que se desplaza, mayor será el volumen
de CO2 confinado, estimándose la capacidad de
confinamiento de este tipo de mecanismo de retención
entre el 5% y el 30% del total de CO2 inyectado.
Por otro lado, este mecanismo esta regulado por las propiedades de humectabilidad de los sólidos (roca) por los líquidos (salmuera y CO2). Las sales disueltas en el agua o los aumentos de presión incrementan la fuerza de atracción molecular, que puede descender por la presencia de sales orgánicas tenso-activas o con el aumento de la temperatura.
Posteriormente, el CO2 atrapado se
podrá disolver en agua (trampa por disolución) e
incluso reaccionar con la formación almacén (trampa
mineral).
Trampa por disolución/solubilidad
El CO2
inyectado se disolverá gradualmente en el agua de la
formación (o en el petróleo si lo hubiese) de forma
total o parcial, dependiendo del tiempo y la
saturación del CO2 en el agua. La presión y la
temperatura, también influyen en gran medida en el
grado de disolución.
La
cantidad de CO2 disuelto y el ritmo de disolución en
el agua dependerán de la quÃmica del agua y el ritmo
de contacto del CO2 con el agua de formación no
saturada (a mayor ritmo, mayor disolución). Una vez
saturada el agua de formación, se reduce la
influencia de este mecanismo de confinamiento,
siendo controlado entonces por los mecanismos de
convección y difusión.
A lo largo
del tiempo (cientos o miles de años) y debido a que
el agua saturada es más densa, ésta tendrá un
movimiento descendente hasta la base de la formación
proporcionando a su vez una trampa de gran
capacidad. Dicha capacidad dependerá de la
permeabilidad y espesor de la reserva y
especialmente de una buena permeabilidad vertical.
La gran
ventaja de este mecanismo de retención, es que una
vez que el CO2 es disuelto, este no existe en fase
separada, con lo que se elimina el efecto de
flotabilidad que impulsa el CO2 hacia el techo de la
formación.
Trampa Mineral
El CO2
disuelto en el fluido de la formación produce un
ácido débil, capaz de reaccionar con la formación
almacén o incluso con la formación de cobertera.
El
resultado del mecanismo es la transformación y
precipitación en minerales carbonatados en la
formación. El tiempo de actuación
será función de la mineralogía de la formación y el
tipo de fluido así como de la interacción que tiene
lugar.
La
capacidad de confinamiento de este mecanismo depende
de la composición mineralógica del reservorio. En
rocas calizas las reacciones tienen lugar casi
inmediatamente, sin embargo, en presencia de cuarzo
(areniscas) la reacción podrá no llegar a tener
lugar.
Aunque se
le puede considerar un mecanismo de confinamiento
permanente, su baja velocidad de actuación hace que
otros mecanismos actúen antes.