METODOLOGIA UTILIZADA PARA CALCULAR EL CONTENIDO DE GAS

El contenido de gas presente en un manto de carbón, se puede calcular a través de la sumatoria de tres componentes así:

De donde:

El Gas perdido, corresponde al gas escapado del carbón, entre el tiempo en que el manto de carbón es penetrado por la broca y el tiempo en que la muestra es colocada y sellada dentro del canister (recipiente hermético). Su valor se calcula mediante la extrapolación de los datos de la prueba de desorción durante las dos primeras horas por los métodos de U.S Bureau of Mines y Smith y Williams 1984 y se expresa en cm3/gr, pies3/ton, cf/ton.

El Gas desorbido, es el gas adsorbido en la muestra de carbón que se mide en el canister a través de la desgasificación del mismo, durante un período de 2 a 3 meses; las unidades corresponden a cm3 gas/gr carbón, o pies3gas/Ton carbón. La determinación del gas desorbido corresponde a la sumatoria de todos los volúmenes medidos en esta prueba (Anexos G,H, I).

El Gas residual, es el gas que permanece atrapado o absorbido en la matriz del

carbón, después que se ha completado la prueba de desorción. Este contenido de gas se expresa en cm3/gr, pies3/ton o cf/ton con la previa estandarización de la presión y la temperatura (STP).

6.1.1 Equipos para la determinación del contenido de gas

El equipo canister utilizado para la determinación del contenido de gas en una muestra de carbón consta de una cámara hermética hecha en PVC en forma de cilindro, sellado en uno de sus extremos (inferior), en el otro extremo (superior) tiene una tapa la cual debe garantizar su sellado hermético. Las longitudes de este equipo son: Canister largo 37 cm y un diámetro de 4” y el largo de la tapa es de 20 cm, junto con la válvula, la cual va conectada con el manómetro de 0- 15 psi y tiene un orificio que se conecta a una manguera para la medición del gas. (Ver Figura 27). Se utilizan canister de varios tamaños con volúmenes de 2,5 litros.

Figura 27. Equipos empleados en la medición de gas metano en capas de carbón

Adicional a los canister se utiliza un sistema de medición del gas por desplazamiento de una columna de agua que consiste en una bureta conectada al canister con un sistema de mangueras para los que se requieren los siguientes elementos:

 Manguera flexible.  3 acoples.

 1 embudo.

La bureta puede ser de 250 ml en adelante. El montaje se realiza conectando los dos acoples en cada extremo de la bureta con el soporte metálico de tal manera que la bureta quede totalmente vertical.

Se conecta el embudo con la manguera flexible al soporte por medio de los acoples, el otro extremo de la manguera es conectado a la parte inferior de la bureta. La bureta es llenada de agua coloreada para poder observar mejor el desplazamiento de gas metano, el nivel del agua es arbitrario de acuerdo a la capacidad de la bureta.

Por último se conecta la manguera de una longitud adecuada que no sea muy larga al extremo superior de la bureta quedando así un orificio libre de la manguera que será conectado en uno de los canister para su posterior cálculo de volumen de gas desplazado evidenciado en el desplazamiento de agua. (Ver Figura 28).

Figura 28. Montaje empleado en la medición de contenidos de gas

6.1.2 Procedimiento en la medición de contenidos de GMAC

El procedimiento para conocer el contenido de gas en una muestra de carbón, posee varias etapas de desarrollo que comprenden tres Fases: campo, laboratorio y procesamiento de información.

6.1.2.1 Obtención de muestras en campo.

Con el fin de obtener muestras representativas en cada una de las perforaciones adelantadas, se realizaron las siguientes actividades:

Manguera flexible Nivel de agua Probeta Canister Medidor de Presión

a. Prueba de hermeticidad en los canister a utilizar. Con una bomba de aire se le aplica aire a presión al canister, luego se deja unos minutos y se sumerge en agua para así poder verificar que esté sin fuga y completamente en buen estado (Ver Figura 29).

Figura 29. Prueba de hermeticidad antes del uso de un canister.

b. Registro de los tiempos en que se empieza y termina de perforar el manto de carbón, el tiempo en que se comienza a subir el núcleo de perforación y el tiempo de llegada a la superficie de la misma, esto con el fin de calcular el volumen de gas perdido en la muestra.

c. Recepción y lavado de los núcleos de perforación en superficie d. Descripción de la muestra

e. Trituración de la muestra para facilitar el desplazamiento del gas e introducción de la misma en el recipiente sellado (canister), donde se tuvo en cuenta llenar completamente el canister con carbón o material inerte (ver Figura 30)

f. Sellamiento del canister, se emplea para mayor seguridad la aplicación de silicona en la ranura del canister y en la tapa del mismo. (ver Figura 31)

Figuras 30 y 31. Procedimiento para la introducción de una muestra de carbón en el

canister y posterior sellamiento.

g. Registro del tiempo de sellado 6.1.2.2 Prueba de desorción en campo

A través de esta prueba, se mide la desgasificación del carbón, permitiendo su salida. El gas, es medido por el desplazamiento del agua en una columna volumétrica.

Una vez introducida la muestra en el canister y realizado el sellado correspondiente, se adelantan las siguientes acciones:

a. Se conecta una bureta al canister a través dela manguera flexible b. Se registra la hora, la temperatura y la presión

c. Se abre la válvula del canister que permite la salida del gas el cual es medido por el desplazamiento del agua en una columna volumétrica (bureta) (Ver Figura 32). El dato de gas Desorbido, corresponde a la diferencia entre el volumen final y el volumen inicial registrado en la buretra.

d. Se cierra la válvula y se desconecta la manguera del canister, se espera a que se estabilice el volumen inicial en la bureta. La medición se hace durante las dos primeras horas, cada 15 minutos.

El gas medido corresponde al gas perdido de la muestra de carbón y se calcula a través del método de U.S Bureau of Mines (Diamond and Levine, 1981).

Figuras 32. Sistema de medición gas perdido en muestras de carbón pozo Sutatausa-

1

6.1.2.3 Mediciones en laboratorio.

Prueba de desorción. Una vez los canister han sido sellados herméticamente, son enviados al laboratorio para proseguir con el proceso de medición, realizando la prueba de desorción o medición periódica del gas que sale del canister, el cual se efectúa teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

a. Pesar el canister sellado herméticamente y por diferencia de pesos obtener el peso de la muestra.

b. Introducir en un tanque con un sistema de termostato los canister, para mantener la temperatura constante y simular la Tº del yacimiento.

c. Conectar el canister a la bureta, abrir la válvula, si se presenta succión la válvula del canister debe ser cerrada inmediatamente registrando la cantidad de gas succionado la cual se le resta a las lecturas acumulativas del gas de- adsorbido.

d. Desconectar la manguera y se espera que el nivel del agua en la bureta vuelva al punto arbitrario o cero (volumen inicial Vo).

e. Conectar nuevamente, se abre la válvula y se toma la primer lectura del volumen de gas liberado (volumen final Vf). El volumen de gas liberado se obtiene mediante:

f. Cerrar la válvula y se desconecta la manguera del canister, se espera a que se estabilice el nivel de agua en el manómetro y se conecta repitiendo el proceso anterior para las siguientes lecturas (durante un período aproximado de 2 a 3 meses, tiempo que depende de la cantidad de gas contenido en la muestra analizada, Ver Figura 33).

g. Adicionalmente se consigna en el formato al momento de cada medición la temperatura, presión, hora y fecha. Este procedimiento se repite para cada muestra de corazón obtenida de cada uno de los mantos de carbón encontrados durante la perforación del pozo (Anexos G,H,I).

Los canister deben mantenerse en un tanque o tina con un sistema de termostato para conservar la temperatura constante durante el tiempo de medición (Ver Figura 34). La temperatura debe ser aproximada a la del yacimiento de carbón, para lo cual, in situ, se mide la temperatura del subsuelo del área o sitio de la perforación. Si no se puede medir la temperatura directamente, se utiliza el gradiente geotérmico que es de 1° C por cada 33 metros. O se determina el gradiente geotérmico de la zona y se extrapola a la profundidad de la muestra.

h. Se continúan realizando las pruebas de desorción periódicamente, consistentes en medir la cantidad de gas liberado y presión a intervalos de tiempo cada vez mayores hasta que la tasa de liberación de gas sea prácticamente nula.

Figura 34. Sistema empleado para mantener los canister con Temperatura constante,

durante el proceso de medición en el laboratorio.

Medición Gas Residual. Una vez finalizadas las pruebas de desorción, se realiza la medición del gas residual, retirando la muestra de carbón del canister y partiéndola en cuartos. Se toma una de estas partes y se coloca en un contenedor para mezclas de gases o en un molino de bolas, el carbón es pulverizado en un tiempo comprendido entre 15 – 60 minutos; el contenedor debe ser sellado herméticamente y conectado a un manómetro para medir el contenido de gas residual.

Luego de finalizadas las mediciones, se envía la muestra de carbón al laboratorio para análisis próximos, determinando humedad, % de cenizas, poder calorífico y contenido de azufre y el análisis petrográfico que incluye reflectancia a la vitrinita y análisis maceral, información que permite conocer la historia del enterramiento e identificar las partes de la cuenca donde la reflectancia de la vitrinita está entre 0,5 y 1,6%, de esta forma se eliminan áreas con poco o excesivo enterramiento no óptimas para la explotación.

6.1.2.4 Procesamiento de la información

Con los datos obtenidos de las pruebas de desorción (tiempos, volúmenes, presiones y temperaturas registradas), se procede a calcular el contenido total de gas a condiciones estándar de la siguiente manera:

 Cada lectura de gas medido y acumulado es dividida entre el peso de la muestra seca para así obtener el contenido de gas de la muestra.

 Se realiza la corrección a presión y temperatura estándar (STP) de los datos obtenidos en la medición de gas perdido, gas desorbido y gas residual.

SERVICIO GEOLÓGICO COLOMBIANO

Dicha estandarización se hace mediante la ecuación generada por Close, 1989:

Volumen STP = Dónde:

Volumen medido, es aquel tomado en la prueba de de-adsorción Presión Estándar, equivale a 29.92 pulgadas de mercurio

Temperatura ambiente, es expresada en grados Fahrenheit. En Estados Unidos

la temperatura estándar está definida como 60 °F y la presión estándar es igual a 29.92 pulgadas de mercurio (760 mm de mercurio).

 Posteriormente se grafica el contenido de gas acumulado vs tiempo (pies³/ton vs √horas), para obtener la curva acumulativa de desorción, obtenida de las pruebas de desorción (Figura 35).

Contenido de gas scf/ton Tiempo Horas 450 350 250 150 50 - 50 -150 -250 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 40.0 40.5 Gas Medido Gas Perdido Gas Residua l

Figura 35.Curva de desorción, donde se aprecia los intervalos para los contenidos de

gas medido, perdido y residual.

Volumen medido * (Presión ambiente/29.92)* 520

Cuando el canister ha succionado aire se puede detectar graficando el contenido acumulado de gas vs. tiempo, pues la curva se vuelve asintótica para algunos valores. En el caso que el aire entre a la cámara, la actividad biológica resultante provoca que la curva se rompa con este acercamiento asintótico y diverge de su trayectoria normal.