Tomografia elèctrica a escala de laboratoriinvestigació del sistema roca-salmorra-CO(2)

Abstract

La captura i emmagatzematge geològic de CO2 es considera una opció viable per a la reducció de les emissions netes d’aquest gas a l’atmosfera terrestre. El procés consisteix a separar el CO2 de la resta de gasos generats durant l’ús de combustibles fòssils, transportar-lo fins a les plantes d’emmagatzematge i injectar-lo en una formació porosa i permeable que el retindrà, en principi, indefinidament. En aquesta tesi es consideren els aqüífers salins profunds com a reservori de CO2 de referència. La fase d’emmagatzematge requereix que es monitoritzi el subsòl mitjançant tècniques indirectes no destructives, amb l’objectiu de caracteritzar la distribució del CO2 dins el reservori per poder assegurar que la contenció és efectiva i permanent. Entre els mètodes de monitoreig existents, els mètodes elèctrics i electromagnètics són molt convenients, degut a la seva sensibilitat a la conductivitat elèctrica, una propietat física intrínsecament relacionada amb la fracció de volum de fluids conductors presents a la porositat de la roca. Quan s’injecta CO2 al subsòl, la substitució de salmorra (conductora) per gas (resistent) genera un contrast de resistivitat detectable amb mètodes elèctrics i electromagnètics. En funció de la magnitud del canvi, es pot quantificar la saturació de CO2 del reservori. Aquesta tesi centra la seva investigació en els efectes elèctrics d’alguns dels fenòmens que tenen lloc a micro-escala durant el procés d’injecció i emmagatzematge geològic de CO2. L’objectiu principal consisteix a caracteritzar la distribució de resistivitat elèctrica d’una mostra centimètrica de gres de Fontainebleau en dos experiments principals, mitjançant la tècnica de la tomografia elèctrica aplicada a escala de laboratori. Els dos experiments principals d’aquesta investigació inclouen, per un cantó, la quantificació de la saturació de CO2 per a diferents graus de saturació i, per l’altre, el monitoreig del sistema en un experiment de dissolució de CO2 a alta pressió (40 bar). A l’experiment I, la mostra representa una petita fracció d’un aqüífer salí profund (saturat d’una salmorra molt salina) en diferents estadis de l’avanç del plomall de CO2. A l’experiment II, la mostra representa una fracció d’un aqüífer somer (amb una salmorra poc salina) en la qual hi ha hagut una invasió de CO2 des d’un aqüífer proper. Per tal de poder realitzar els experiments plantejats, s’ha dissenyat i muntat un sistema experimental que permet realitzar mesures de tomografia elèctrica a les condicions de pressió requerides, sense haver d’aturar l’experiment. Els dos experiments principals són una de les contribucions més importants d’aquesta tesi, perquè per primer cop s’ha aplicat tomografia elèctrica a escala centimètrica en experiments que involucren CO2. Els resultats han demostrat que el sistema experimental permet obtenir dades significatives i de bona qualitat. Els models resultants de l’experiment I han permès quantificar la saturació de CO2 a l’interior de la porositat de la roca, mentre que l’experiment II ha permès determinar l’augment de la conductivitat de la salmorra degut a la dissolució i dissociació de CO2 al llarg de vuit dies. Així, aquesta tesi suposa una contribució rellevant al camp de l’emmagatzematge geològic de CO2 i al de l’aplicació de la tomografia elèctrica a escala de laboratori, presentant una investigació dels fenòmens elèctrics fruit de la interacció entre els components del sistema roca–salmorra–CO2 a escala centimètrica. Les dades experimentals adquirides, a més, constitueixen una base de coneixement per a la calibració dels models obtinguts amb tècniques elèctriques i/o electromagnètiques de gran escala, o per a la realització de processos d’upscaling.