ESTADO DE LOS RECURSOS GEOTERMICOS EN BOLIVIA PROYECTO LAGUNA COLORADA Zenón Delgadillo Terceros * * Jefe de la Unidad Laguna Colorda -ENDE Cochabamba-Bolivia Fax (591) (04) 259509, Telf. 259511 RESUMEN Este artículo resume la actividad de investigación geotérmica en Bolivia en los últimos años (1995 - 1999). Entre estas investigaciones, destacan los Estudios de Certificación de Potencial del Campo Sol de Mañana de Laguna Colorada, realizados entre 1996 y 1997. Este trabajo se realizó para reevaluar y certificar la existencia del potencial geotérmico, a fin de proponer su desarrollo comercial. Con este propósito, y con el objetivo de aumentar la confiabilidad técnica a nivel internacional y alentar la inversión privada en el Proyecto, ENDE contrató los servicios de ingeniería de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) de México. Los Estudios de Certificación del Potencial, comprendieron las siguientes obras:
Control geológico
Muestreo de muelles
Prueba y medición en los pozos - Simulación numérica del campo
Evaluación económica y financiera
Análisis ambiental ambiental
Los resultados del Estudio de Certificación indican que el campo posee excelentes condiciones térmicas e hidráulicas y se considera un recurso energético muy importante con una capacidad del orden de 280 a 370 MW. De acuerdo con la producción de los pozos de Sol de Mañana, los registros y ensayos realizados con la simulación numérica del embalse certificaron que es posible generar al menos 120 MW para una duración de 25 años instalando 2 centrales generadoras de condensación de 60 MW cada uno (2 x 60 MW). Evaluar el comportamiento del embalse durante un bajo nivel de explotación y aprovechar el vapor geotérmico existente en los pozos, así como contar con parámetros de diseño fiables para la central de 120 MW y aspectos de manejo del recurso , Se recomienda inicialmente instalar una Planta Piloto de 5 MW, al pozo. La energía generada estará disponible para su distribución en el mercado local: minería, fábricas, procesadores de minerales, población rural, etc.
1.- INTRODUCCIÓN
Las primeras actividades que permitieron la formulación del Proyecto Geotérmico Laguna Colorada se remontan a la década de los años setenta, período en el que comenzaron las exploraciones geotérmicas de Bolivia. Estas primeras obras fueron capaces de establecer la existencia de recursos geotérmicos de alta entalpía, favorables para su uso energético y otros usos. Las áreas de interés geotérmico en Bolivia se localizan principalmente a lo largo de la Cordillera Occidental de los Andes. En esta cordillera aún existen volcanes activos (en estado fumarólico), como Ollague, Putana, Irupuncu, etc. Los recursos geotérmicos son importantes en el territorio de Bolivia debido a la relativa ausencia de otras formas alternativas importantes de energía primaria, capaces de transformarse en energía eléctrica e incluso escasos recursos energéticos primarios para uso directo. En 1976, con la cooperación del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) y en el marco de la Evaluación de los Recursos Energéticos de Bolivia, se llevó a cabo en el país la primera evaluación global de los recursos geotérmicos. Más tarde, de 1978 a 1980, con la colaboración de la Corporación Andina de Fomento (CAF) y el Gobierno de Italia, se llevaron a cabo estudios de previabilidad de los campos de Empexa y Laguna Colorada, que incluyeron obras de prospección de superficie. Estos estudios identificaron un área de mayor potencial en el campo de Sol de Mañana de Laguna Colorada. De 1985 a 1990, se realizaron los Estudios de Viabilidad de Laguna Colorada. Estos estudios junto con los anteriores y la perforación de los pozos geotérmicos profundos permitieron la cuantificación y evaluación del yacimiento geotérmico. Esta evaluación se llevó a cabo a partir de cuatro (4) pozos existentes y la definición de una estrategia de explotación de los recursos que debería proceder con la instalación de una central eléctrica experimental de 4 a 10 MW (ENEL 1991). Con el propósito de implementar la Central Experimental entre 1991 y 1992, se realizaron nuevos trabajos de perforación en 2 pozos con mucho éxito. Este trabajo consistió en la Profundización del pozo SM-4 para inyección y perforación de un nuevo pozo de reserva (SM-5) a una profundidad de 1705 m (ENDE 1994). Esta situación planteó la necesidad de otra evaluación y la certificación del potencial del campo basado en los nuevos resultados. Con el fin de asegurar la confiabilidad técnica a nivel internacional y fomentar la inversión privada para el desarrollo comercial del Proyecto Geotérmico de Laguna Colorada, ENDE contrató los servicios de ingeniería de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) de México. Completaron los Estudios de Evaluación y Certificación del Potencial del proyecto "Sol de Mañana".
2.- EL CAMPO GEOTÉRMICO SOL DE MAÑANA El campo Sol de Mañana de Laguna Colorada se encuentra en el extremo suroeste de Bolivia, en la Cordillera Occidental de los Andes, junto a la frontera
con la República de Chile. El campo se encuentra a una elevación de aproximadamente 4.900 msnm ya 340 km al sur de la ciudad de Uyuni (Figura 1). Esta área consiste en llanuras altas, constituidas por depósitos de lava y material glaciar, dominados por la presencia de estructuras volcánicas. Entre las que destacan son: la colina Michina, Apacheta, las colinas Aguita Brava, Negra Muerta y Pabellón, el volcán Putana (picos cónicos de 5.000 a 6.000 msnm). En la actualidad, hemos instalado 6 pozos geotérmicos (Fig. 2), con tuberías de producción, revestimiento y árbol de válvulas adecuados para su uso en la producción de energía eléctrica. La profundidad media del pozo es de 1.500 m. Las profundidades de los pozos oscilan entre 1.180 y 1.726 m, totalizando 9.104 m. De perforación lineal, con resultados altamente positivos y satisfactorios, siendo todos pozos productivos (Delgadillo T. 1994).
3. DESARROLLO DE LOS ESTUDIOS DE CERTIFICACIÓN En el convenio de cooperación técnica de 1995 entre ENDE y CFE se firmó el contrato para la realización de los Estudios de Evaluación y Certificación del Potencial Geotérmico del campo Sol de Mañana en la zona de Laguna Colorada. Estos estudios se iniciaron a finales de 1996 y concluyeron en 1997. Los estudios se iniciaron con una investigación de las características geológicas de la zona, con el objeto de verificar las principales características fisiográficas y estructurales del campo, junto al resumen y análisis de la información técnica disponible. Simultáneamente se realizaron estudios químicos, con el muestreo de los principales manantiales termales y otras manifestaciones cercanas al campo, para determinar la característica geoquímica de los fluidos descargados. Los pozos seleccionados, SM-2 y SM-5, se abrieron a la producción durante 4 meses, desde mayo hasta agosto de 1997. Este programa de pruebas permitió mediciones y observaciones del comportamiento del pozo en condiciones de flujo. De la misma manera, se tomaron muestras para obtener la caracterización química de los fluidos del pozo y la determinación de la cantidad de gases incondensables.
4.- MODELO CONCEPTUAL DEL CAMPO Los Estudios de Factibilidad (1985-1990) y los de Certificación de Potencial (19961997) han caracterizado las diferentes rocas que constituyen la columna litológica en tres (3) unidades principales para la comprensión general en el patrón conceptual (Figura 3) De la siguiente manera (Delgadillo y Puente, 1998): Unidad I: Ignimbritas Dácticos Unidad II: Lavas Andesíticas Unidad III: Ingnimbritas Dácticos, con intercalaciones de lavas andesíticas
Las ignimbritas (I) cubren las lavas andesíticas (II) en toda la zona. La Unidad Litológica (III) comprende rocas volcánicas formadas en el Mioceno. Su grosor es desconocido porque el fondo de la unidad está por debajo de la perforación más profunda de los pozos. La unidad (III) es el depósito de alta permeabilidad y alta temperatura del campo. De acuerdo con el análisis geovolcanológico y fotogeológico y la prospección geofísica, así como de los pozos perforados, el panorama estructural del campo se puede representar como teniendo dos sistemas tectónicos ortogonales, notablemente claros en las direcciones NW-SE y NE-SW (Fig. 2). El primer sistema es el más marcado, ya que afecta a las formaciones más recientes y determina la posición de pequeños caballos y grabens (ENEL 1991). Se considera que este sistema estructural principal (NW-SE) ha causado una fractura a la profundidad, y que esta fractura generalmente sirve como una tubería o tubo para los fluidos calientes que migran hacia áreas más superficiales. En general, la permeabilidad del depósito se asocia con fallas y fracturas, y es un producto de la actividad tectónica, y no sólo de la litología. Sin embargo, una alta permeabilidad también podría deberse a los ignimbritas de la Unidad III. Los estudios de resistividad muestran una buena correlación con el recurso geotérmico, como lo indican las temperaturas de los pozos y la actividad térmica en la superficie. La interpretación muestra los límites del contorno del área de Sol de Mañana claramente donde se localizan los pozos de Sol de Mañana y Apacheta. La actividad geotérmica posiblemente se extiende hacia el oeste de estas áreas. En estas áreas, los fluidos geotérmicos estarían contenidos en las rocas volcánicas de la Unidad (III), donde se observó una alta permeabilidad durante las perforaciones. Sin embargo, existe la posibilidad de que la baja resistividad al oeste de Apacheta y al noreste de Sol de Mañana indique la presencia de una capa selladora en la que la permeabilidad de las rocas volcánicas ha disminuido con el depósito de los minerales limosos. Esta conclusión es concordante con los resultados de la prueba de perforación, en la que los primeros 600 m no registrar pérdidas parciales de circulación. El flujo ascendente puede estar relacionado con resistencias de 30 a 50 ohmios que se observan en el área de los pozos a partir de la profundidad de 700 m, donde las operaciones de perforación tuvieron pérdidas de circulación. La caracterización del patrón conceptual del campo se realizó de acuerdo con los resultados de la reinterpretación de los datos geológicos y geofísicos y con la información adecuada obtenida con la perforación de los pozos en el campo (CFE 1997). Para las áreas de Sol de Mañana y Apacheta, de acuerdo con los datos de pozos y a los estudios de resistividad, una superficie del 36,1 km 2 de interés geotérmica tendría que ser representado (CFE 1997). Esta área fue la que se utilizó para
determinar el potencial energético. El espesor del área productiva, o el reservorio de interés comercial, se ha definido por el inicio del área de alteración hidrotérmica que parte de 800 m. Profundidad, y extendiéndose hasta 1700 m. Teniendo en cuenta que 1700 m es la mayor profundidad registrada en las perforaciones, el intervalo de producción podría ser mayor. Esta zona de alteración fue idéntica en la Unidad Litológica (III) durante la perforación de los pozos, y registra una zona mineralógica de clorito-epidota-illitecuarzo, un conjunto característico de áreas de interés geotérmico. Los datos mineralógicos y la interpretación de los datos geoeléctricos nos permiten considerar la Primera Unidad Litológica como una capa selladora, presentando una alta presencia de minerales arcillosos caracterizados por su baja permeabilidad. En promedio, el espesor de esta unidad es de 500 m. Desde la superficie topográfica. Para la correlación de los datos de las áreas permeables determinadas en los pozos y la configuración de las temperaturas observadas en un corte transversal se ha realizado la construcción del patrón concentrado del campo (figura 3). La información utilizada para restringir el patrón conceptual incluye: profundidades de importantes pérdidas de circulación, profundidades de alteración hidrotérmica, profundidades de la isoterma de 260ºC y profundidades donde la presión medida en el promedio en los pozos fue de 55 bar (CFE 1997) .
5.- PRUEBAS Y MEDICIONES HECHO EN LOS POZOS En el desarrollo de los estudios, se llevó a cabo una serie de ensayos y medidas programadas, de mayo a agosto de 1997, en los pozos del campo Sol de Mañana (localización mostrada en la figura 2). Estas pruebas proporcionaron lo siguiente:
Perfiles de presión y temperatura, con el objetivo de determinar las condiciones termohidráulicas en condiciones estáticas y dinámicas, antes de la apertura del pozo y durante el período de producción. Se realizaron pruebas de producción para determinar los parámetros físicos y termodinámicos, con el objeto de evaluar la potencia del campo, a través de los pozos seleccionados, SM-2 y SM-5
Resultados A partir del análisis y evaluación de los datos, tenemos los siguientes resultados:
Las condiciones estáticas del campo, identificadas a la profundidad media del área permeable, muestran una presión de 55 bar. Las temperaturas en el fondo de los pozos son 250-260ºC. La interpretación de los perfiles de presión-temperatura (PT) muestra que los fluidos del reservorio son líquidos, por debajo del nivel medio piezométrico. El cambio de fase del fluido ocurre en el tubo a una
profundidad de aproximadamente 1000 m; Es decir, que por encima de este nivel, hay una columna de gas.
La temperatura del reservorio, mediante geotermometría de fase líquida es de 265ºC. El análisis químico del agua apunta a un contenido promedio total de sólidos de 10.000 ppm. La producción media de los pozos (a las condiciones atmosféricas) es de 350 t / h con una entalpía de 1070 kJ / kg. La potencia media de cada pozo es de aproximadamente 6 MW, y con una turbina de condensación, es posible obtener entre 8 y 9 MW. El contenido de gases en los pozos es pequeño, ~ 1% en peso, y la temperatura del reservorio calculada por los gases es 263ºC. Esta temperatura es muy consistente con los estimados a partir de la geotermometría de la fase líquida y con los registrados directamente en los pozos.
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6.- POTENCIAL GEOTERMAL DISPONIBLE a) Evaluación de volumen: Se realizó una evaluación de la potencia utilizable del campo Sol de Mañana en base a dos métodos: energía total almacenada en el sistema de fluido de roca y la máxima potencia disponible permitiendo la disminución de presión del sistema. El área de depósito se define por medio de la utilización de un mínimo de resistencia, terminando en una superficie total de 36,1 kilometros 2. El espesor del área productiva se determinó como 1,1 km. En promedio, de acuerdo con la interpretación de los registros de temperatura de los pozos, las pérdidas de circulación observadas durante la perforación, la aparición de la asamblea coritaepidota-ilita-cuarzo y los resultados geoeléctricos. Los resultados obtenidos por el patrón de energía total almacenada en el sistema roca-fluido en el estudio de la potencia máxima disponible, consideraron la situación de explotación durante 20 años y se muestran en la Tabla 1. Por otro lado, Patrón de potencia máxima consistente con la disminución de presión del sistema dio una capacidad del orden de 283 MW durante 20 años. De acuerdo con los resultados obtenidos con las dos técnicas aplicadas, se puede concluir que el embalse del campo Sol de Mañana, tiene una capacidad energética muy importante entre 283 y 374 MW para un período de explotación de 20 años (CFE 1997).
B) Simulación numérica El patrón numérico utilizado para la simulación del reservorio fue el TETRAD 12, utilizado a fondo por CFE en la evaluación comercial de campos geotérmicos
mexicanos. Para los propósitos de este estudio, el embalse de Sol de Mañana de Laguna Colorada fue considerado como un sistema geotérmico cerrado con límites laterales impermeables y adiabáticos. Esta es la razón por la cual la transferencia de calor y fluido a través de ellos es nula. Sin embargo, el patrón incluye la entrada de fluido en el fondo y las descargas naturales en la superficie. La delimitación del yacimiento se llevó a cabo utilizando principalmente los datos de resistividad y apoyados por evidencia estructural que define las fallas. Un área total de 60 km 2 se definió sobre la base de una malla de 12 km para 5 km definidos sobre la base de una anomalía resistiva neta de 12 ohm-m y determinados lateralmente por los elementos estructurales y Geoeléctrico. La calibración del estado estacionario consistió en realizar varias razas de simulación, asignando un valor de cero a las permeabilidades y porosidades a diferentes niveles en el patrón. Escenarios de explotación Para analizar la planta de energía que se puede instalar en el campo geotérmico Sol de Mañana, el módulo generador se eligió para ser exactamente igual a un tamaño existente en el mercado mundial. Por lo tanto, optamos por el uso de uno o varios módulos de unidades de condensación de 60 MW. En primer lugar, se realizó un análisis del comportamiento del embalse al instalar 120 MW y, en segundo lugar, se realizó una duplicación de la extracción para instalar 240 MW en el campo, aunque el análisis del potencial energético indica que podría ser Posibilidad de instalar hasta 300 MW mientras explota el campo durante al menos 20 años. Para generar 120 MW por medio de 2 unidades de condensación (2 x 60 MW), se determinó que se requieren 20 pozos, con una producción media de 50t / h de vapor a 8 bar de presión de refuerzo. Se necesitarían aproximadamente 7 pozos inyectores. A partir de los resultados del análisis obtenido por el simulador, se certifica que el campo tiene capacidad para generación comercial de 120 MW durante 25 años, con una reducción estimada de 1,5 bar / año de presión del yacimiento. En caso de generar 240 MW, utilizando 4 unidades de condensación (4 x 60 MW), se determinó que se necesitaban 33 pozos productores y 11 pozos inyectores. Los resultados obtenidos por el simulador para esta alternativa, mostraron que la depresión media de la presión en el área productiva es de 2,31 bar / año. Se ha observado que hay pozos que dejarían de ser productivos antes del período considerado. Por lo tanto concluimos que no sería posible certificar la instalación de 240 MW en el campo Sol de Mañana hasta que tengamos información sobre la evolución del embalse al producir 120 MW.
7.- DESARROLLO DE LOS RECURSOS
Los resultados del Estudio de Evaluación y Certificación del Potencial Geotérmico, realizado por CFE, que certifican una energía potencial mínima en el campo geotérmico Sol de Mañana y el vapor disponible en la parte superior del pozo, permiten desarrollar la siguiente estrategia de explotación:
a) Uso de lo existente vapor. El vapor geotérmico disponible en los pozos perforados del campo Sol de Mañana es suficiente para la instalación de 5 a 10 MW de generación de energía eléctrica con unidades de descarga libre. Recomendamos la instalación inmediata de una Planta Piloto de 5MW en la cabeza del pozo para abastecer el mercado local. Esta construcción podría completarse en un período de un año. La instalación de la Planta Piloto revelaría el comportamiento del embalse geotérmico en un bajo nivel de explotación. Las estimaciones del potencial geotérmico y del patrón geotérmico podrían mejorarse. Se podrían optimizar los parámetros de diseño para la construcción de una central eléctrica de 120 MW. Los recientes estudios de simulación y los realizados anteriormente han determinado que 2 pozos son suficientes para garantizar una producción continua de 5 MW durante 8 años.
B) Ampliación de la Explotación del Campo Sol de Mañana De acuerdo con los resultados de la simulación numérica del campo, es posible instalar una central eléctrica de 120 MW, con el diseño final basado en los resultados obtenidos en los primeros años de explotación de la Planta Piloto. La central eléctrica de 120 MW estaría constituida por 2 unidades de condensación de 60 MW cada una. El depósito es capaz de alimentar la central durante al menos 25 años.
8.- CONCLUSIONES
En los últimos años, de 1995 a 1999, las investigaciones geotérmicas se han concentrado principalmente en el área de Laguna Colorada, realizando estudios basados en el potencial del campo Sol de Mañana. Uno para actualizar el conjunto de datos disponibles, y el otro, para certificar la existencia de potencial, favorable para el desarrollo comercial. La perforación de pozos geotérmicos (6), realizada en Bolivia desde 1987 hasta 1992, nos ha permitido confirmar la existencia de embalses de alta entalpía en el campo Sol de Mañana. Esto constituyó una experiencia extraordinaria, debido a las severas condiciones de trabajo, especialmente a tal altitud. El modelo conceptual del yacimiento se definió a partir de la información geofísica, geológica, petrográfica y de perforación existente, determinada principalmente por aspectos estructurales y litológicos del campo. El
yacimiento de interés comercial tiene un espesor de 900 m pero podría ser más grueso debido a que no ha sido posible encontrar los límites inferiores del reservorio en los pozos ya perforados.
La interpretación de los perfiles de presión-temperatura en condiciones estáticas muestra que el depósito es de fase líquida. Durante el flujo, se produce un cambio en la fase del fluido en la envoltura del pozo a una profundidad aproximada de 1000 m. La producción promedio de los pozos es de 350 t / h de fluido geotérmico, con una entalpía de 1070 KJ / kg desde una temperatura aproximada del depósito de 260ºC. El potencial medio de cada pozo es ~ 6 MW, y es posible obtener entre 8 y 9 MW con una turbina de condensación. La energía potencial se ha determinado a partir del campo en el siguiente orden. La potencia total podría ser de 280 a 370 MW. Es posible certificar al menos 120 MW para una duración de 25 años, mediante la instalación de 2 unidades de condensación de 60 MW (2 * 60 MW). Las perspectivas futuras de desarrollo geotérmico en Bolivia están vinculadas a la instalación de unidades piloto de generación geotérmica en el campo Sol de Mañana, lo que permitirá el uso inmediato de vapor geotérmico disponible en los pozos. La instalación de una planta piloto de 5 MW nos permitirá determinar el comportamiento del embalse en un bajo nivel de explotación.
RECONOCIMIENTO El autor desea agradecer a la Empresa Nacional de Electricidad SA "ENDE" por todo el apoyo durante el desarrollo de este proyecto y por permitir su publicación.
REFERENCIA CFE 1997 Certificación del Potencial del Campo Sol de Mañana, preparado para ENDE Delgadillo T. Zenón 1994 Desarrollo de la Central Geotermoeléctrica Sol de Mañana Delgadillo T. Zenón - Puente G. Héctor 1988 La Laguna Colorada (Bolivia) Proyecto: A Resevor Engineering Arsessment ENEL 1991 Estudio de Factibilidad Geotérmica en el área de Laguna Colorada ENDE 1994. Ampliación de perforaciones geotérmicas, Proyecto Laguna Colorada
