RECURSOS ENERGETICOS GEOTERMICOS

COMISION NACIONAL DE INVESTIGACION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA (CONICYT) Canadรก 308, Csilla 297-y Sahtiago, Chile.

SEMINARIO SOBRE LOS RECURSOS ENERGETICOS DE CHILE Santiago de Chile, 16-19 Abril 1974

"RECURSOS ENERGETICOS GEOTERMICOS"

Eduardo Gonzรกlez P. y Osvaldo Wenzel G. Empresa Nacional del Petrรณleo

Santiago de Chile, 1974

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El presente trabajo es una revisión de las diferentes fuentes geotérmicas que se han detectado en el -País y tiene el propósito de mostrar las posibilidades de aprovechamiento que ellas tienen.

Algunas de estas fuentes estn siendo investigadas y podrían tener pronta aplicación en la generación de energía eléctrica como es el caso del Tatio.

Se considera de gran interés efectuar un estudio intensivo sobre ubicación, importancia y posible utili zación económica de las fuentes de vapor.

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NOTA IMPORTANTE

El presente trabajo venia acompañado de un pla no titulado "Principales Anomalías Termales de Chile, cono cidas por sus manifestaciones superficiales".

Pese al gran interés de dicho documento, por la premura del tiempo ha sido imposible para esta Secretaría realizar la reproducción del mismo, por lo que pedimos disculpas a sus autores.

Dicho documento se encuentra a disposición de los interesados en esta Secretaría General.

/OS -6e'- Castell A. Secretario General Seminario sobre los Recursos Energéticos de Chile

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1 • 00

Introducción.Se ha llamado energía geoterrnal a aquella que U

tiliza el calor interno de la Tierra en la forma de vapor de agua que existe en la corteza en acumulaciones cerca dela superficie o a profundidades que no excedan el límite ecomómico de utilización. Además como subproducto se obtienen substancias químicas.

En la mayor parte de los paises, las fuentes principales de energía han sido los combustibles fósiles co mo el carbón y petróleo o el potencial hidro-eléctrico. La energía nuclear ha comenzado a disponerse en forma comercial y es probable que en el futuro reemplace en gran parte a -los combustibles antes del agotamiento de sus reservas. Al mismo tiempo estos combustibles fósiles llegarán a ser las materias primas para las industrias petro y carbo-qUimicas y su valor sería tal vez ms importante que un mero combustible.

En 1961 se celebró una co.nforencia internacional o bajo los auspicios delasNaciOfleS Unidas COfl el propósit de colectar antecedentes relacionados con las llamadas nuevas fuentes de energía con el fin de darlas a conocer Y ponerlas a disposición de los )aiSeS subdesarrollados.

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Estas nuevas fuentes de energía han sido conoci das desde hace siglos y fueron utilizadas algunas de ellaspor los pueblos de la antiguedad0 Estas se distinguen bajo los nombres de; energía eólica, energía solar, energía de mareas, energía termal de los mares y energía geotermal.

Considerando la necesidad imperiosa de nuestropaís de aumentar los recursos energéticos para permitir un mayor desarrollo industrial es indispensable tratar de utilizar esta nueva fuente de energía donde sea posible, con las técnicas modernas rns apropiadas. El país que puede -disponer de los mayores recursos naturales, técnicos y económicos tendrá sin lugar a dudas un futuro económico bri -llante. Es obvio por esta razón considerar las fuentes de energía geotermal como un recurso natural en aquellas par tes del país donde no se cuenta con suficientes combustibles fósiles.

La energía geotermal es aprovechada con propósi tos industriales en forma de vapor de agua caliente con pro duetos químicos disueltos, que se extraen mediante pozos.

El vapor puede ser usado directa o indirectamente con generadores eléctricos a turbina o en usos domésticos para cale facción.

Las técnicas empleadas en el desarrollo de la

nercjia geotérmica son, en general, muy parecidas a las em pleadas en la industria petrolera y el aspecto económico de los yacimientos de vapor es similar al de los yacimientos de gas y petróleo.

La energía geotermal utiliza el escape del va por de agua de las áreas termales naturales o anomalías ter males por media de perforaciones y conducción mediante un sistema de tuberías hacia las unidades generadoras.

La idea de perforar pozos para obtener vapor de agua no es nueva como puede parecerlo a muchos técnicos y e jecutivos relacionados con la industria del petróleo. El primer pozo cuyo objetivo era obtener vapor de agua de unaacumulación en una anomalía termal conocida, fue perforadoen Lardarello (Italia) en 1904 y a continuación en 1905 seinstaló el primer generador turbo-eléctrico. En 1930 el ya cimiento de vapor producía ener4a eléctrica cn una capaci dad de 100.000 kw, la cual fue destruida durante la 2a. Gu rra Mundial y reconstruida posteriormente. Su capacidad ac tual es de 300.000 kW. El segundo país que ha desarrollado las fuentes de energía geotermal es Nueva Zelandia. El proyecto de Wairakej en la Isla Norte consultó la instalación de una planta de 192.000 kW, de ésta fue terminada la primera etapa --5-

(69.000 kw) en 1960 y la última (123.000 kw) en 1963. Una última expansión de las instalaciones permitiría una capacidd de producción de 282.000 kW. Los excelentes resultados obtenidos en Italiay Nueva Zelandia impulsaron a otros países como Islandia M&xico, Estados Unidos, Japón, Rusia, El Salvador, Chile Hungría, Turquía y Filipinas a realizar o continuar las ex ploraciones y desarrollar varios programas para utilizar la energía geotermal. Así en los comienzos, de la década del 60 los proyectos de desarrollo incluían una planta de 15000 kW en Islandia, una planta de 3500 kW en Hidalgo (Me xico) y una de 12500 kW en The Geyser en el Norte de Califcrnia, la cual posteriormente se elev6 a 56000 k W. En Estados Unidos las exploraciones para vapor natural han ido en aumento en los últimos años y es llevado a cabo en los estados de California, Orecjon, Nevada, New México y Ha wal.

Para poder apreciar las posibilidades y poten cialidad de la energía geotermal y su incidencia en el inventario de recursos naturales de un país, es interesantecitar la declaración del Secretario del Interior de Estados Unidos Sr. S.L. Udail (1), relacionada con el inventario y (ir) Geophysics, June 1967.

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evaluación de las áreas prcspectivas para energía geotermal efectuados por el Servicio Geológico de ese país (US.GOSJO Según Udali, el UOSOGOSe, de acuerdo al inventa rio especial en la parte occidental del país, ha designadoreserva federal un Erea de 1057,000 de acres (aproximada mente 4250 Km 2 ), en cinco de trece estados del oeste, con valor potencial inmediato para recursos geotermales. Estas áreas estarían distribuidas entre los estados de California, Nuevo Mexico, Nevada, Montana e Idaho. Además el U.S.G0S.señala 86,3 millones de acres adicionales con posibilidades de contener recursos geotermales.

Se ha dado una alta prioridad en

EOEOUOUO

a la-

clasificación de los terrenos cori potencial geotermal, de a cuerdo a un requerimiento del presidente Johnson, con el fin de legislar para desarrollar la energía geotermal. Existe un interés en este momento, en desarrollar las breas con un alto potecial geotermal, transformándolo en energía eléc trica mediante la producción de vapor y utilización en gene radores d-- turbina. Un programa de eta naturaleza existe en el yaciriento de vapor de "The Geysers" en el norte de California, el cual produce actualmente 56,000 kilcwatts.

Según las compañías productoras, esta anomalía termal tiene

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un potencial de producción sobre un millón de kilowatts.

Los geólogos del US0C0S estiman que el 5 a10% de los recursos mundiales de energía geotermal están en EEOUUO y que la energía almacenada en forma de calor en las seis millas superiores de la corteza terrestre en esepaís equivale al calor contenido en 900 trillones de toneladas de carbón (9 x 10

ton.).

La utilización mundial de energía termal al presente, estimada en un millón de kilowats , puede ser -probablemente incrementada, al menos 10 veces, según Udali, bajo las conclici9nes económicas presentes y mantenidas al menos por 50 años.

La prospección de los yacimientos de vapor ha ce necesario mejorar las técnicas para extraer comercial mente la energía disponible en las anomalías geotermales.

El arte de la investigación geotermal es relativamente reciente. El mayor avance de las técnicas se debe no a la investigación, sino principalmente a la experiencia pr&ct ca.

La anomalía gectermal se manifiesta en ciertas áreas de la corteza por un incremento arioímal de la gra -diente geotérmica..

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Los trabajos de prospección, como en todas las ramas de la Geología Económica deben contr con los m todos ms apropiados para tener éxito. Lo cual Implica -considerar los factores: inversión, tiempo,

conocimientos,

objetivos y ganancias. Indudablemente como en toda exploración de un recurso natura], habría que considerar un fac tor de riesgo.

Hasta la fecha se han 'descubierto varios yacimientos de vapor en el mundo como producto de la persistencia, suma:Ja COfl habilidad y tócnica. El geólogo que ha ya trabajado en la búsqueda de petróleo, carbón, minerales radioactivas o en otros proyectos de Geología Económica, puede apreciar que la energía aue se puede obtener de un yacimiento de vapor se recupera muy facilmente y se necesl ta un menor número de pasos para transformarlo en energíautilizable que cualquiera otra fuente de energía.

Por esta razón la energía geotermal es una de las fuentes mas baratas. Se trata de una fuente transj toria de energía y hasta el momento no se puede predecir con facilida:1 la vida de los yacimientos de vapor. En algunos lugares los escapes de vapor se han evidenciado pormás de 120 años y se ha tenido producción controlada duran - 9 -

te mis de 60 años.

2.00

Distribución y origen de los yacimientos de vapor.Todos los yacimientos de vapor explotados --

hasta el momento, están localizados o relacionados directa mente con zonas geológicas de reciente actividad ígnea, ya sea volcánica o plutónica o ambas. Frecuentemente están a sociados con bandas o anillos de actividad volcánica actual, pero no necesariamente con volcanes activos. En este sentido Chile está en una situación privilegiada por formar parte del "anillo o circulo de fuego" del Pacífico. (Fig.2) En varios sectores de este anillo se han investigado y están en explotación yacimientos de vapor, corno en El Salvador, Mxico, California, Rusia (Karnchatka), Japón, Filipinas y Nueva Zelandia.

Aparentemente, de acuerdo a los especialis-tas en la materia, aquellos yacimientos de vapor relaciona dos directamente con volcanes actuales son de escasa signi ficación económica.

Es interesante notar, que en muchos países las mejores posibilidades para el desarrollo de energía -geotermal están precisamente en zonas donde no existen fuen tes de energía en forma de combustibles fósiles como car-- 10 -

bón y petróleo, como sucede en la parte Norte del Valle Cen tral y Zona Norte de Chile, lo cual hace ms atractivo el desarrollo de esa nueva fuente de energía. Aparentemente -. el Valle Central de Chile seria una zona de mucho interés por sus condiciones geológicas -- existencia de rocas per meables para constituir reservorios, de volcanismo y fractu ras en el borde oriental del valle -- abundante agua subterránea y numerosas anomalías termales.

El origen de los yacimientos de vapor no ha sido todavía totalmente esclarecido. Todas las deducciones se hacen basados en los antecedentes obtenidos en los pozos perforados con el fin de desarrollar los yacimientos. Las acumulaciones de vapor estn relacionadas probablemente de algún modo a una intrusión magmtica profunda, o camadas de lava pero todavía no se ha logrado probar en las perforacio nes de existencia de estos cuerpos magmáticos, en la subsuperficie, bajo los yacimientos de vapor conocidos. Es difi cii evaluar la importancia relativa de las rocas efusivas en comparación con las intrusiones como fuentes de calor.

Las últimas pueden tener una mayor importancia.

En los comienzos de las investigaciones se -creyó que los yacimientos de vapor eran de origen juvenil,- 11 -

es decir, que provenían directamente del escape de un cuerpo magmático, pero posteriormente, mediante las medidas de los isótopos se ha logrado demostrar que el 95% o ms de -flúidos producidos en un yacimiento geotermal son de origen meteórico. Vale decir el vapor de agua producido se originaría de aguas vadosas que habrían descendido por fracturas a la anomalía termal.

Es discutible todavía la reactivacjón de losprocesos que dan lugar a la formación de vapor, es decir si el yacimiento tiene una vida finita y representa una acumu-

lación determinada

de vapor o se regeneran periódicamente a

medida que prosigue la producción. Esto implica que el calor sea aportado continuamente a la capa o receptáculo acumulador de agua desde una fuente m.s profunda y la afluen cia periódica de aguas meteóricas desde la superficie. Esta circunstancia daría lugar a un sistema abierto a diferen cia de los yacimientos de gas o petróleo que constituyen -sistemas cerrados.

La historia de la producción de los yacimientos Conocidos no ha sido suficientemente larga como para dilucidar este problema ni adelantar nuevos antecedentes so bre esta materia. Hay varias teorías al respecto y no hay

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suficientes informaciones de subsuperficie y no se ha he c una investigación sistemática para verificar o recha zar algunas de ellas mediante experiencias.

Con el conocimiento que se tiene de algunosyacimientos en explotaci(n principalmente en Nueva Zelan día, Italia y California se ha logrado establecer que el vapor está en extensas acumulaciones tridimensionales en la subsuperficie, de esta manera se explica la existenciade una temperatura base del reservorio o acumulador.

Al considerar los problemas de exploración y desarrollo de la energia ge(Dtermal es importante distinguir das tipos de yacimientos de vapor: a) yacimientos de vapor seco o ligeramente sobrecalentado y b) yacimiento de vapor saturado y agua caliente. Los factores principales que in fluyen en la formación de estos dos tipos de yacimientos de vapor son: a) el calor inicial contenido en el flúido termal, deterrni nado por la temperatura de la fuente e calar y por las -condiciones de equilibrio termodinámico y mecnico existen tes entre la fuente de calor y el flúido termal, en un sis tema abierto y b) la cantidad de flúido termal que se mezcla con agua fría subterránea o cercana a la superficies

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Este último factor es controlado por la estructura o tipode la trampa acumuladora y la permeabilidad de las rocas de substraturn de la anomalía termal. Si las fracturas o fisuras conductoras de los flúidos hacia la superficie est.n localizadas en una depresión tectónica rellenada por sedimentos porosos y rocas volcánicas, los flúidos termales ascendentes se mezclan con el agua subterránea fría que es tá saturando las rocas permeables, cercanas a la superfi cie. Esta condición necesariamente implica la formación de un yacimiento de vapor de agua, saturado y agua caliente. Pero si estas fisuras intersectan solamente capas impermeables o si las rocas permeables estn cubiertas por capas impermeables, que las proteja del agua subterrflea superficial que se percola hacia la fuente termal; los fluidos ascendentes sern diluidos escasamente por agua fría y el yacimiento será de vapor seco sobrecalentado dependiendo del calor inicial de la fuente. e Estas fisuras que conducen los fluidos terma les hacia la superficie son principalmente fallas normales de ángulo muy pronunciado, cercano a la vertical. Estas fallas pueden ser originadas en dos ambientes estructurales diferentes. En algunos yacimientos de vapor éstas se han

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producido como consecuencia de un levantamiento orogénico y las acumulaciones se han formado en altos estructurales en regiones caracterizadas por una tectónica compleja de pilares ("horst") y fosas ("graben") como ocurre en Italia y -parte N. de California. Otros yacimientos, en cambio, aparecen en depresiones tectónicas como en el Salton Sea y Casa Diablo (ambos en California). Pero en estos yacimientos se ha observado que las áreas termales, están localizadas -. en altos estructurales, dentro de la depresión. Las depresiones esttn íntimamente relacionadas con el volcanismo del Terciario Superior y Cuaternario y probablemente tienen un origen m.xto volcánico-tectónico.

En la evaluación y desarrollo de un yacimiento de vapor es importante considerar la relación entre el flúldo termal y el agua subterránea fría. La razón de esta consideración es que la reserva y los problemas de produc ción del yacimiento estin mis relacionados al equilibrio térmico y dinámico entre los flúidos termales y agua subterránea fría (agua vadosa) que a las condiciones de equili brio entre los f1udos termales y la fuente de calor.

3.00 Exploración y evaluación preliminar Ce un área termaJ En la exploración de vapor natural el proble-- 15 -

ma principal no es el descubrimiento de las áreas termales desconocidas hasta el momento, ms bien es la decisión de cuál de las áreas termales conocidas tiene o presenta lasmayores perspectivas de potencial econ6micc.

En el plano de Chile adjunto, a escala 1: -2.000.000, se indican todas las áreas termales observadasen el país y de las cuales existe alguna descripci6n acerca de sus características. El número de áreas termales co nacidas en el país es superior a cincuenta incluyendo las fuentes de aguas minerales y los Geysers.

Las manifestaciones superficiales son una in dicaci6n útil de lo que pueda esperarse en subsuperficie , pero para lograr una explotaci6n económica de vapor geoter mal debe probarse los sitios rnts atractivos de acuerdo a las condiciones geológicas generales del área. Según esto deberá hacerse en el país un inventario sistemtico de todos los sitios donde se ha observado indicaciones superficiales de energía geotermal y elegir los de mayores pers pectivas para llevar a cabo las pruebas mediante perfora ciones. Los estudios realizados por la Universidad de Chi le y Corfo se han restringido principalmente a las Provincias de Tarapacá y Antofagasta en especial la región del -

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Tatio por ser una de las zonas con las mejores manifestacio nes superficiales. Es decir, se ha procedido analogamentecomo en los primeros días de las exploraciones de petr6leoy gas, restringiéndose la exp1oracin a los sitios donde se tenían mayores manifestaciones de superficie. Pero como ocurre en la búsqueda de hidrocarburos, las manifestacionessuperficiales rns impresionantes no siempre conducirán al descubrimiento de un yacimiento económico de vapor en las proximidades. El prospector de energía geotermal debe te ner como finalidad exclusiva la tarea de descubrir nuevos yacimientos de vapor ccn potencial económico. Su primer -problema será determinar en que áreas la búsqueda puede ser ms lucrativa. Esas condiciones especiales que hacen un area interesante para la ex 1 )loración de vapor gectermal, facilmente reconocibles, pueden resumirse a continuación: a) la presencia de una fuente de calor que transfiera energíatermal a los fluídos, b) Conexión de la fuente de calor, a través de fracturas, con una abundante fuente de agua subte rrnea (vadosas) y c) Conexión de la fuente de calo; a tra ves de fracturas c' n una formación permeable o acumulador donde el vapor puede ser acumulado bajo presión.

Evidentemente, la energía gectermal esti res -

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tringida a ciertos lugares y áreas particulares de la corteza terrestre. Estas Sreas limitadas, sin embargo, no presentan siempre manifestaciones termales superficiales las cuales no deben estar necesariamente presente en áreas donde se encuentran yacimientos de vapor en la subsuperf icje. En estos sitios debe emplearse métodos geofísiccs pa ra llegar al descubrimiento de esos yacimientos. Entre los métodos geofísicos empleaos figura resistividad eléctrica, gravimetría, magnetometría y sísmica de refraccin. Depen de de las condiciones geo16gicas observadas en la zona en estudio la recomendaci'n del método geofísico ms apropiado.

Las perforaciones se c'-nsideran un método de exploración directo y en la mayoría de los casos llevan di rectamente al descubrimiento de yacimientos termales.

Los yacimientos geotermales existen en las reas donde se observa una gradiente geotermal anormalmente alta. La gradiente geotermal media en las áreas continentales es del orden de 0.0335 0 C por metro, mientras que en las "anomalías termales" la gradiente en la subsuperficiees del orden de 0,10 a 0.50 C por metro o sea 3 a 15 veces la normal. Cuando existe esta anomalía termal, el agua sub - 18 -

terrnea que está en conexión con la fuente de calor elevará su temperatura hasta el punto de evaporación, y de estaforma actuará como medio de transferencia de la energía calórica hacia la superficie. Al perforar en esa área termal usualmente se observa en los pozos un incremento muy rápido de la temperatura, hasta cierta profundidad, o decreciendoa una mayor. El valor en grado mximo nivelado de la tempe ratura constituye lo que se ha llamado "temperatura base de la acurnulacin" la cual tiene indiscutiblemente un gran si nificado econ5mico al hacer la evaluación del yacimiento de vapor.

La existencia de una anomalía geotarrnal se -muestra en superficie mediante indicadores naturales gec'ter males, como ser: vertiente de agua caliente, geysers, escapes de vapor de agua, fumarolas, zonas calientes del suelo, alteraci6n hidrotermal en las rocas superficiales, cambios de vegetación, etc. En general puede considerarse indicado res termales superficiales de importancia, solamente los ma nantiales que tienen temperaturas en exceso de 50 0 Los mtdos indirectos ms usuales en la ex— ploraci6n de yacimientos de vapor son: 3.01 Levantamiento de la gradiente geotermal; para lo cual - 19 -

se perfora una serie de pozos superficiales alineados, regularmente espaciados, de 10 a 100 metros de profundidad , en cada uno de los cuales se hace un perfil de temperatura para determinar la gradiente. Con una o dos lineas perpen diculares es posible ubicar el miximo de gradiente y deter minar la anomalía geotermal Este método es directo peroes relativamente caro y los resultados son pobres cuando existe una fuerte corriente de agua subterránea. Se em -plea en l .. s sitios donde se conocen manifestaciones geoter males y se quiere tener una idea aproximada del tamaño de

la acumulacin de vapc.r en subsuperficie.

3.02 Levantamientos gravimétricos detallados en las proxi midades de las áreas termales con el fin de ubicar el posi hie cuerpo intrusivo que daría lugar a la anomalía geotermal.

También permite obtener alguna infcrmacifl de posibles fallas profundas que originarían zonas de fra c turas,lceontrlaí pembilda cumlador y la distribucin del vapor en la subsuperfiCie. Es útil en áreas llanas de poco relieve come en las zonas desérticas del Norte del país.

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3.03 Levantamiento magnético.- Puede indicar en forma indirecta la presencia de una anomalía geotérmica. Se basaen la magnetita de la intrusión ígnea (posible fuente de ca br) la cual seria alterada fácilmente por las soluciones hidrotermales y puede resultar de esto una anomalía de signo contrario a la regional, en las cercanías de la anomalía geo termal.

3.04 Levantamiento de resistividpd eléctrica.- Permite ob tener en determinadas circunstancias una indicación indirec ta de la anomalía geotermal. Ha sido usado con éxito en IS landia, Italia y Nueva Zelandia.

3.05 Los levantamientos aéreos infrarojos han sido utiliza dos con éxito en muchas áreas volcánicas modernas para te ner el cuadro de anomalías termales en las zonas cubiertas por las camadas de lava reciente. Ha sido usado con mucho éxito en Hawai p ara determinar las zonas calientes cubier tas por la lava y localizar manantiales de agua dulce fría que descar g a bajo aguas saladas rns calientes de la costa.

En estos levantamientos se han usado los siguientes senso res aéreos: a) un detector infrarojo que registra una irna gen cuya escala gris esta controlada por la energía instant&nea enfocada por el detector. Se usan elementos sensiti-

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vos a radiacines comprendidas entre las bandas del espec tro de 2 a 6 micrones y 8 a 14 micrones. La energía radiada de la superficie terrestre, y por ende la imagen de lo escala gris, es funcin de la temperatura superficial y susensibilidal. Carne la sensibilidad de 1s materiales terres tres y vegetaci6n fluctúa entre 0,7 y 0.98, los tonos de la imagen representan lo que se designo temperatura superficialaparente. Los matices claros en la imagen indican una ma yor tem:)eratura superficial aparente. b) Fotografía aérea infraroja (can un corte en largo aprximado del largo de en da de 0.9 micrones) que roçistra la energía infraroja solar reflejada. Estas fotografías ayudan a identificar rasgos que se ven en otras imágenes y da un método para estimar la relativa absarcin de la energía solar. Los tonos oscurosindican una mayor absorcin. c) Fotografía aérea convencional, que ayuda a la identificación de los puntos geogrfi cos, da infcrmacin de la morfología superficial y absor -cin de la energía s'lar e indicadores gequímicos, com ve getacin, alteraciones superficiales, etc.

La zona Central y Norte del país esta total-mente cubierta con mosaico de fotografías aéreas convencionales. Para una exploracin regional muy rpida de anomalías

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4.

termales bastaría complementar estos levantamientos foto gráficos con algunas líneas de poca extensin de fotografías infrarojas, operación que puede ser efectuada con instrurnen tal de la Fuerza Aérea de Chile.

3.06 Indicadores qeoquímjcos. Algunas veces la vegetación puede ser un indicador de ireas termales, puesto que existe cierto tipo de vegetación ci cual es modificado de una mane ra característica a distintos temperaturas. Estos indicado res de terreno, ayudados por fotografías aéreas, pueden ayu dar a delimitar las treos termales. Una vez obtenida la -lista de las manifestaciones termales superficiales, es necesario hacer un análisis químico de los flu{dos, los cua les indican las condiciones químicas de las acumulaciones de vapor. Usualmente se recomienda detorminr los siguientesconstituyentes: C1/HB0

21 Cl/f, Cl/As, Ch/SO 4 , Cl/NK4 , NA/K,

NA/LI, NA/Ca, Ca/Mg, Sílice, los bicarbonatos y cuando es posible c o nocer los características del fluido termal. Es indispensable determinar adems el gas contenido en el va por de las fumarolas y la raz6n CO 2 /H 2 S y CO3INS. 4.00 C1asificacin de las fuentes termales.- En general se han distinguido cuatro categorías principales de aguasproducidas en los manantiales termales: icidas salinas, áci - 23 -

das no salinas, alcalina-salinas y alcalinas no salinas.

Existe evidentemente una variedad de grados entre estas categorias, cada una de las cuales indica, las condiciones geo lógicas de subsuperficie predominantes.

Los manantiales de aguas ácidas van acompañados de una fuerte alteración hidrotermal de las rocas cir curidarites. Las aguas alcalinas dan lugar a depsitcs exten sos de tufas calcáreas y silíceas. Las aguas salinas son producidas en lugares donde hay aguas subterrineas ricas en sales que se mezclan con los fluidos de la fuente caliente.

Las aguas poco salinas indican una alimentacin de aguas va dosas que no estin en contacto directo con la fuente de calor.

La impresión general entre los investigadores de Ireas termales es que las condicines geol6gicas ms favorables para yacimientos de vapor natural se observarían en zonas de reciente volcanismo ácido, indicado por la ocurrencia de nautas e ignimbritas. En otros lugares sin em bargo aparecen asociados a rocas andesiticas como Japón y aún carnadas de lavas basálticas como en Chile Central, Pata gonia e Islandia.

Las fumarolas y manantiales calientes asocia- 24 -

dos con volacanes activos se han considerado corno de menorimportancia económica en relación a los situados a cierta distancia.

Las condicinnes que indican la existencia en subsuperficie de trampas favorables para acumulaciones co merciales de vapor presupone el uso de varios parmetros fí sicos de las rocas, en la misma forma que en la exploración de hidrocarburos. Ist9s incluyen temperaturas, permeabilidad, porosidad, susceptibilidad magnética, densidad, conduc tividad eléctrica, ve1cidad de propagación de las ondas ss micas y radioactividad. Estos parámetros son indispensables al emplear cualquiera de los métodos de exploración, espe cialmente en los geofísicos.

4.01 Fuentes minerales de Chile,- En Chile existen numero sas fuentes minerales que constituyen anomalías termales de interés para la investigación de yacimientos de vapor en sus alrededores. Damos a continuación la clasificación de las vertientes ms conocidas de Chile, basado en sus caracteri ticas químicas, hecha por Contreras y Rodríguez (1945) (+) y Erigen (1947) (++) (+) Contreras M. y Rodríguez O. "Termas de Chile", Suplemen En Viaje. Santiago, 1943. to Revista (++)Brigen, 3. "El origen de las aguas minerales en Chile".

Revista chilena de Historia y Geografía, St9o.11947.

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4.01901 Aguas sulfuradasTemperatura °C Mamiña (Tarapac) Chuzmiza (Tarapac) Tun (Antofagasta) Ojos de Ascota (Antofagasta) Longavi (Linares) Chil1n (Ñuble) Los Pencos (Ñuble) Copahue (Bio-Bio) Tolhuaca(Ma].leco) Río Blanco (Malleco) Manzanar (Malleco) Menetu& (Cautín) Palquin (Cautín)

45-57 48 22 21-32 68-95 62-96 32-96 80-95 80-95

49-52 25-60 34-40

4.01902 Aguas c1oruradas-sdicas.4.01.32.1 Arsenicadas:

El Toro (Coquimbo) Soco (Coquimbo) El Saladillo (Aconcagua) Los Bañitos (O'Higgins) El Flaco (Colchagua) Sotam (Llanquihue) Cocham6 (Llanquihue)

46-52 26 80-90 53-89 22-41 15-28

4.01.02.2 Aguas cloruradas sódicas fuertes.

Quebrada Morales (Santiago) - 26 -

26

4.01.02.3 Aguas cloruradas s6dicas-cálcicas.

Vitacura o San Lorenzo (Bio-Bio) Petrohue (Llanquihue) 4.01.02.4 Aguas cloruradas cálcicas.

Apoquindo (Santiago)

Cauquenes (O'Higgins)

18-23 43-48

4.01.02.5 Ag uas cloruradas sulfatadassódicas, Auco (Aconcagua) Catapilco (Aconcagua) Colina (Santiago) Maulin o Carvajal (Santiago) Tanhuao (Talca) Panirnávida (Linares) Castillo (Ñuble) Puyehue (Osorno) Rupanco (Osorno) 4.01.03

16-30 19 30-32 24 17-18 32-33 31-34 60-75 92

Aguas bicarbonatadaA.32-34 27 18-22

Puritana (Antofagasta) El Gas (Curic6) Rari (Linares) Chile Chico (Aysén) 4.01.04 Ag uas sulfatadas férricas.La Maravillosa (Santiago-Tutu) El Planchon (Curico)

Hasta 43 0 AguadelVi(Concpé-Yumbel)

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Talcahuano (Concepci6n) 4.01.05 Aguas sulfatadas-s6dicas-magnesianas.Trapatrapa (Concepción-Laja) Ademas de estas fuentes minerales existen en las provincias de Tarapacá y Antofa-jasta regiones con geysers. De éstas, la ms importante es la de Tatio (Antofagasta) en el nacimiento del rio Salado. Esta es una de las regiones termales del país mejor estudiadas en los últimos años por investigadores de la Corfo y de la Universidad de Chile y se han observado ms de 40 geysers y fumarolas.

En años anteriores se hicieron uno o dos sondajes en ese lugar cuya p rofundidad no pasaba de los 50 metros y se ha observado una cantidad apreciable de vapor de agua y aguacaliente. La temperatura del agua fluctúa entre 81 y 850 C que corresponde al punto de ebullicin a esa altura sobre el nivel del mar. En las fumarolas se ha estimado una temperatura sobre 1000 C. En la provincia de TarapaC -existen varios, siendo el ms c;n.;cido e importante el de Puchuldiza.

4.01.06 Fuentes minerales y yacimientcs de vapor en la Provincia de Magallanes.

En la provincia de Magallanes se conocen has - 28 -

ta el momento dos fuentes

minerales (+) y un yacimiento de

vapor. Una está situada en Ultima Esperanza, la otra en el Seno Skyring y el yacimiento de vapor en el 5rea del Zurdo.

En Ultima Esperanza, en la localidad de Laguna Amarga se observa una fuente mineral de agua sulfatada - que ha dado lugar a la formaciri de una costra de baritina.

Se trata de aguas relativamente frías cuya temperatura debe o o fluctuar entre 10 y 20 La otra fuente mineral conocida en la provincia, aparece en el extremo S de la Península de La Pera (S

no Skyring) y se la ha designado "Surgidero Furia". Es una típica fuente termal con agua surgente caliente(a].rededOr de

5Q0) acompañada de gases. Est5 relacionada probablemen-

te con los intrusivos andesíticos y bsicos del Terciario Superior observados en la Cordillera Pinto e Isla Riesco.

4.01.06.1 Yacimiento de vapr.- Fue descubierto con el pozo Zurdo 1, perforado con fines petrolíferos en la parte -central de la Provincia de Magallanes, al N de Laguna Blanca. La acumulación de vapor, agua caliente y gas se observó al alcanzar la profundidad de 3764 metros, cuando se a travesaba una sección de arcillolitas del Terciario Inferior. (+) Hay antecedentes de otras fuentes termales en la zonadel Archipiélago Patagónico pero no se tiene informacionesprecisas de su ubicaiai¿Sn y datos de temperatura.

-

29 -

Las manifestaciones superficiales consistieron primeramente en una pequeña afluencia de gas inodoro y posteriormente ba rro de perforación, vapor de agua, agua caliente y un peque ño porcentaje de gas con presiones crecientes hasta 2200 psi con orificio de 3/8 11 . Cuando fluía prácticamente vapor con escaso gas y agua caliente la presión medida fluctuaba en tre 200 y 300 psi en tubo de descarga de 3 1/4 11 . La temperatura medida en el manifold fue de 2400 F y en la descarga 210° F a 215 0 F. La temperatura a profundidad no se pudo determinar porque fue imposible hacer perfiles de temperatu ra ni eléctrico. La afluencia de vapor no fue continua por las operaciones que se efectuaban para matar el pozo con ba rro de 17.0 lbs/galón y los continuos derrumbes en el fondo, lo que obstruía el interior de las barras de perforación, impidiendo el libre escurrimiento del vapor. El agua del yacimiento sería principalmente vadosa, con una salinidad de 6.6 gr/lt. Desafortunadamente no fue posible limpiar el pozo para efectuar una prueba de producción o continuar su perforacin y finalmente tuvo que abandonarse por colapso de la tubería de 10 3/4 11 . Se usó tubería de 10 3/4" hastala profundidad de 3000 metros, desde ahí hasta el fondo (376 metros) se tenía pozo' abierto de 9 1/2 11 . Aparentemente el reservorio estaría formado por una zona fracturada en arcillolitas o areniscas de la Formaci6n San Jorge del Tercia - 30 -

rio Inferior.

El yacimiento de vapor de El Zurdo esaría di rectamente relacionado cari cuellos volcánicos y camadas efu sivas basálticas del Fi j o-Pleistoceno observados en el área Loma Penitente-Morro Chico. Aparentemente existiría una anomalía termal en las proximidades del sondaje, en la LomaPenitente donde se nota un cambio de vegetación relacionada con las efusiones bas1ticas. Es posible que en el sector Penitente-Morro Chico existan otros yacimientos de va por, a menor profundidad (700 a 1400 metros) en reservoric's constituidos por las areniscas del Terciario Superior. La profundidad del yacimiento de vapor de El Zurdo es muy alta para llegar a ser un yacimiento comercial, en el momento ac tual0 4.01.07 En líneas muy generalos podemos distinguir dos graLn des grupos de anomalías termales; las de la Cordillera, enestrecha y directa relacicn con los volcanes cuaternariosy las del borde oriental del Valle Central y en la Cordille ra de la Costa que tienden a localizarse en las zonas de fa has o fracturas observadas en ambos bordes de esa depre -si6n geográfica. En las primeras, las ms abundantes, pero de difícil acceso es probable que un porcentaje elevado del

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flúído termal provenga de aguas juveniles y las reservas de vapor estén restringidas per falta de suficientes aguas sub terrneas que escurran hacia la fuente caliente, por ende la vida del yacimiento sera muy escasa. Las últimas serían de ms fácil acceso, tendrían abundante agua subterránea, por lo tanto las reservas de vapor serían mayores y la vida del yacimiento será larga, existirían además suficientes -cuerpos porosos y permeables (reservorios) en las secciones sedimentarias del Cretáceo y Terciario mostrados en los levantamientos geológicos en la pre-Cordillera o en las rocas volcánicas fracturadas en las proximidades de las fallas -presentes en los bordes del Valle Central. Según los argumentos anteriores las anomalías termales mas atractivas para iniciar la prospección de yacimientos de vapor estarían situadas desde Aconcagua al Bío-Bío.

Estas conclusiones son especulativas mientras no se tenga suficientes informaciones de subsuperficie de algunos yacimientos de vapor en producción.

5.00 Perforación de pozos exploratorios para ubicar yaci mientos de vapor.

La perforación es considerada una de las fa ses de la exploración, razón por la cual en el primer pozo - 32 -

que se perfore en Un átea termal debe obtenerse el rnicimode información geológica de la subsuperficie, de las condiciones del o los acumuladores de vapor, condiciones geoterma les, análisis de los fluidos colectados y profundidad m&xima recomendable. En el desarrollo preliminar de un área -geotermal se recomienda la perforación de pozos pilotos exploratorios de pequeño dirnetro ("slim holes" de 2 112 t1 a 4 ") con corona de diamantes. De esta forma se consigue un sondaje de costo mínimo, se economiza tiempo y se tiene ms rápidamente el cuadro de las condiciones geotermales genera les del área. Con estos antecedentes será posible preparar el programa de perforación m&s adecuado, con toda precisión y cuidado para el desarrollo del yacimiento.

En general los procedimientos de perforaciónde pozos de vapor se han separado en dos categorías, de a cuerdo al tipo de vapor:(+) 5.01 - Cuando el vapor de agua es sobrecalentado y tiene un bojo contenido de sales minerales como el caso de "The Geysers" del Norte de California, la perforación se hace al comienzo con aire comprimido, como medio circulante y se -(+) Informaciones proporcionadas por: Santa Fe Drilling Corn pany. Santa Fe Springs, California, 90670 U.S.A.

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contiene hasta que el vapor no permita un mayor avance. En forma similar que en la perforación de pozos de petróleo y gas con aire, la perforación se efectúa esencialmente dejan do soplar en forma continua y bajo condiciones controladas.

Hasta el momento no se ha tenido grandes dificultades ni ac cidentes serios exceptuando el ruido del vapor al escapar a la atmósfera.

5.02 - En el caso de vapor de agua saturado o con alto con tenido de minerales, se utilizan los métodos de perforación convencionales con la adición de torres de enfriamiento en la superficie entre la inyección o barro de retorno y la -succión de la bomba. La inyección debe ser de un tipo in sensible a los minerales y estable a las altas temperaturas del pozo. Estas condiciones se ha tenido en las perforacio nes efectuadas en el Sur de California en el area de Salten Sea y Mexicali en México.

Los métodos de perforación convencionales son los ms recomendables porque permiten un mayor control y rna nejo del sondaje en los casos de afluencias bruscas de va por o gases nocivos. No existirían problemas particularesen la perforación que no puedan ser resueltos con los equipos convencionales como los usados corrientemente en la in- 34 -

dustria del petróleo, exceptuando el grave peligro y las enormes responsabilidades por pérdidas de control de afluencias de vapores nocivos.

Los pozos perforados para explorar y desarro-

llar uta yaciitiento de vapor son relativamente poco prof un dos en relación a los pozos exploratorios en la industria del petróleo. La profundidad media es alrededor de 600 metros y la mayor profundidad ha sido alcanzada en el Srea de Saltan Sea en California.

Los pozos ms profundos con fines de desarrollo de energía gectermal han sido el perforado por la Pure Oil Co. y Shell Oil Co. en el Irea de Salton Sea, en Cali fornia. El pozo de la Shell alcanzó una profundidad totalde 5826 pies (1940 metros) y el de Pure llegó a 8100 pies (2690 metros) record hasta la fecha en pozos de vapor. La temperatura media en el fondo de este i5ltimo fue estimada en 800

0 F0 De acuerdo a las informaciones de los contratis

tas de perforación en el pozo de Pure la inyección usada en el pozo salía con una temperatura de 2400 F y se enfriaba a 115° F antes de bcmbearlo al fondo a razón de 500 gal/minuto. Para enfriarlo se usaba una torre de enfriamiento o un tranque de agua de un río.

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La terminación del pozo de Pure se hizo con -"casing" de 8 5/8" cementado hasta la profundidad de 6632 -pies anteriormente se había usado una tubería de superficiey una intermedia. El pozo de la Shell se terminó con una tu beria de 7 5/8" cementado hasta la profundidad de 5810 pies, Para reducir al mxirno la expansiri de las tuberías con el calor se hace una larga cementación.

El dimero de pozo y las tuberías de revestimiento son similares a los empleados en la industria del petróleo. En el pozo Sportsman NQ 1, perforado en el Imperial Valley (California) cuya profundidad máxima fue de 4737 pies, con una temperatura cercana a los 7000 F, se usó tubería de superficie de 20" hasta 65 pies, con intermedia de 16" J-55hasta 289 pies, con segunda intermedia de 10 3/4" (J-55) has ta 1195 pies y una de producción de 5 1/2" N-80 hasta 4729 pies.

5.03 - Inyección o barro deperforaj6n en pozos de va,Dor.(+) El factor de mayor importancia en el éxito ob-

tenido en la perforación de pozos para vapor en el ImperialValley ha sido la adecuada inyección o barro de perforación,

(^) Informaciones proporcionadas por:"Baroid Division" Natio nal Lead Company. Box 4756 Compton, California 90224 U. S A. - 36 -

la que debe mantener inalterable hasta una temperatura cercana a los 7000 FI. En el pozo Sportman NQ 1 se usó primeramenteun barro a base de bentonita tratado con Carbonox (material orgánico lignítico en polvo) y soda cáustica, hasta la profundidad de 2690 pies. A esta profundidad debido a un incre mento apreciable de la temperatura se cambió la inyección a base agente activante superficial-sódico y comenzó a agre ga.rse activante superficial y desespumante, carbonato de so dio, soda cáustica, polvo orgánico y sal. Cuando se tuvo pérdidas de circulación se agregó a la inyección jelflake (hojuelas de material plástico) y fragmentos finos de casca ras de nueces.

Las características de la inyección, cuando el pozo se encontraba cercano a la profundidad total y unatemperatura de 1830 F en la línea de flujo eran: Peso: 10,3 lbs/gal, Viscosidad: 34 seg/qt,

rdida de agua: 2.5 cm

Los aditivos químicos para la preparación de la inyección de pozos geotermales son similares a los usa dos en la perforación de pozos de gas o petróleo. En el po zo Sportsman NQ 1, perforado en el Imperial Valley (Califor nia) citado, se usaron los siguientes materiales para prepa - 37 -

rar la inyección geotermal: 5.03.01 - Material usado para perforar hasta 2930 pies.

Aquagel (bentonita) Baroid (baritina) Carbonox (material lignítico) Soda cáustica

12.800 16.300 9.750 1.700

libras libras libras libras

Costo aditivo por pie perforado 135$ 0.70 Costo aditivo por barril de inyecUS$ 3.42 ción (550 bbls.aproxim.)

5.03.02 - Al cambiar tipo de la inyección a base agente activante superficial-sódico, se usó el siguiente material: Carbonox 19.000 libras 1.700 libras Soda Cáustica 2.400 libras Carbonato de sodio comercial 400 libras Sal (cloruro de sodio) DMS (Agente activante de sup erfi 4.600 libras cie,para altas temperaturas) 9.000 libras Baroid (baritina) Costo por barril (volumen de 800 barriles)

US$ 5.47

5.03.03 - Material adicional empleado para preparar 300 ba rriles de inyección por pérdida de circulación:

9.800 libras Aquagel

7.500 libras Carboncx

700 libras Soda Cáustica

400 libras Carbonato de Sodio Comercial - 38 -

900 libras Sal 460 libras DMS Jelflake (Hojuelas de material plástico) 1.050 libras Micatex fina (preparado a base 1.750 libras de hojitas de mica) Wall-nut fina(preparado de cas- 3.000 libras caras de nueces)

US$ 6.72 Costo por barril 5.03.04 - Material usado al perforar entre 2690 pies y -4729 pies Carbonox Soda Cáustica Carbonato de sodio comercial Sal DMS Jelflake Micatex fina Wall-nut fina Fibertex (a base de fibra de ca ña entremezclada) Costo promedio por barril (900 barriles) Costo por pie perforado

13.750 2.500 1.900 1.700 4.600 650 4.250 2.750 2.200

libras libras libras libras libras libras libras libras libras

US$

5.98

US$

2.31

Costo total aditivos químicos por pie perforado hasta alcanzar la profundidad de 4.729 pies, incluyendo rnanteni mierito,cambio de base de inyección y US$ 2.76 pérdidas de circulaci6ri La mayor parte de la instrumentaci6fl y técni cas de perfiles usados en la industria del petróleo son utilizables en la perforación para vapor.

- 39 -

6.00 Los Acumuladores y evaluaci6n de yacimientos termales.Una vez que se ha localizado una anomalía Gea termal es necesario la existencia de una capa acumuladora extensa del vapor para que éste pueda ser producido en cantidades comerciales. Este acumulador o reservorio puede es tar constituido por rocas sedimentarias marinas continentales (areniscas y calizas) depósitos de material piroclistico, carnada de lavas porosas o zonas de fractura observadasen la corteza en rocas sedimentarias metamórficas o ígneas.

La vida de los yacimientos de vapor es desconocida, pero se se considera como origen del vapor un alto" porcentaje de aguas vadosas (meteóricas) que daría lugar a un sistema circulatorio dinámico, de considerable capacidad, las reservas de vapor serían muy grandes y la estimación de ellas no tendría mucho significado en un momento dado.

Un estudio de las variaciones de las concen traciones de deuterio y 018 en las aguas superficiales y -termales han mostrado que la mayoría de las aguas termalesson de origen meteórico (aguas vadosas) y una menor propor-ción serían de origen magmático (juveniles). Según esto se debe asumir que las condiciones del fluído termal en el reservorio no corresponde a un sistema estático como ocurre -

4.

en los yacimientos de gas o petróleo. Por esta razón en los yacimientos de vapor no podría aplicarse el método de cálculo de reservas acostumbrado para los yacimientos de gas y p tróleo puesto que no puede asumirse que el reservorio de vapor contenga un volumen inicial fijo de fluido bajo condicio nes estáticas.

El problema se traduce entonces en una estima ción, además de la cantidad de calor disponible en la fuente de calor (caldera), de la velocidad de transmisión de calorde la fuente al fluido termal y la velocidad de afluencia --

del fluido a través del sistema circulatorio. Para esto esnecesario conocer la extensión y forma de la fuente termal , la gradiente termal en subsuperficie, estructura y permeabilidad de la roca acumuladora, gradiente termal del fluido que circula. Esa información es muchas veces difícil de obtener, razón por la cual es difícil tener una estimación -cuantitativa de los reservorios de vapor.

Cuando el calor es transmitido a un acuíferode gran extensión es posible estimar la cantidad de calor acumulado en el reservorio secundario. En este caso es impo tante determinar las vías o canales de ingreso del agua fría meteórica y del fluido termal al reservorio, para no dañarel yacimiento prematuramente con una explotación intensiva.

- 41 -

6.01 Producción.- La producción de vapor por pozo en los yacimientos es variable y va a depender de varios factores, los principales serian: el tipo de fluido, la temperatura permeabilidad del reservorio y presión del flujo. En The Geysers la producción por pozo fluctúa entre 60000 lbs/hora a 150.000 lbs/hora. El vapor es todo seco sin muchos pro biemas de corrosión y depósitos de productos químicos.

La presión de descarga de los pozos fluctúa entre 60 y 150 lbs/ puig 2 a una temperatura que fluctúa entre 3400 F a 380° F. El vapor es llevado del yacimiento -por una tubería de 20" a la turbina del generador eléctrico.

El vapor llega a turbina con una presión de 75 lbs/puig. 2 y a la temperatura de 3500 F. De cuando en cuando los pozosse dejan fluir a la atmósfera para remover las partículas adheridas a las tuberías y limpiar la formación productora.

En el área de Salton Sea las producciones ob tenidas fueron las siguientes: Pozo SporLsrnanN° 1: 56.000 ibs/hr, de vapor y 258.000 lbs/ hora de agua salada concentrada. El fluido salía del pozo con una presión de 200 lbs/pu1g, 2 y una temperatura de 199° C. La formación productora se extiende en los siguientes intervalos 3980' - 4100 1 , de 4140 1 a 4280' y entre 4560' y 4720 1 . Se obtuvo producción a través de tubería de 5 1/2 con un punzonamiento de dos balas por pie.

- 42 -

Pozo C.I.D. NQ 1.- Entubado con tubería de 7 5/8" hasta 5232; punzonado con cuatro balas por pie en las siguientes zonas: 4900 y 5030 1 , de 5040 a 5140' y 5168 a 5212 1 . Produjo 12000 lbs/hora de vapor y 500.500 lbs/hora de agua salada con unapresión de flujo de 200 lbs/puig. 2 a una temperatura de 207° C. En el área de Casa Diablo se han perforado 4 pozos y se obtuvo los siguientes datos de producción: Temperatura Tuberías OC Interm.

Superf.

Pozo NQ

Presión 2 Lbs/puig

Vapor lbs/hrs

Agua Salad Lbs/hrs ¡

148

39

69.300

473.000

Endogenous NQ 2

181

385

45.000

233.500

Endogenous NQ 3

157

30

19.000

330.000

25.000

471.000

Endogenous NQ 1

Manrnoth NQ 1

13 3/8 de 140' a 220'

9 5/8 a 165'

9 5/8" 350 a 400'

----

132

7.5

En el área de Bagnore (Italia) en una fuente termal cuyas temperaturas fluctuaban entre 20° C y 50° C con algo de H 20 y CO 2 se obtuvo una producción total de 200.000 kgs/hr. de fluido termal de 5 pozos perforados.

- 43 -

6.02

Los Procesos geológicos que controlan la vida

de un yacimiento de vapor son complejos y solamente podrán ser aclarados con mayores antecedentes de subsupeLficje de nuevas áreas termales, La investigación de estos procesos es nacesaria para la evaluación de la energía geotermal como una futura fuente de energía para el país.

Al evaluar un área termal deberán considerarse dos tipos principales de yacimientos de vapor, cuyas ca r acterísticas están relacionadas con el aporte de agua subte rránea a la Caldera o fuente de calor si se considera un orí gen de aguas vadosas.

6.02,01 Yacimiento de vapor en zonas desérticas o semidesér ticas como en el N de Chile y al N de la Provincia

de Aconcagua El agua subterránea tendrá una cantidad consi derable de sales disueltas, el yacimiento producirá vapor y agua caliente con una gran cantidad de sales. Para el aprovechamiento del vapor, antes de enviarlo a las turbinas, esnecesario un proces') de separación del agua salada y sales disueltas, que encarece el sistema, pero a la vez permite la obtención de numerosas substancias químicas. En algunos yacimientos como en Saltori Sea (California) la producción de productos químicos, especialmente carbonatos de potasio ha -

llegado a escala industrial que ha pagado con creces las inversiones efectuadas. Según los antecedentes de Magna Po -wer la producción media por pozo en un yacimiento de vapor de esta naturaleza podría alcanzar la cifra de 350 toneladas de carbonato de potasio por día. En este tipo de yacimientos de vapor se considerarán dos productos, el vapor para gene rar energía y los químicos. En zonas agrícolas es un proble ma la eliminación de los fluidos residuales, producto finalde l;,, separación de los químicos. En algunos casos la eliminación del agua con sales en suspensión han sido el peor obstáculo para el desarrollo de los yacimientos de vapor como en la región agrícola de Imperial Valley (California).

6.02.02 Yacimientos de vapor en zonas templadas donde existe una cantidad apreciable de precipitaciones.

El agua subterránea será relativamente pura con escasa cantidad de sales disueltas, como sucede desde el Valle del Aconcagua hacia el S. Especialmente en los valles de Aconcagua, Santiago y la región Santiago-Chillán. En este tipo de yacimientos el vapor puede ser usado directamente en turbinas o con un proceso de separación muy simple. Esto introduce una economía en la terminación de los pozos y permite la utilización del agua residual en las zonas agrícolas.

- 45 -

Los productos químicos serían insignificantes y no llegarían a constituir una producción comercial importante.

Chile está en situación previligiada en cuanto a las posibles reservas de vapor de agua por su cuadro -geológico y posición geográfica en el circulo de fuego del Pacifico. Tiene todas las condiciones favorables para dispo ner de esta fuente de energía y poder utilizarla prácticamen te en forma inmediata. Su utilización y desarrollo va a depender naturalmente de los costos de explotación de los yacimientos de vapor y su conversión a energía eléctrica, que deben ser competitivos con los de las plantas hidroeléctri cas o a combustibles (carbón o petróleo).

Debido a los costos de exploración, perfora ción e instalaciones en las plantas que usan energía geotermal el limite económico de potencia instalada es 1000 kw, aproximadarnente. En condiciones muy especiales en las cuales el vapor es usado directamente en turbinas sin un tratamiento previo al tamaño mínimo de planta puede ser ligeramente inferior.

7.00

Costos en el desarrollo y exploración de la Energía Geotermal

7.01

Costos de perforaciones y programas de entubaciones.

La estimación promedio del costo de perfora - 46 -

ción por metro en varias áreas termales de California fluctúa entre US$ 120 y 180. Esto incluye exploración y control geológico, caminos de acceso, instalaciones, pruebas de pozo, tuberías, equipo de producción, válvulas y lineas de flujo,antepozos y administración. Estos costos son para pozos de200 a 350 metros, con tuberías de superficie de 11 3/4" a 13 3/8".

En Islandia en pozos de 750 metros de profundidad total, los costos de perforación son de US$ 60 por metro, incluyendo camino de acceso, ubicación, equipo de pro ducción, perfilajes y control geológico. No incluye la tube ría de superficie ni liners ranuradas. La tubería de superficie se cementa entre 200 y 250 metros y el diámetro de pozo abierto es de 8 3/4 11 . Algunas veces se usa liners ranurado.

En Nueva Zelandia el costo promedio de perforación es alrededor de US$ 146 por metro, incluyendo las tuberias. Se trata de pozos de producción cuya profundidad va ria entre 300 y 1000 metros, con tubería de superficie de 8 5/8" cementada entre 300 y 650 metros Diámetro de pozo a bierto 7 5/8M, con liner ranurado de 6 ó 6 5/8 11 . El costo a tenor representa solamente un 72% del costo total para obte ner vapor, el porcentaje restante corresponde a caminos de -

- 47 -

accesos, desagUe, abastecimiento de agua, depreciación de dificios, control geológico de pozos, investigaci6ri de yaci mientos, etc.

Para una estimación preliminar de la amortización por inversiones en los pozos es preferible conside rar una vida media de cinco años. Sin embargo puede extenderse facilmente hasta diez años como en Lardarello.

A continuación incluimos una estimación de costos de perforación para pozos destinado a la exploración de yacimientos de vapor, método directo de exploración cuan do se conoce la anomalía termal.

Sonda: Mayhew - 2000 (+) Profundidad pozo hasta 600 metros.

Duración trabajo: 40 -

SO

días.

Costo operación sonda por día E 03500. Considerando pensióny alimentación en una ciudad, b) vehículos; 1 camioneta para tool pusher, 1 camión transporte 12 toneladas, 1 station wagon para movilizar personal, c) Personal: 1 tool pusher , 1 mectnico soldador, 2 turnos con 4 personas por turno. In cluye ademas la supervisión geológica y de Ingeniería y los

(+) FUENTE: Patricio del Solar-Sección Perforaciones-ENAP (Marzo 1968).

- 48 -

porcentajes de gastos comunes del servicio.

Para el cálculo d costos en escudos se ha considerado US$ 1 =E06.59 Tubería de superficie 7" usada, 300 metros

US$ 2138 = 60 14052

Tubería de producción 5 11 , liner, US$ 2130 = E° 34000 320 metros (280-600) US$ 3062 = E° 20200 Trépanos 8 3/4 y 6 1/4 US$ 1222 = 6° 8040 Barro perforación 325 = 6°

2140

Cemento tubería superficie

CO

2030

Cemento liner 25% Administración Materiles

E°

US$

Baritina

1015 6° 61.477 60 15.400 6° 76.877

Camión cementador dos operaciones (costo por operación 6° 3.500)

60

7.000

6° 83.877 Costo op. sonda

50 días x 3500 Costo total operación

Costo por metro

175.000 6° 258.877

1 432 = US$ 65.50

En el área de Lardarello se tuvo el siguiente costo: Pozo de exploración.600 metros Profundidad Tubería de superficie de 9 5/8" hasta 50 metros de profun didad, - 49 -

Tubería intermedia de 6 5/8" hasta 500 metros de profundidad.

Duración operación

65 días

Costo por metro, aproximadamente US$ 73 Pozo de producción,Profundidad

1000 metros

Tuberia de superficie

13 3/8" Hasta 100 metros

Tubería de producción

9 5/8" hasta 850 metros

curación operación Costo total

133 días US$ 133.000

Costo por metro

US$ 133°°

7.02

Costo por kW instalado en planta

7.02.01 Plantas con turbinas sin condensador.- El vapor de los pozos es admitido directamente en las turbinas con descarga a la atmósfera. También puedan ser alimentados con vapor secundario donde existen instlaciones para recuperar los productos químicos. Han sido usados principalmente en Italia. Las potencias instaladas fluctúan entre 5000 a 6000 kW. Para una planta con una unidad de 4000 kW el costo por kW instalado fue de US$ 66, a esto hay que agre gar 13% más por tubería de transmisión de vapor desde el y cimiento.

- 50 -

Una instalación con 4 unidades de 4000 kW, el costo por kW instalado fue de US$ 60, más 12% por tuberíasde transmisión de vapor.

Consumo de vapor 20 Kg/kWh aproximadamente.

Temperatura vapor 200 0 C Presión entrada a la tubería 5,5 Kg/cm2.

Presión absoluta 78.2 lbs/puig 2 abs.

7.02.02 Plantas con turbinas con condensador.7.02.02.1 Con vapor secundario.- El vapor de los pozos pasa a un intercambiador de calor donde se genera vapor secundario con el cual se alimenta la turbina. Evidentementehay pérdida de eficiencia porque la temperatura y presión del vapor secundario Son menores que los del vapor de yacimiento. El vapor secundario es descargado en un condensador bajo vacio. El vapor de yacimiento es llevado a la plantarecuperdo de las substancias químicas o descargado a la at mósfera.

Este MétodG permite utilizar vapor sucio y e traer los productos químicos. El consumo de vapor directoes alrededor de 30% menor que en las turbinas sin condensador, pero 40% mayor que en las turbinas con condensador paro con alimentación directa de vapor de yacimiento..

- 51 -

7.02.02.2 Con vapor directo.- El vapor de yacimiento es alimentado directamente a turbinas las cuales tienen unadescarga a un cnndensador donde se mantiene un alto VacíoL Es eficiente cuando el vapor no tiene químicos y el conté nido de gas no es alto. Este es el m&todo rns empleado,en Lardare].lo (Italia) The Geysers (California U.S.A.), Wajrakej (Nueva Zelandia) e Islandia. Para plantas de es te tipo, el menor tamaño recomendado es alrededor de 6000 kw. Para mayores consumos por razones económicas se reco mienda unidades de 12000 -15000 kW, El límite superior se ha estimado en 3000C kw.

7.02.023 Con evaporación relámDa

.- Este procedirnien-

to, usa el vapor obtenido al bajar

la presión, producien-

do la evaporación delagua caliente

separada del vapor geo

termal. Plantas de este tipo se e stán instalando en Wairakej (Nueva Zelandia) e Islandia,

El vapor así produci-

do es prácticamente libre de gas.

702024 Costo plantas con condensador,- Una insta1j& con una unidad de 12500 kW en The Geysers (California) el costo por kW instalado fue de US$ 152 incluyendo una subesci6n

e instalaciones superficiales. Se usó un gene

redor usado, con uno nuevo el costo se incrementaría en 26% - 52 -

Consumo de vapor 8.7 Kgs/hora.

Presin entrada a la turbina 100 lbs/puig2.

Presión salida turbina 4 pulgadas Hg.abs.

El vapor se paga a razón de US$ 0.0025 por kwh.

En Islandia el proyecto inicial consideraba una planta de dos unidades de 8500 kW. El costo estimado por kW controlado, incluyendo todas las instalaciones, p2 zos de vapor, líneas de flujo, equipo de prcduccin, mantenimiento equipo de perforaci'n, campamento, líneas de transmisicn de 132 kW y subestacin fue de US$ 364 aproxi madamente, considerando una capacidad neta de 15000 kW. Consumo de vapor 140 Ton/hora.

Presión entrada turbina 3.0 - 3.5 kgs/cm 2 . (42.5-50 lbs puig2) Presión salida turbina 0.07 kgs/cm 2 abs.(2.1 pulg.de F g.abs.)

El costo estimado de producci'n por kWh fue de US$ 0.0079 estimado 7500 horas anuales con la máxima capacidad.

El 50% del costo total estimado por kW instalado corresponde a la planta sola, incluyendo sistema de enfriamiento y el equipo eléctrico.

En Nueva Zelandia (Wairakei) el costo por kW instalado en una planta de 192.200 kW con 13 unidades-

- 53 -

fue estimado en 82.25 (US$ 227), incluyendo toda la mstalacién de la planta, pozos, sistema de transmiSifl, co lectores de vapor y agua caliente. El costo de la plantasola, incluyendo sistema de enfriamiento del agua y la su estaci6n fue estimado en47.9 (US$ 132 00 ) por kW instalado. El costo estimado de produccin por kWh es de US$

--

0.0046.

En Lardarello el costo por kW instalado en U na planta con condensador de 12 a 15000 kW, usando vapor directo, incluyendo el proyecto de ingeniería, todo el e quipo de planta, torres de enfriamiento y subestacifl se ha estimado en41.2 por k4 (US$ 113.40).

En la parte central de Chile la utilizaCifl de la energía genterrnal esté supeditada al desarrolla y -disponibilidad de los recursos hidroeléctricos. p robablemente en el momento actual no sea competitiva, pero un a vance considerable del proceso industrial del país en los préxirnos años requeriré el desarrollo de esta fuente de energía. Como el procesG de exploraCin y desarrollo de loa yacimientos de vapor demora un cierto tiempo es necesario considerar con bastante anticipaCién los programas de exploraciones mediante sondajes de 600 a 1000 metros de pro-

fundidad que llevan al descubrimiento de las acumulaciones comerciales de vapor.

La profundidad máxima a la cual es económico perforar por vapor o agua caliente dependerá del máximo -costo económico del vapor. En Islandia, en el momento actual se ha estimado el costo máximo económico de US$ 0.05 por tonelada de vapor. Para pozos hasta de 3000 metros el costo estimado sería de US$ 0e20 y para mayores profundida des el costo sería de US$ 0.50 por tonelada de vapor.

Existiría una limitación económica para la profundidad de los pozos de vapor. No existe hastT la fecha una respuesta clara a este problem. Cuando se tratade rocas sedimentarias la tendencia en general es perforar pozos de mayor profundidad, dentro de los límites económicos, por la mayor temperatura y presi6n alcanzada por el vapor.

Recomendaciones y conclusionesLa exploración y desarrollo de los yacimientos de vapor están supeditados al aprovechamiento de la energía geotermal del país en forma de energía eléctrica.

Los limites económicos del aprovechamiento de esta fuente - 55 -

de energía son bastante estrechos y su utilización va a depender de las disponibilidades de combustibles y de energía4 hidroelóctriCa en les distintas zonas de Chile Las inversiones para la exploración superficial son reltiimeflte pocas considerard el cuadro geológico que se tiene actualmente y las numerosas anomalías -La

termales conocidas C lo largo del territorio nacional á representada por la sonda, materiales inversiÓn fuerte est de perforación y equipo de terminación de los pozosAparentemente las áreas más atractivas por su facilidad de acceso y aprovechamiento inmediato poste rior en la industria, condiciones favorables para la forma ción de trampas acumuladoras (reservoriOs) existencia de fuentes de calor y agua subterránea abundante, están en la Bio0 zona central, desde el Valle Aconcagua hasta el río Bio

En esta zona se tendrían yacimientos de vapor seco o sa tu -rado,cnagu calient demuybaj slinda etalmnera que el agua residual podría tener uso agrCOla De a'uerdo a los programa s de desarrollo de de ENDESA (+) ésta ca r los recursos hidroel ctic0S que tendría una mayor disponibilidad de potencia en los (+) Fuente: Mario Andrade - ENDESA, 1966 - 56 -

próximos 5 años según el cuadro siguiente:

SISTEMA INTERCONECTADO (Cooiapó-Chiloé) Sector Público y autoproductores.

Año

Demanda máxima

Potencia disponible

1966

930

950

1967

1000

1100

1968

1100

11,170

1 969

1200

1400

1970

1400

1971

1330 1430

972

1553

1750

1600

NUEVAS CENTRALES

(ler,sernestre) 1.967 RAEL (la. y 2a, unidades) " (2Q ) 1,067 RAPEL ( 3a.y 4a. ) 1968 VARIOS PARTICULARES 1969 RAPEL (5a. Unidad y Bocamina

140 MW 140 MW 30 MW

Lota) 1971 El Toro (la0 Etapa) 1972 El Toro (2a. Etapa)

200 MW 160 MW

Esta circunstancia hace crítico el desarro - 57 -

llo de esta nueva fuente de energía en esa parte del país.

En el N del país en cambio la situación derecursos energéticos es bastante pobre y se prestaría ade cuadamente para un programa de desarrollo de esta fuente de energía Aquí no se tendrían los factores adversos aldesarrollo del potencial geotermal que se tiene en el Imperial Valley y Salton Sea (California), lugares en los -cuales la eliminación del agua salada constituye un proble ma por tratarse de zonas de desarrollo agrícola, inconve niente que ha frenado el uso de esta fuente de energía.

La producción de substancias químicas como subproducto cons tituirá un factor económico favorable al aprovechamiento de los yacimientos de vapor en las provincias de Tarapacáy Antofagasta, Los costos de exploración, explotación y ma ntenimiento de las instalaciones sería más alto que en la zona Central por la situación geográfica de las anoma lías termales y la fuerte corrosión y depósitos de sales en las tuberías de producción. El otro factor que puedatener una gran influencia en los resultados de las explora ciones es la posible reserva de vapor en los yacimientos si no existe suficiente aporte de agua subterránea a la fuente caliente y los fluidos acumulados se deben a aguas-

- 58 -

juveniles, producto del volcanismo.

Las técnicas de exploración y desarrollo de los yacimientos de vapor son muy similares a los empleados en la industria

de].

petróleo. Por esta razón eran parte -

de las empresas petroleras como Shell, Pure, Richfield-A tlantjc y muchas otras se han interesado en el desarrollode la energía geotermal, - como pude apreciarlo en mi últi mo viaje a California - iniciando las exploraciones en áreas de anomalías termales o aprovechando los pozos perfo rados con fines petrolíferos y que han descubierto yaci -mientos de vapor.

En el momento actual existen en el país ms tituciones que cuentan con todos los medios, personal técni co y experiencia para la exploración y explotación de los yacimientos de vapor. Simultáneamente con las investia ciones geológicas que realiza el Instituto de Investigacio nes Geológicas y las exploraciones con fines petrolíferosque realiza ENAP a lo largo del país, se recomienda estu diar las anomalías termales y determinar las áreas más favorables para la búsqueda de yacimientos de vapor. Esto requerirá evidentemente un esfarzo adicional que no aumeri tará notablemente los costos de la investigación explorato

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ria. Las técnicas de prospección son muy similares a lasempleadas en la industria del petróleo razón por la cual pueden ser llevadas a cabo en excelente forma por el equipo de personal técnico de ENAP. Los yacimientos de vapor son considerados un recurso natural, por lo cual debe "reservarse para el Es tado" todas las áreas potencialmente productivas en las anomalías termales conocidas en el país. Esto evitará limi taciones legales en los futuros proyectos de desarrollo geotermal. Simultáneamente se debe llevar a cabo un curso especial de las posibilidades de energía geotermal a lo -largo de todo Chile, como una fuente potencial de energía.

Considerando que las anomalías termales más favorables para la búsqueda de yacimientos de vapor estánen el borde oriental del Valle Central, en la zona de fa has en el pie occidental de la Cordillera Andina, se reco mienda un control apropiado en las perforaciones explorato rias para el petróleo, minerales o agua subterránea, que se realicen en esa parte del territorio nacional, por la posibilidad de tener una gradiente anormal de temperaturao una acumulación de vapor en los estratos sedimentarios b rocas fracturadas atravesados en los sondajes.

.1

En adición se recomienda considerar un programa de algunas perforaciones exploratorias para la búsque da de yacimientos de vapor en las anomalías termales de ma yor intcrs en la zona Aconcagua - Bío Bío. Estas seríande poca profundidad, 400 a 600 metros que pueden realizarse con una sonda liviana como la Mayhew 2000 Estos sonda jes permitirán ademas obtener información estratigráfica no solamente útil para la exploración petrolífera sino ta bien para prospección de minerales, estudios de suelos y a gua subterránea.

Para poder avaluar la potencialidad de un yacimiento de vapor y verificar sus perspectivas como fuen te de energía, es necesario tener varios pozos productores.

PUNTA ARENAS, JUNIO DE 19€8.

NOTA: Trabajo efectuado en 1968 y actualizado en 1974.

- 61 -

A D E N D A 1

Durante los reconocimientos geológicos efectuados por el Geólogo Raúl Cortes en el área del Archi piélago patagónico al S. de la Isla Capitán Aracena, a co mienzos del año 1973, observó una anomalía termal en la costa NO de la Isla Diego. Las manifestaciones consistían en un manantial de agua caliente en una zona pantanosa.

Estos eran rns espectaculares en los días fríos por la -formación de vapor.

Punta Arenas, Marzo de 1974.

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Deportorneto de Explorocones Mogoftanes MAPA DEL MUNDO MOS1RANDO LAS REGIONES PRINCIPALES DE POSIBLE ACTIVIDAD GEOTERMAL tAREAS SOM8RI.ADAS),CONASERISCOs SE INDIVIDUALIZAN LOS LUGARES DE OESARROLW COMERC I AL, DE LA ENERGIA GEOTERMAL

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