Gas Metano De Carbon

Gas Metano en Mantos de Carbón en Magallanes Introducción El gas metano proveniente de los mantos de carbón es un importante componente de la matriz energética de USA. Es conocido en inglés como Coal Bed Methane (CBM), en español lo designaremos como GMC, Gas Metano de Carbón, entendiéndose que es el gas proveniente de los microporos de las vetas de carbón y no es producto de gasificación. En el año 2001 el 7 % del gas natural consumido en USA era GMC. El GMC es un hidrocarburo no convencional que fundamentalmente difiere en su proceso de acumulación y en la tecnología usada para producirlo. En Magallanes existen 5,000 millones de ton. El contenido de gas medido en los carbones es del orden de 7 a 12 M3/ton. ¿Qué es el GMC? El GMC es gas natural que contiene prácticamente 100 % de metano (CH4) y es producido desde los mantos en yacimientos de carbón. El GMC es producido a menudo desde mantos de poca profundidad y junto con grandes volúmenes de agua de calidad variable. El GMC es gas natural generado y almacenado en vetas de carbón. Se produce mediante pozos que permiten que el gas y el agua fluyan a la superficie. El GMC se producía ya en 1926 en Oklahoma y desde 1951 en la cuenca de San Juan, Nuevo México. Sin embargo el gran desarrollo comenzó en 1988. Esto se debió a incentivos tributarios implementados por el Congreso de USA para impulsar la exploración de recursos energéticos alternativos. ¿De donde proviene el GMC? El GMC es metano (CH4) generado en forma natural, junto a pequeñas cantidades de otros hidrocarburos y otros gases distintos a los hidrocarburos, contenidos en los mantos de carbón como resultado de un proceso físico y químico. Este proceso comienza con material orgánico de plantas que se convirtió primero en turba y luego en carbón. A medida que las plantas se fueron cubriendo de sedimentos e incrementando su profundidad , el calor y la presión aumentaron, causando cambios físicos y químicos en las plantas. Es esta aplicación de calor y presión la que transforma la turba en carbón,

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expulsando el agua y otros constituyentes volátiles fuera de la masa orgánica y concentrando el carbón. . La transformación de turba en carbón es un proceso gradual de maduración, el que incluye muchas etapas intermedias como se describe en la Tabla 2-2. La Tabla 2-2 lista las características físicas y químicas de los restos de plantas y carbones y su incremento en el rango de maduración.

¿Qué controla la producción del GMC? La rata de producción es producto de varios factores que varían de una cuenca a otra, desarrollo de permeabilidad por fracturas , migración del gas, maduración del carbón, distribución del carbón, estructura geológica, tipo de terminación de los pozos, manejo de la producción de agua, . En aquellas áreas donde en las estructuras geológicas han ocurrido fallas localizadas tienden a inducirse fracturas naturales las cuales incrementan las vías de producción dentro de las vetas, ver Fig. 2-3.

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Desarrollo de las fracturas (cleat) El carbón tiene porosidad pero una permeabilidad muy baja. Para poder producir los fluidos de las vetas de carbón hacia el interior de los pozos, el carbón debe poseer un sistema de permeabilidad secundaria tales como las fracturas. Las fracturas le permiten al agua, gas natural, y otros fluidos migrar desde la matriz porosa hacia los pozos productores. “Cleat” es el termino que designa a las fracturas naturales que se forman en las vetas de carbón como parte de la maduración del carbón. Estas “cleat” se forman como resultado de la deshidratación del carbón, tensiones locales y liberación de sobrecargas. Dos conjuntos ortogonales de “cleats “ se desarrollan en los carbones que son perpendiculares a la veta ( Fig. 2-3). Migración del gas natural En las vetas de carbón, la mayoría del gas es absorbido en las laminaciones microscópicas y microporos dentro del carbón en formación. A medida que la presión hidrostática decrece por la producción de agua, se produce la desorción del gas y su movimiento consiguiente dentro del sistema de fracturas (cleat) comenzando a fluir hacia el pozo productor, como lo muestra el diagrama de la Fig. 2-4.

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Desarrollo de hidrocarburos y otros fluidos A medida que el carbón madura de turba a antracita, los fluidos asociados también se transforman. Turba de bajo rango y lignito tienen alta porosidad, alto contenido de agua, baja temperatura y metano biogénico y poca presencia de otros fluidos. A medida que madura hacia tipos bituminosos, el agua es expulsada, la porosidad decrece y la formación de metano biogénico disminuye con el aumento de la temperatura sobre la condición más favorable para la acción de las bacterias. En la medida que el carbón madura hacia antracita, menos metano es generado, y subsiste una pequeña porosidad y agua en la matriz. La producción de GMC en USA en la parte oeste proviene en su gran mayoría de carbones bituminosos y sub-bituminosos. Técnicas de explotación del GMC Existen distintas formas de terminar los pozos dependiendo del tipo de carbón en la cuenca y el fluido contenido. Cada tipo de carbón (desde sub-bituminoso a de bajo contenido de volátiles bituminoso) ofrece opciones de producción que difieren debido a sus fracturas inherentes y a la capacidad de producción de las vetas. La Fig. 2-7 muestra un diagrama de terminación típico de un pozo en la cuenca de San Juan, USA.

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Este está terminado al techo de la veta de carbón con una tubería de producción (casing) cementada hasta la superficie. La veta de carbón es entonces perforada y luego ensanchada para exponer mayor superficie a producción. En áreas donde el sistema de fracturas naturales no está suficientemente desarrollado, el carbón se puede fracturar usando una estimulación de baja presión o la técnica de cavitación. Una vez que el pozo es terminado, se baja una bomba sumergible con una tubería de producción de agua (tubing). La bomba es necesaria para extraer el agua de la veta de carbón y producir la desorción del metano. El metano fluye tanto por la tubería revestidora (casing) y la tubería de producción de agua (tubing) hacia un separador gas-agua y a la estación de compresión. A medida que el agua es extraída, se incrementa la producción de metano. Esta relación es mostrada en la Fig.2-8.

La Fig.2-8 muestra como la producción es alta al comenzar la producción del pozo, pero declina, aumentando la producción de metano. Otra forma de explotación es mediante pozos horizontales, ver Fig. 2-10. Cada pozo puede llegar a tener una extensión lateral de hasta 3,500 pies (1067 mts). Varias ramas laterales se pueden perforar desde un solo pozo vertical para explotar varias vetas. Cada rama puede no ser necesariamente horizontal para poder seguir el desarrollo de las vetas. Muchas vetas pueden

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tener un espesor menor a 5 pies ( 1.5 mts), siendo requirido conducir la perforación con mucho cuidado.

E. Aguila M. Ener_2006

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