Resumen de Análisis del comportamiento hidro-mecánico de acuiferos salinos profundos
Esta Tesis describe un modelo numérico para el estudio de la respuesta hidráulica y mecánica de los acuíferos salinos profundos, durante la fase de inyección, en operaciones de Captura y Almacenamiento Geológico de CO2.
Se ha adoptado una composición idealizada de las rocas porosas, que se han considerado formadas por un esqueleto sólido, una fase fluida de agua con CO2 disuelto y una fase supercrítica o gaseosa constituida exclusivamente por CO2. Para la obtención de las ecuaciones de balance de masas y de equilibrio mecánico se han empleado los conceptos de teoría de mezclas y promediado volumétrico.
El modelo hidráulico se ha definido mediante la implementación de dos ecuaciones de conservación de la masa, una para el agua y otra para el CO2. El movimiento de las fases se formula con un primer componente advectivo, expresado mediante la ley de Darcy, y un segundo componente difusivo, que viene dado por la ley de Fick. Para la definición de los componentes de flujo se han implementado las ecuaciones que describen la curva de retención y la permeabilidad relativa de las fases fluidas, expresados en función del grado de saturación en agua. También se ha obtenido la densidad del CO2, su viscosidad dinámica y su solubilidad en agua utilizando algoritmos de interpolación de bases de datos termodinámicas, a través de programas externos que han sido desarrollados en el contexto de esta Tesis. Las propiedades del agua se han asimilado a las del agua pura.
El modelo emplea las ecuaciones de compatibilidad y la forma débil de la ecuación de equilibrio para la descripción del problema mecánico. La definición de la relación entre tensiones efectivas y deformaciones se ha formulado mediante un modelo de estado crítico que reproduce los aspectos más relevantes del comportamiento mecánico de las rocas porosas, como la reorganización del esqueleto de partículas sólidas, la degradación del cemento intergranular o el efecto de la succión.
Las ecuaciones se han implementado, de forma totalmente acoplada, en el programa Comsol Multiphysics, desarrollado para la resolución de sistemas de ecuaciones en derivadas parciales por el método de los elementos finitos. El modelo se ha validado con la simulación de ensayos de laboratorio y la utilización de ejercicios de intercomparación de códigos publicados en revistas especializadas.
La herramienta desarrollada ha sido empleada para el estudio de la respuesta hidro-mecánica de acuíferos salinos profundos durante la fase de inyección de CO2 en diversos escenarios, con el objetivo de determinar aquellas condiciones en las cuales podrían darse las variaciones más significativas en la inyectividad y en la capacidad de almacenamiento. También se ha utilizado para la identificación de las condiciones en las cuales es más probable la generación de vías preferenciales de flujo que pudieran comprometer la integridad del sistema.
El modelo numérico simula correctamente el almacenamiento geológico de CO2 en acuíferos salinos profundos, y permite obtener un gran número de variables hidráulicas y mecánicas en el post-proceso. Facilita la introducción y modificación de las ecuaciones gobernantes necesarias para el modelado del comportamiento de las rocas porosas en una única herramienta numérica. Además, ofrece una gran versatilidad en la definición del comportamiento constitutivo mecánico y de flujo de las rocas porosas.
