Evaluación del potencial de almacenamiento geológico de CO2 en territorio argentino

Análisis del potencial de almacenamiento de CO2 en una selección de unidades estratigráficas de las cuencas Neuquina y del Golfo San Jorge.

Por Gabriel Grasetti, Martín Noya (Y-TEC); Teresa Piqué, Gabriela Vila (CONICET,Y-TEC); Ricardo Manoni, Ignacio Brisson, Daniela De Leo, Francisco Dzelalija (YPF); Nerina Canale, Manuela Zalazar, Cecilia Cabana, Maisa Tunik (Universidad Nacional de Río Negro); Natalia Fortunatti, Fernando Lebinson, Marcos Bahía, Silvia Grill (Universidad Nacional del Sur).

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Este trabajo fue seleccionado del Tema de Desarrollo y Sustentabilidad en el marco del 11º Congreso de Exploración y Desarrollo de Hidrocarburos del IAPG 2022.

 

• Introducción

 

En un contexto internacional de toma de medidas profundas para contrarrestar el cambio climático, las tecnologías que aportan soluciones a esa problemática cobran un valor significativo. Entre estas se destacan aquellas orientadas a la captación y disposición permanente del CO2, uno de los principales gases de efecto invernadero, cuya concentración en la atmósfera está aumentando de forma constante debido a la actividad antropogénica, impulsando el calentamiento global. En ese sentido, en Argentina se ha empezado a recorrer un camino de transición energética proponiéndose contribuir al cumplimiento de los objetivos del Acuerdo de París y fijando sus propias metas de reducción de emisiones netas para 2030 (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible de la República Argentina 2022). Es indispensable para alcanzar esta meta, sumado a la reducción de emisiones, desarrollar la capacidad de disponer CO2 en almacenes seguros y perdurables, identificándose a las unidades geológicas del subsuelo como alternativas óptimas para ese fin. Este proceso es denominado como almacenamiento geológico de CO2 en subsuelo, mayormente conocido por sus siglas en inglés: CCS (Carbon Capture and Storage).

 

El presente trabajo tiene por objetivo realizar una evaluación de alto nivel del potencial de almacenamiento de CO2 en una selección de unidades estratigráficas de las cuencas Neuquina y

 

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Figura 1. Regiones evaluadas: cuencas Neuquina y del Golfo San Jorge.

 

 

del Golfo San Jorge (Fig. 1), regiones elegidas por estar ampliamente estudiadas y con sistemas comprobados de contención de fluidos en subsuelo.

 

Para llevar a cabo este trabajo se trazó un plan de acción que incluyó un estudio general de las cuencas, la realización de una base de datos con las características necesarias para evaluar el potencial del almacenamiento de CO2 a nivel exploratorio, la adaptación de las metodologías desarrolladas por distintos autores de la temática para este tipo de estudios, y, por último, la evaluación de las unidades estratigráficas seleccionadas en cada cuenca.

 

Este trabajo fue pensado como un estudio regional que actúe como disparador de posteriores evaluaciones y proyectos a partir de los cuales se repiense a las unidades del subsuelo como potenciales almacenes de CO2.

 

• Metodología

 

Existen en la bibliografía diversos métodos de análisis para valorar el potencial de unidades geológicas en cuencas, regiones, áreas o sitios, según la escala de estudio, como posibles almacenes de CO2, a partir de la definición, categorización y ponderación de una selección de criterios (Bachu 2002). Estos criterios en conjunto establecen un marco que permite estandarizar la evaluación de los candidatos seleccionados, asegurando que los resultados obtenidos sean comparables entre sí y, en muchos casos, con los de otras metodologías semejantes. En ese sentido, distintos autores confluyen en técnicas similares de evaluación, pero que presentan variaciones en la categorización, cantidad y peso de los criterios, y en el sistema de normalización y análisis posterior de los datos (Bachu 2002, 2003; Ruíz et al. 2006; Bachu et al. 2007; Llamas 2009; Llamas & Cienfuegos 2012; Wright et al. 2013; Blondes et al. 2013; Bentham 2014; Halland 2018; DOE/NETL-2017/1844; Carlotto 2019; Alcalde et al. 2021).

 

En este trabajo se han comparado y homogeneizado los flujos de trabajo citados generando una tabla de criterios (Fig. 2) especialmente enfocada en características de las unidades geológicas, en particular, de rocas clásticas y carbonáticas convencionales. A esto siguió una categorización, valoración y ponderación de los datos, y un ranqueo de los resultados.

 

La calificación se estableció de forma independiente para cada criterio. Para algunos de ellos, ciertos valores fueron considerados inaceptables, descartándose los candidatos en los que estuvieran presentes, estableciendo de este modo un conjunto de criterios de corte (Fig. 2). Por ejemplo, los valores de corte de temperatura y presión están asociados a la necesidad de que el CO2 sea inyectado en estado supercrítico, condición que se alcanza a los 7,38 MPa y 31,1 °C.

 

Existen otros criterios no incluidos en este trabajo que son necesarios para realizar un análisis más refinado del potencial de almacenamiento de CO2 en unidades geológicas; estos deberán ser tenidos en cuenta en etapas más avanzadas de estudio.

 

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Figura 2. Tabla de criterios utilizados en la evaluación.

 

Cálculo de la capacidad de almacenamiento

 

A fines exploratorios, la capacidad de almacenamiento de CO2 de una unidad geológica representa la cantidad máxima de CO2 que esta puede retener, asumiendo que la totalidad de su volumen poroso y permeable estará en contacto con el CO2. Esta capacidad no tiene en cuenta restricciones operacionales ni regulatorias ya que pretende únicamente evaluar y cuantificar el potencial de las unidades e identificar aquellas en las que sería más conveniente avanzar con estudios de detalle. Sin embargo, en este trabajo la capacidad no se considera como el volumen bruto del espacio en la roca disponible para almacenar CO2, que es conocido como su capacidad teórica, sino que es aminorada por coeficientes de eficiencia (Bachu et al., 2007).

 

El Departamento de Energía de los Estados Unidos (USDOE, por su sigla en inglés) propone una metodología de cálculo que incluye coeficientes de eficiencia, los cuales, si bien fueron calculados utilizando información de Norteamérica, pueden ser utilizados para conocer el potencial de almacenamiento de CO2 a alto nivel de posibles unidades almacenes alrededor del mundo (Goodman et al., 2011).

 

La capacidad evaluada por la USDOE se estima utilizando el volumen global de una unidad geológica a partir del área y el espesor mapeados, el valor de porosidad y distintos grupos de coeficientes de eficiencia calculados para una selección de ambientes geológicos, lo cual queda resumido en la siguiente expresión:

 

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donde GCO2 es la capacidad de almacenamiento másica de la unidad en estudio, At es el área total de la unidad en estudio, Hg es el espesor total,   es la porosidad total,   es la densidad del CO2 en la profundidad de interés y   es el coeficiente de eficiencia que convierte el volumen bruto en volumen físicamente accesible para un ambiente geológico determinado. Para realizar estos cálculos, la USDOE, en Sanguinito et al. (2018, 2020), ofrece una herramienta denominada CO2-SCREEN (CO2 storage prospective resource estimation excel analysis), que arroja como resultado los cuantiles P10, P50 y P90 de la distribución de capacidad (Mt CO2). En el presente estudio se tomó el P50 como estimador de la capacidad de almacenamiento de CO2 en unidades geológicas del subsuelo.

 

Metodología de decisión multi-criterio: TOPSIS

 

El siguiente paso en la evaluación de los datos recopilados y categorizados consiste en analizar la importancia de cada criterio y ordenar los candidatos de acuerdo con su aptitud para el almacenamiento de CO2, aplicando una metodología de decisión multi-criterio.

 

Las metodologías de decisión varían en complejidad, pero la mayoría parte de la asignación de pesos numéricos a cada criterio para luego aplicar distintas normalizaciones y técnicas de ponderación, generando finalmente una valoración de cada candidato que permita compararlo con los demás y generar un ranking que sirva como guía inicial en la toma de decisiones.

 

En este trabajo se aplicó el método de decisión multi-criterio TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution), previamente considerado por Carlotto (2019) y Alcalde et al. (2021) para la evaluación y selección de sitios para almacenamiento subterráneo de CO2.

 

El punto de partida del método es la matriz de criterios. A cada criterio se le asigna un peso y a cada intervalo/categoría se le asigna una calificación. A partir de las calificaciones pesadas y normalizadas, se determinan las características del mejor y el peor candidato posible, en principio ficticios, construidos tomando para cada criterio el valor del mejor y el peor escenario entre los candidatos analizados. Finalmente, para cada candidato se calcula su puntaje TOPSIS T   [0,1] considerando la distancia, en sentido matemático, de cada uno al mejor (S+) y peor (S–) sitio posible, tal como es expresado en la siguiente fórmula:

 

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donde el valor máximo T = 1 corresponde a un candidato igual al mejor posible (S+=0, distancia cero al sitio ideal), mientras que el valor mínimo T = 0 corresponde a un candidato igual al peor posible (S–= 0, distancia cero al peor sitio).

 

Evaluación de cuencas

 

Luego de establecida la metodología de trabajo, se procedió a recopilar y analizar la información disponible, en primera instancia, de bases de datos públicas y privadas de libre acceso, y en una segunda etapa, proveniente de la Gerencia de Exploración de YPF S.A.

 

Debido a la complejidad geológica de las cuencas y al alcance del trabajo, fue necesario realizar una selección de unidades del subsuelo para una primera etapa de evaluación. A tal efecto, se analizaron las unidades estratigráficas indicadas en la Fig. 3.

 

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Figura 3. Listado por cuenca de las unidades geológicas evaluadas.

 

Una vez definidas las unidades geológicas, y en base a la información recopilada de yacimientos y de mapas exploratorios, y a los criterios de corte establecidos, se delimitó para cada unidad un área con condiciones favorables para su evaluación como potencial almacén de CO2. Luego, se  realizó un nuevo filtrado para reducir aún más el abanico de opciones a evaluar, por lo cual se decidió enfocar el estudio en áreas en las cuales hubiese antecedentes de sistemas probados de contención en subsuelo que disminuyeran la incertidumbre en ese sentido, identificando a los yacimientos de hidrocarburos como lugares ajustados a esa premisa. El resultado de este filtrado derivó en que la evaluación se llevara a cabo dentro de los límites geográficos de los yacimientos presentes en las áreas definidas para cada unidad estratigráfica mencionada.

 

En cada yacimiento se analizaron todas las unidades geológicas listadas, descartándose aquellas que no pasaran al menos uno de los criterios de corte propuestos previamente, o simplemente no estuvieran presentes en el sitio.

 

Las unidades geológicas fueron conceptualizadas teóricamente como acuíferos salinos pro-fundos, sin tener en cuenta para esta etapa de trabajo su historial de producción de hidrocarburos, su estado actual de presiones, saturaciones u otras características relacionadas a la presencia y/o producción de hidrocarburos. Esto permitió homogeneizar la metodología de evaluación para to-dos los candidatos y realizar un estudio expeditivo y sistemático. Estas y otras características, tanto de subsuelo como de superficie, deberán ser tenidas en cuenta en etapas siguientes de estudio.

 

Los valores de capacidad de almacenamiento en megatoneladas (Mt) de CO2 fueron calculados previamente a la evaluación por TOPSIS. Para esto, se seleccionó de la base de datos generada la información necesaria para los cálculos, tal como fuera mencionado en la sección anterior.

 

En las Figs. 4 y 5 se presenta la distribución de capacidades calculadas, observándose amplios

 

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Figura 4. Histograma de valores de capacidad P50 por yacimiento en cuenca Neuquina. Los colores indican la fracción corres-pondiente a cada unidad estratigráfica en subsuelo.

 

rangos de valores para las unidades geológicas seleccionadas en cada cuenca, abarcando hasta tres órdenes de magnitud.

 

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Figura 5. Histograma de valores de capacidad P50 por yacimiento en Cuenca del Golfo San Jorge. Los colores indican la fracción correspondiente a cada unidad estratigráfica en subsuelo.

 

• Resultados

 

 

A continuación, se presentan los resultados por cuenca.

 

 

Cuenca Neuquina

 

 

En esta cuenca se evaluaron aquellos candidatos que pasaron los filtros previos, siendo estos 226 pares unidad estratigráfica-yacimiento (Fig. 6). Se identifica una importante variación en la cantidad de yacimientos en los cuales las unidades del subsuelo se presentan en condiciones de estudio, lo cual se debe a la presencia de criterios fuera de los rangos adecuados para su evaluación o a una reducida distribución areal en la cuenca.

 

Paralelamente, tal como fue mencionado, se delimitó para cada unidad un área con condiciones favorables para su evaluación como potencial almacén de CO2 (Fig. 7). Luego, se evaluó por la metodología TOPSIS la totalidad de los pares unidad-yacimiento que estuvieran enmarcados en las áreas definidas; esto se resume en el histograma de puntajes TOPSIS de la Fig. 8.

 

 

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Figura 6. Cuenca Neuquina. Recuento de yacimientos por unidad estratigráfica

en condiciones favorables para su evaluación.

 

A cada región se le asignó una calificación general basada en las premisas planteadas en la Fig.9.

 

En la Fig. 10 se vuelcan en mapas los resultados obtenidos para cada unidad estudiada.

 

De lo expuesto, se observa que la Formación Centenario se encuentra en el grupo con los puntajes TOPSIS máximos más altos (grupo 1: azul), seguida la sección superior del Grupo Cuyo y por la Formación Mulichinco, pertenecientes al grupo 2 (verde). En el grupo 4 de puntajes TOPSIS se encuentran el Miembro Avilé de la Formación Agrio y la Formación Tordillo, y en el segmento más bajo, la sección inferior del Grupo Neuquén y el Miembro Troncoso Inferior de la Formación Huitrín. No se observan candidatos en el grupo 3 (amarillo).

 

Se reconoce también en este trabajo una clara correlación entre los puntajes alcanzados por la metodología multicriterio para los pares unidad-yacimiento con los valores de capacidad de almacenamiento (P50, Mt CO2) de estos, lo cual se debe en gran medida al peso asignado a este criterio en la matriz de análisis y a la variación de los volúmenes de las unidades geológicas entre los yacimientos seleccionados respecto a los demás parámetros estudiados, los cuales presentan mayor uniformidad. Así, la sumatoria de los valores de capacidad P50 de las unidades de los grupos 1 (azul) y 2 (verde) de la Fig. 10, arroja un valor superior a las 2 gigatoneladas (Gt) de CO2 almacenable a este nivel de evaluación, mientras que la suma de las capacidades de los demás grupos no superaría las 100 Mt. Estos valores pueden tener variaciones significativas en etapas posteriores de análisis al incorporar mayor detalle a los conceptos evaluados y nuevos parámetros y técnicas de evaluación (Bachu et al., 2007).

 

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Figura 7. Áreas favorables para la evaluación del potencial de almacenamiento de CO2 en las unidades estratigráficas seleccionadas de la Cuenca Neuquina.

 

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Figura 8. Histograma de puntajes TOPSIS por yacimiento en Cuenca Neuquina. Los colores indican la fracción correspon-diente a cada unidad estratigráfica en subsuelo.

 

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Figura 9. Tabla resumen de los puntajes TOPSIS utilizados para calificar las unidades geológicas seleccio-nadas.

 

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Figura 10. Cuenca Neuquina. Grupos asignados a las áreas delimitadas para cada unidad estratigráfica, basados en los criterios de la Fig. 9. a) Fm. Centenario – Mb. Inferior; b) Fm. Centenario – Mb. Superior; c) Gr. Cuyo Superior; d) Fm. Mulichinco; e) Fm. Tordillo; f) Mb. Avilé (Fm. Agrio); g) Gr. Neuquén Inferior; h) Mb. Troncoso Inferior (Fm. Huitrín).

 

 

Cuenca del Golfo San Jorge

 

En esta cuenca, en línea con lo expuesto anteriormente, se evaluaron aquellos candidatos que pasaron los filtros previos (Fig. 11), quedando definidos 176 pares unidad estratigráfica-yacimiento. La variación en la cantidad de yacimientos en los cuales las unidades del subsuelo se presentaron en condiciones de estudio también es significativa, lo cual respondería a las mismas causas que para la Cuenca Neuquina.

 

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Figura 11. Cuenca del Golfo San Jorge. Recuento de yacimientos por unidad estratigráfica en condiciones favorables para su evaluación.

 

Siguiendo con la metodología planteada, se trazó para cada unidad el área con condiciones favorables para su evaluación como potencial almacén de CO2 (Fig. 12).

 

Luego, se evaluó por la metodología TOPSIS la totalidad de los pares unidad-yacimiento que estuvieran enmarcados en las áreas delimitadas; esto se resume en el histograma de puntajes TOPSIS de la Fig. 13.

 

A cada región definida se le asignó una calificación general basada en las premisas planteadas en la Fig. 9. En la Fig. 14 se vuelcan en mapas los resultados obtenidos para cada unidad estudiada.

 

La Formación Comodoro Rivadavia/Cañadón Seco/Bajo Barreal Inferior se encuentra en el grupo con los puntajes TOPSIS máximos más altos (grupo 1: azul), los cuales estarían mejor representados en los flancos Sur y Norte de la cuenca. En el siguiente grupo (2, verde) se ubica la Formación Yacimiento El Trébol/Meseta Espinosa/Bajo Barreal Superior, que tiene su mejor expresión en el Flanco Norte de la cuenca. Por último, la Formación Mina del Carmen/Castillo se encuentra en el grupo 3 (amarillo), con los mejores candidatos en el Flanco Sur.

 

Respecto a la relación entre los valores alcanzados por la metodología multicriterio con los valores de capacidad de almacenamiento (P50, Mt CO2) para los pares unidad-yacimiento, tal como fue evaluado para la cuenca Neuquina, se observa una evidente correlación entre ambos, lo cual se debe en gran medida al peso asignado a este criterio en la matriz de análisis y a la variación de los volúmenes de las unidades geológicas entre los yacimientos seleccionados respecto a los demás parámetros estudiados, los cuales presentan menor heterogeneidad. Así, la sumatoria de los valores de capacidad P50 de las unidades de los grupos 1 (azul) y 2 (verde) de la Fig. 14, arroja un valor superior a las 2 Gt de CO2 almacenable a este nivel de evaluación, mientras que la suma de las capacidades de los grupos restantes sumaría unas 300 Mt.

 

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Figura 12. Áreas favorables para la evaluación del potencial de almacenamiento de CO2 en las unidades estra-tigráficas seleccionadas de la Cuenca del Golfo San Jorge.

 

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Figura 13. Histograma de puntajes TOPSIS por yacimiento en Cuenca del Golfo San Jorge. Los colores indican la fracción correspondiente a cada unidad estratigráfica en subsuelo.

 

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Figura 14. Cuenca del Golfo San Jorge. Grupos asignados a las áreas delimitadas para cada unidad estratigráfica, basados en los criterios de la Fig. 9. a) Formación Comodoro Rivadavia/Cañadón Seco/Bajo Barreal Inferior; b) Formación Yacimiento El Trébol/Meseta Espinosa/Bajo Barreal Superior; c) Formación Mina del Carmen/Castillo.

 

• CONCLUSIONES

 

En base a lo expuesto en este trabajo, se concluye:

 

• Ambas cuencas pudieron ser estudiadas satisfactoriamente según el alcance propuesto. A partir de información bibliográfica y exploratoria se evaluó una selección de unidades estratigráficas en yacimientos de las cuencas Neuquina (226) y del Golfo San Jorge (176), luego de la delimitación del área favorable de cada unidad por la aplicación de un conjunto de criterios de corte en mapas exploratorios.
• Las metodologías de cálculo de capacidad y análisis multicriterio mostraron resultados representativos de la heterogeneidad de cada cuenca a una escala de evaluación regional.
• La cuenca Neuquina presenta en su región centro-este, para este nivel de evaluación, un potencial de almacenamiento que ameritaría avanzar con estudios de mayor detalle, principalmente en la Formación Centenario.
• En la Cuenca del Golfo San Jorge, la Formación Cañadón Seco y equivalentes presentan el potencial más relevante, especialmente en los flancos Sur y Norte de la cuenca, en tanto que la Formación Yacimiento El Trébol y semejantes también tendrían condiciones favorables, pero con una extensión areal mucho menor y restringida mayormente al Flanco Norte.

 

Los resultados obtenidos podrían servir como base de posteriores estudios a partir de los cuales se evalúe a las unidades del subsuelo de estas cuencas como potenciales almacenes de CO2.

 

 

• AGRADECIMIENTOS

 

Los autores agradecen a Y-TEC SA, YPF SA, UNRN, UNS y MinCyT por el apoyo brindado en la elaboración y difusión de este trabajo. También, a Eduardo Vallejo, Martín Sánchez y Juan Spacapan por sus valiosos aportes.

 

 

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