Modelo 2D del estado térmico conductivo estacionario: La Primavera (Jalisco) y cuencas sedimentarias del norte de Chihuahua

Abstract

The use of Geothermal Systems depends on the reliable knowledge of many of the geological, geophysical and geochemical parameters. A geophysical parameter of vital importance is the behavior of the heat flow, which can help us to describe the temperature profile from a certain area of interest or reverse, this will establish the areas with the highest heat stored in the subsurface. This research work is focused on the knowledge of the conductive thermal steady-state in areas of geothermal interest, developing a numerical 2D model based on Heat Transfer equations, and computed in Fortran language, using the TDMA method (Tri- Diagonal Matrix Algorithm) as equations solver. The developed model describes how heat flows between two geothermal wellbores, estimating the temperature distribution as function of depth. This was calibrated and validated through the temperature profiles logged in geothermal and oil wellbores. These profiles were also used as boundary condition for the model numerical simulation, as well as, reference data for the temperature extrapolation at depth of 3000 m to each wellbore used in this work. In addition, the geometry of the developed model is based on the composition of the different materials corresponding to the wellbore stratigraphic columns, making it more accurate and realistic in the computational calculation. With the developed methodology in this work, the data of 10 drilled wellbores distributed in an area of 4 km2 within the Caldera de La Primavera (LP), Jalisco, and 39 wellbores for an area of 250 000 km2 northern Chihuahua.

El aprovechamiento de los Sistemas Geotérmicos depende del conocimiento confiable de los parámetros geológicos, geofísicos y geoquímicos que describen dichos sistemas. Un parámetro geofísico de vital importancia es el comportamiento del Flujo de Calor, el cual puede ayudar a describir como es el perfil de temperaturas de cierta zona de interés o viceversa, esto permitirá establecer las zonas con mayor calor almacenado en el subsuelo. Este trabajo de investigación se centró en el conocimiento del estado térmico conductivo estacionario en zonas de interés geotérmico, desarrollando un modelo numérico en dos dimensiones basado en la ecuación de transferencia de calor de Fourier y programándola en lenguaje Fortran, utilizando el método de TDMA (Tri-Diagonal Matrix Algorithm) para resolver el sistema de ecuaciones discretizados. El modelo desarrollado describe como fluye el calor entre dos pozos geotérmicos, obteniendo la distribución de temperaturas en función de la profundidad. Este fue calibrado y validado a través de los perfiles de temperatura obtenidos en pozos geotérmicos y petroleros. Estos perfiles también fueron utilizados como condiciones de frontera para la simulación del modelo numérico, así como datos de referencia para la extrapolación de las temperaturas a una profundidad de 3000 m para cada pozo geotérmico utilizado en este trabajo y 5000 m para los petroleros. Además, la geometría y composición del modelo desarrollado está basado en la estructura de los diferentes materiales correspondientes a las columnas estratigráficas de los pozos, haciéndolo más preciso y realista en el cálculo computacional. Con la metodología desarrollada en este trabajo se analizaron los datos de 10 pozos perforados distribuidos en un área de 4 km2 dentro de la Caldera de La Primavera (LP), Jalisco; y 39 pozos para un área de 250 000 km2 al norte del estado de Chihuahua.