EVALUACIÓN ESPACIAL DE LA CONTAMINACIÓN POR HIDROCARBUROSEN LAS PROVINCIAS CARRASCO DEL DEPARTAMENTO DE COCHABAMBA

E ICHILO DEPARTAMENTO DE SANTA CRUZ - BOLIVIA

Fernando Arturo Ledezma Perizza1

1Docente Investigador Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental y Departamento deIngeniería Civil, Facultad de Ciencias y Tecnología, Universidad Mayor de San Simón

RESUMEN

El presente trabajo presenta una evaluación espacial de la contaminación porhidrocarburos y ríos aledaños de campos hidrocarburiferos, de las provincias Carrascodel Departamento de Cochabamba e Ichilo del Departamento de Santa Cruz.

La evaluación espacial de la contaminación por hidrocarburos es realizada a través de unanálisis en un contexto espacial de muestras realizadas en aguas, sedimentos y suelos yresultados de laboratorio obtenidos en el Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental,mismas que fueros sistematizadas e incorporadas en un Sistema de InformaciónGeográfico (SIG), aplicando un análisis geoestadístico, que emplea la técnica Z Score deun índice de vecindad y estudio de patrones sobre las muestras obtenidas permitiendoevaluar su dispersión o agrupación y así determinar la contaminación zonal dehidrocarburos.

Palabras Clave Hidrocarburos, Evaluación Espacial, Geoestadística, Sistemas deInformación Geográfica, Contaminación, Provincias Carrasco e Ichilo Bolivia

1. INTRODUCCIÓN

El área de estudio se caracteriza por seruna zona con importante actividad petroleracon importantes reservas de gas y petróleo ynumerosos pozos perforados de producción yexplotación que se ha desarrollado en lasúltimas décadas.

La Figura 1, presenta la localización delárea del proyecto a nivel nacional y regional.

Figura 1 Localización del área de proyecto

2. CARACTERÍSTICAS DE LA ZONADE ESTUDIO

Geológicamente esta constituida porsedimentos cuaternarios (arcillas, limos,arenas y eventualmente gravas), provenientesde los afloramientos rocosos del subandino.

La fisiografía se observa variable entreplanicies y serranías subandinas ubicadas alsur oeste de la población de Entre Ríos (BuloBulo) que lleva el mismo nombre y seencuentra en el Km. 294 de la carreteraCochabamba-Santa Cruz correspondiente aleje principal de la red nacional de carreterasRuta No 4.

Geo-morfológicamente la zona estadominada por llanura aluvial del río Ichilo conun relieve suavemente inclinado conpendiente de 1 a 15% orientadosprincipalmente hacia el noreste.

Existen pequeñas colinas; las másrecientes están disectadas en partes por losríos y la erosión incipiente, pero lassuperficies de planicies residuales estánintactas.

El paisaje dominante en el lugar es decolinas dependientes largas y suavesgeneralmente inferiores al 8%, solo enalgunos sectores se presentan pendientesfuertes en el orden de 8 al 20%.

Existe una extensión considerable desuelo cultivable cuya fertilidad párese estarperdiéndose rápidamente.

El uso de suelo en sitios cercanos a loslos caminos es utilizado para la agriculturapequeña a mediana. Con plantacionesagroindustriales y cultivos para elautoconsumo como: yuca, plátano, arroz, y

cítricos. En un porcentaje menor seencuentran, suelos con pasturas paraganadería.

El área se observan numerosos ríos yarroyos los mismos que son permanentes dadala alta pluviosidad y la carencia de mesessecos. Por lo anotado existen abundantesfuentes de agua tanto superficiales comosubterráneas en toda el área del proyecto.

3. CARACTERÍSTICAS GENERALESDE LA EXPLOTACIÓN Y MANEJODE DESECHOS DE LOS CAMPOSHIDROCARBURIFEROS

3.1 Planta Carrasco departamento deCochabamba

Es una planta Hidrocarburifera conproducción de gas y ptroleo. El petróleodebido a la presión del bolsón de gas, emergea la superficie para ser conducido a través delas cañerías a los colectores que es un sistemade válvulas para la regulación e igualación delas presiones de los pozos, de ahí pasa alproceso de separación (petróleo, agua y gas)para tal efecto cuenta con separadores degrupo y prueba de alta y baja presión. Losgases de alta presión ingresan a una planta deamina, mientras que los gases de baja presiónvan a la segunda etapa del compresor #5 paraluego juntarse con los de alta antes de ingresara las cribas moleculares, el petróleo esconducido a la torre estabilizadora, y el agua ala piscina API.

Todos los sistemas de purga ó drenaje de aguay petróleo llegan a la piscina API donde seproduce una separación los residuos depetróleo son conducidos mediante una bomba.El agua de esta piscina es bombeada pasandopor dos filtros F-1, F-2, (mientras que el filtroF-3 se encontrara en retrolavado con el aguade los tanques a los tanques de producción

801 o en caso contrario al 802 donde soninyectados los productos químicos. El aguatratada en los tanques es succionada ybombeada a pozos no productores. El agua delpozo para este fin, cuenta con un filtro dearena, de carbón activado, un proceso deablandamiento mediante Zeolitas, y filtro deosmosis inversa esta agua es inyectada alsistema de producción

Existe un sistema de tratamiento de deshechosempetrolados a través del proceso de landfarming que cuenta con un área deaproximadamente 1000 m2 con celdas deaproximadamente de 165 x 300 m2 yprofundidad aproximada de 20 cm.

El abastecimiento de aguas para consumo esde pozos perforados los cuales son tratadosmediante filtros de arena, de carbón activado,un proceso de ablandamiento medianteZeolitas, proceso de desinfección conhipoclorito de calcio.

Mas informacion general se pude encontrar en[1]

3.2 Planta Vivora departamento de SantaCruz

El campo Víbora se encuentra ubicado a 200Km. en dirección noroeste de la ciudad deSanta Cruz y se caracteriza por ser unyacimiento productor de gas-condensado.

Esta planta tiene una capacidad para procesar90 MMPCD de gas, 30 MMPCD en la LTS-1y 60 MMPCD en la LTS-2. Actualmente laproducción es de 60 MMPCD de gas, 920BBLS de petróleo y 410 BBLS de gasolinaaproximadamente.

El campo Víbora cuenta con 33 pozosperforados; de los cuales 22 pozosactualmente están en producción con 30 líneas

que se dirigen hacia los nueve colectores delcampo para luego llegar a los colectores de laplanta. Los pozos son surgentes naturales.También se cuenta con 5 pozos para lainyección de gas y un pozo para inyección deagua

La planta cuenta con tres colectores que sedistribuyen de la siguiente manera:

COLECTOR DE BAJA (120 PSI): Llega laproducción del colector de campo M-06 y losgases de cabeza de la torre estabilizadora. Laproducción de este colector va al separador debaja V-200.

COLECTOR DE INTERMEDIA (350 PSI):Llegan los colectores de campo M-02, M-04 y M-08. La producción de este colector sedirige a los separadores de intermedia degrupo V-110, V-130 o al separador de pruebade intermedia V-170.

COLECTOR DE ALTA (1250 PSI): Lleganlos colectores M-01, M-03, M-05, M-07 yM-09. La producción de este colector se dirigea los separadores de alta de grupo V-100, V-120, o a los separadores de prueba de alta V-160 o V-180.

Los principios físicos que actúan en losseparadores son: insolubilidad de los fluidos,diferencia de densidades, decantación.

Los mecanismos de separación son: choque,cambio de velocidad, cambio de dirección,tiempo de residencia, viscosidad y superficiede interfase.

Las aguas residuales del proceso productivovan a un sistema de tratamiento paraeliminación de los contaminantes medianteuna cámara de sedimentación, luego de esto elresiduo liquido pasa a una cámara de

separadora de petróleo, cuyo tratamientoincluye los siguientes procesos:

a) Coagulación utiliza sulfato de aluminiopara desestabilizar los sólidos que están ensuspensión y permite que un floculante losatrape. b) Floculación utiliza un polímero dealto peso molecular no iónico biodegradableque conglomera los sólidos que edesestabilizaron en la coagulación y por elmismo peso del solidó se precipitan. c)Sedimentación los sólidos coagulados yfloculados se precipitan al fondo del tanque.d) Clarificación después de la sedimentaciónel agua ya esta clarificada, como paso final seajusta el pH y se añade un antibactericida,esta agua tratada van a los pozos dereinyeccion.

Mas información se puede encontrar en [2]

4. METODOLOGÍA PARA LAEVALUACION ESPACIAL DE LACONTAMINACIÓN PORHIDROCARBUROS

Se distinguen los siguientes pasos:

a. Colección de muestras en aguas,sedimentos y suelos y resultados de análisis delaboratorio

b. Generación de la base de datos yvisualización en un Sistema de InformaciónGeográfico (SIG).

c. Análisis geoestadístico e interpretaciónespacial de resultados

4.1 Colección de muestras y análisis delaboratorio

Se colectaron muestras de aguas, sedimientosy suelos, según procedimientos nomralizadosde operación, en cumplimiento con las normas

ASTM D4177 [3], y durante distintosperiodos del año en cuatro campañas demuestreo.

Los resultados de las campañas de campo y delos análisis de laboratorio fueron obtenidospor personal y qupo del Centro de Aguas ySaneamiento Ambientalen cumplimiento de laEPA 8015 y análisis de cromatografñiagaseosa acoplada a detección de masas (limitede tedeccion 0.013 mg/l) [4]

Los registros fueron estandarizados ytrasformados a una base de datos en formatoDBF, la cual es compatible con ArcGIS y através de un proceso de georeferenciacion fuevinculado al SIG.

Se ha realizado una composición de imágenesde satélite LandSAT 7 ETM+ (con resoluciónespacial de 15 m) correspondientes a loscódigos; 231_072 (Cochabamba) y 232_072Santa Cruz de los años 2001 y 2002respectivamente y conformación del mosaicocon proyección Universal Transversa deMercator (UTM), Datum horizontal WGS84 ygeo-referencia en la zona 20. El software detratamiento y conversión de las imágenes fueERDAS Image [5], el cual como resultadoemitió la composición en formato IMG,formato compatible con ArcGIS.

El propósito de dichas imágenes fue tener unacobertura general a nivel regional de toda lazona de interés. Las imágenes satelitales sonla base para una visualización del ambientegeográfico, ya que muestran de manera claratoda la zona de interés.

A través de las imágenes de satélite, seobserva que el área de influencia haexperimentado fuertes impactos deasentamientos humanos en su mayor parte,

debido a la construcción de la carretera y víasde acceso en la región.

4.2 Generación de la base de datos yvisualización en un Sistema de InformaciónGeográfico (SIG).

El Cuadro 1 presenta una lista de códigosestándar de los campos que contiene la basede datos del SIG.

Cuadro 1. Códigos estándar de la base dedatos

Descripción Campo

Código de Muestra Muestra

Coordenada Este Este

Coordenada Norte Norte

Sistema de ProyecciónProyeccion

Zona Zona

Procedencia de la toma deMuestra

Procedenci

Provincia Provincia

DepartamentoDepartamen

Descripción de la MuestraDescripcio

Fecha y Hora de la toma deMuestra

Fecha_Hora

Campana de Muestreo Muestreo

Concentración de HidrocarburosTotales

TPH_TOT

El Cuadro 2 presenta una lista de las capasque contiene el Sistema de InformaciónGeográfico (SIG):

Cuadro 2. Capas o niveles de la base dedatos en información del SIG.

Resultados delaboratorio para puntosde muestreo deSedimentos

Nombre capa:Sedimentos

Formato: ArcGIS

Tipo: Punto

Resultados delaboratorio para puntosde muestreo de Suelos

Nombre capa:Suelos

Formato: ArcGIS

Tipo: Punto

Resultados delaboratorio para puntosde muestreo de Aguas

Nombre capa:Aguas

Formato: ArcGIS

Tipo: Punto

Poblaciones másImportantes

Nombre capa:Localidades

Formato: ArcGIS

Tipo: Punto

Limites Departamentalesy Municipales

Nombre capa:Limite Municipal

Formato: ArcGIS

Tipo: Polígono

Mosaico con lacomposición deimágenes de Satélite

Nombre capa:231_232_072.img

Formato: Imagen

Tipo: IMG

Las Figuras 2, 3 y 4 presentan la localizaciónde puntos de muestreo y los resultados de laconcentración de TPH, en aguas, sedimentos ysuelos respectivamente.

Figura 2. Puntos de muestreo yconcentración de TPH en Aguas

Figura 3. Puntos de muestreo yconcentración de TPH en Sedimentos

Figura 4. Puntos de muestreo yconcentración de TPH en Suelos

4.3 Análisis espacial

La herramienta para analizar patronesestadísticos del promedio cercano de vecindadha sido estudiada por Ebdon David [6] eincorporado en una Herramienta de análisisespacial estadístico de ArcGIS [7]

Se ha realizado un análisis de índice devecindad próxima entre puntos de muestreoque se refiere a la relación de la distanciaobservada, dividida por la distancia esperada,(Distribución randómica Hipotética),calculada del análisis para los puntos demuestreo

La técnica Z scores mide la desviaciónestandard asociada a esta distribucion. Ladistribución relaciona las desviaciónes conprobabilidades y niveles de significancia queson incorporados a Z scores.

El Cuadro 3 presenta los resultados obtenidos.

Cuadro 3. Resultados Análisis EspacialEstadístico

Descripción

Puntos de Muestreo

AguasSedimentos Suelos

Distanciapromedioobservadamas cercanade vecindad[m] 325,01 760,05 1173,80

Distanciapromedioesperada [m] 2238,38 2889,87 2913,11

Índice devecindadpróxima 0,14 0,26 0,40

Valor Z -14,25 -8,34 -6,66

El análisis geo‐estadístico presenta un índicede vecindad próxima menor a 1 en los trescasos calculados y se considera que los puntosde muestreo tienen un patrón muy alto deagrupamiento. Consecuentemente existemenos del 1% de significancia para que lospuntos de muestreo sean dispersos.

El análisis de dispersión de puntos indica quelos resultados obtenidos deben ser tratados deforma puntual y corresponde interpretar elresultado del análisis de laboratorio tomandoencuenta solo el punto de muestreoconsiderado o en su defecto agrupando puntosde muestreo cercanos del sector muestreado.

Para realizar la determinación de áreaspresenten altos valores de en concentración de

hidrocarburos ambientalmente sensibles que,por sus características intrínsecas, totales opresenten altos grados de fragilidad frente apotenciales actividades asociadas a lasoperaciones de explotación transporte eindustrialización de hidrocarburos.

5. CONCLUSIONES

El análisis estadístico espacial permite ladeterminación de patrones que asociados a lacontaminación espacial a través de la técnicaZ score desplegando el grado a dispersión oagrupamiento de muestras y su distribuciónespacial, permitiendo así evaluar lacontaminación zonal por hidrocarburos.

6. REFERENCIAS

1. Chaco, Y. Campo Carrasco. 2010;Available from:http://www.ypfbchaco.com.bo/index.php?option=com_content&task=view&id=21&Itemid=45.

2. Vivora, Y. Campo Víbora. 2010;Available from:http://noticias.ypfb.gob.bo/separatas/YPFB-VIBORA.pdf.

3. ASTMD4177, Standard Practice forAutomatic Sampling of Petroleum andPetroleum Products. AmericanNational Standard, 2000. 1.

4. EPA8015D, METHOD 8015D.Environmetal Project Agency.

5. Leica. Erdas Image. 2010; Availablefrom: http://gi.leica-geosystems.com/LGISub1x33x0.aspx.

6. David, E., Statistics in Geography.Blackwell, 1985. 1.

7. Esri. ARCGIS software. 2010;Available from:http://search.esri.com/results/index.cfm?do=support.index&start=0&q=Geostatistical+Analyst+toolbox