Characterization of Hydrocarbon-Contaminated Sites Based on Geoelectrical Methods of Geophysical Exploration

Electrical methods are effective tools for the characterization of oil-contaminated sites and are applied in defining the geometry of the contaminated plume and in designing the remedial process. The optimal methodology integrates geoelectric methods, data processing, and interpretation techniques. Electromagnetic profiling is a reliable and fast method used to provide the configuration of oil-contaminated plume from apparent resistivity map and used to guide the subsequent electrical resistivity tomography survey. From advanced field work methods, data processing, and interpretation procedures, electrical resistivity tomography survey provides the three-dimensional (3D) configuration of the contaminated plume, migration pathways, location of active contaminated sources, and information about lithology. For separate contaminated and clean zones, a petrophysical modeling is used for the calculation of soil resistivity based on groundwater salinity. Taking the pore-water salinity value into account, an inversion algorithm recalculates resistivity maps into maps of clay content, porosity, and cation exchange capacity, allowing a more accurate determination of the volume of contaminated soil. From clay content data, hydraulic conductivity values are calculated for determining the groundwater vulnerability due to vertical migration of contaminants from upper layers. The optimal geoelectric methodology is an efficient procedure to assess hydrocarbon-contaminated sites, with emphasis on large sites with deeper groundwater table

ESTIMATION OF HYDRAULIC CONDUCTIVITY AND CONTENT OF FINES FROM EXPERIMENTAL LAWS THAT CORELATE HYDRAULIC AND ELECTRIC PARAMETERS

Hydraulic conductivity is a basic element in the advancement of knowledge of a geological environment in both the flow and transport processes of pollutants for conservation projects, managementand environmental management and also for the development of public policies for protection of ecosystems, among others. The aim of this paper is to obtain the hydraulic conductivity (K) and the finescontent (C) of saturated granular half using two empirical laws. One correlates the electrical conductivity of saturated granular media σo and water saturated σw which depends on the formation factor(F), cation exchange capacity (CEC) and the fines content in the saturated soil. Using data obtained from materials of 18 samples from 6 wells the relationships between F-C and CEC-C were obtained,so the equation reduces to a σo function in terms of σw and C, with a correlation coefficient of R = 0.97. A second experimental law is the one that results from the experimental relationship between K and C,being 1.4054 K 0.1804.C with a correlation coefficient of R = 0.96. From both experimental expressions relationships between K and C, a and C,and C are created so from every pair knowing one of them you get to know the other one. Under the scheme outlined electrical conductivity sections for the saturated medium and fines content are obtained,finding that the groundwater in the study area consists of a thin top layer and beneath it there is a predominantly sandy environment

Electromagnetic Surface Method for the Pipeline Periodical Inspection Based on the Heterogeneous Transmission Line Model

The superficial electromagnetic methods are widely applied for non-destructive control of pipeline technical condition. For this purpose we have developed the theory and field technology for the pipeline inspection that allows: 1) determining the pipeline trajectory (plane position and depth), 2) delimitation of pipeline intervals with an insulation coating damage, and 3) estimating the condition of a cathodic protection system. The proposed method is based on the approximation of a metallic pipeline by a heterogeneous transmission line with variable distributed parameters: resistance and inductance along a tube (tube wall thickness) and leakage conductance. The field operations consist in measurements of magnetic field above a pipeline and voltage only on the control posts. The interpretation process includes the iterative inversion of the magnetic component in order to determine the pipeline depth and current distribution along pipeline. The current difference corresponds to leakage current and allow estimate the leakage resistance. We illustrate the practical application of this method using the obtained results for pipeline inspections in Mexico. Based on the voltage and current simulations for the infralow-frequency band (0–1kHz) we have evaluated the feasibility of the time lapse measurements of the magnetic field in some fixed points for the early prediction of an insulation damaging process

Geoelectrical characterization of a site with hydrocarbon contamination caused by pipeline leakage

El método Sondeo Eléctrico Vertical (SEV) es ampliamente utilizado en estudios de impacto ambiental incluyendo el caso de contaminación por hidrocarburos. En este trabajo se presentan los resultados de la caracterización geoeléctrica de un sitio contaminado por hidrocarburos relacionado con una fuga en línea de ducto. El estudio geoeléctrico fue realizado utilizando el método SEV en la variante de tomografía, realizándose una interpretación 2D de los datos observados. Seis perfiles paralelos de SEV fueron medidos y presentados sus resultados en secciones y mapas. Se determinó un modelo estratificado que incluye acuitardo y acuífero. Aunque el grado de contaminación en este sitio es bajo fue posible localizar dos zonas contaminadas dentro del acuífero. El acuífero y el acuitardo fueron caracterizados con base en su resistividad, contenido de arcilla, porosidad y capacidad de intercambio catiónico. Los valores de resistividad fueron recalculados a valores de parámetros petrofísicos utilizando un algoritmo de inversión que toma en cuenta la salinidad del agua de poro. En zonas no contaminadas los parámetros petrofísicos estimados a partir de datos de resistividad presentan valores cercanos a los reales, mientras que en zonas contaminadas se obtienen valores anómalos. Efectos similares de la influencia contaminación sobre los parámetros petrofísicos fueron encontrados en laboratorio realizando mediciones de resistividad en muestras de arena limpia y contaminada

Application of quantitative electromagnetic technology to asses coating integrity of pipelines in México

Existen varios métodos de inspección superficial para evaluar la integridad del revestimiento de los ductos metálicos, obteniendo resultados cualitativos aceptables en algunos tipos de suelo y en sistemas de tuberías de baja complejidad. Sin embargo, estos métodos no determinan los parámetros necesarios para una evaluación cuantitativa de la calidad del revestimiento. El Instituto Mexicano del Petróleo desarrolló la Tecnología de Inspección Electromagnética Superficial (SEMPI) para la evaluación cuantitativa de la integridad del revestimiento de los ductos enterrados; su base teórica permitió el desarrollo de su instrumentación, metodología de campo y técnicas de procesamiento e interpretación de datos. La SEMPI se aplica en dos etapas: regional y local. La etapa regional incluye mediciones de campo magnético, voltaje y resistividad ( rs) del suelo, donde el principal resultado es la resistencia eléctrica del revestimiento (Tc) a lo largo del ducto, como indicador de la calidad del revestimiento. Una escala semaforizada de los datos de Tc permite clasificar la calidad del revestimiento como buena (verde), regular (amarilla) y pobre (roja). La etapa local incluye mediciones detalladas del campo eléctrico en tramos anómalos (Tc < 50 Ohm.m) localizando los daños en el revestimiento con una precisión de ± 0.5 m. Durante la etapa local se calcula el área desnuda equivalente por metro de ducto inspeccionado. En este trabajo se presentan los resultados de la aplicación de las etapas regional y local de la tecnología SEMPI en dos ductos situados en el sureste de México. doi: https://doi.org/10.22201/igeof.00167169p.2021.60.3.204

Estimation of soil petrophysical parameters based on electrical resistivity values obtained from lab and in-field measurements

El conocimiento de los parámetros petrofísicos del suelo es muy útil para la agricultura y análisis de impacto ambiental. Por lo tanto, es importante desarrollar técnicas y metodologías que ayuden a obtener mapas petrofísicos del suelo de manera rápida y económica. Este trabajo muestra dos técnicas para la estimación del contenido de arcilla, porosidad y capacidad de intercambio catiónico a partir de mediciones eléctricas. La primera, basada en mediciones de resistividad del suelo (SRM) realizadas en laboratorio; la segunda técnica, ERT&WRM, mediante la aplicación de Tomografía de Resistividad Eléctrica (ERT) y mediciones en campo de resistividad en muestras de agua subterránea (WRM). Se realizó un estudio geoeléctrico en un sitio areno-limoso y los resultados alcanzados fueron comparado con los obtenidos mediante la técnica de análisis textural de Bouyoucos. La técnica SRM mostró ser más precisa y menos productiva que la técnica ERT&WRM. Los resultados obtenidos proponen una nueva aplicación de los métodos geoeléctricos en estudios de agricultura precisa, tanto para análisis de muestras de suelo en laboratorio utilizando la técnica SRM como para evaluar grandes extensiones de suelo agrícola utilizando la técnica ERT&WRM. doi: https://doi.org/10.22201/igeof.00167169p.2012.51.1.14

Oil pollution detection using resistivity sounding

En este trabajo se expone una tecnología de aplicación del método Sondeo Eléctrico Vertical (SEV) para la caracterización de áreas contaminadas por productos petroleros. Esta tecnología incluye un modelo de contaminación como una zona de baja resistividad, una metodología para los trabajos de campo, procesamiento avanzado de datos, modelación petrofísica e interpretación de los resultados obtenidos. La contaminación por hidrocarburos es un tipo muy común de polución que se encuentra en todas las etapas de la industria petrolera: extracción, transportación, refinación y distribución de los hidrocarburos. Bajo la influencia de la biodegradación, los hidrocarburos contaminantes alteran la resistividad del agua subterránea y de las rocas que los circundan, manifestándose como una zona de baja resistividad. La contaminación del subsuelo por productos petroleros puede ser estudiada mediante el método SEV, siendo posible estimar su posición en planta y profundidad, litología, fuentes de contaminación, dirección de migración de los contaminantes y grado de contaminación. Las mediciones de SEV son realizadas utilizando una variante de Tomografía de Resistividad Eléctrica (TRE) que, con una alta resolución espacial, permite eliminar o disminuir la influencia de las distorsiones causadas por heterogeneidades superficiales (ruido geológico). Para la separación de las zonas contaminadas de las no-contaminadas, se realiza una modelación petrofísica que permite calcular las resistividades teóricas de las rocas a partir de la resistividad del agua subterránea o su salinidad. doi: https://doi.org/10.22201/igeof.00167169p.2003.42.4.31

Joint interpretation of geoelectrical and volatile organic compounds data: a case study in a hydrocarbons contaminated urban site

Debido a la ocurrencia de un derrame de gasolina en un área urbana, los métodos de Tomografía de Resistividad Eléctrica (TRE), Perfilaje Electromagnético (PEM) y de medición de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) fueron utilizados para definir la pluma de contaminación y dirigir los trabajos de muestreo de suelo. Las anomalías COV (contaminación reciente) indicaron que una gasolinera localizada en el área de estudio es una fuente de contaminación activa. Las zonas con contaminación madura definidas con los métodos TRE y PEM correspondieron con anomalías de baja resistividad debido a los procesos de degradación de los hidrocarburos contaminantes. Los resultados alcanzados con los métodos TRE, PEM y VOC fueron integrados en un mapa, permitiendo la configuración final de las plumas de contaminación y la optimización de las perforaciones y el muestreo de suelo y producto libre. Análisis de laboratorio de las muestras de producto libre sugieren la existencia de más de un evento de contaminación en el sitio, con la presencia de contaminantes hidrocarburos frescos y degradados, clasificados en el rango de gasolina. Este estudio demuestra las ventajas de la aplicación conjunta de TRE, PEM y COV en sitios con fuentes de contaminación activa, donde se asume la existencia de hidrocarburos contaminantes recientes y maduros en el subsuelo. doi: https://doi.org/10.1016/S0016-7169(14)71499-

Estimación de la conductividad hidráulica y contenido de finos a partir de leyes experimentales que relacionan parámetros hidráulicos y eléctricos

Hydraulic conductivity is a basic element in the advancement of knowledge of a geological environment in both the flow and transport processes of pollutants for conservation projects, management and environmental management and also for the development of public policies for protection of ecosystems, among others. The aim of this paper is to obtain the hydraulic conductivity (K) and the fines content (C) of saturated granular half using two empirical laws. One correlates the electrical conductivity of saturated granular media óo and water saturated ów which depends on the formation factor (F), cation exchange capacity (CEC) and the fines content in the saturated soil. Using data obtained from materials of 18 samples from 6 wells the relationships between F-C and CEC-C were obtained, so the equation reduces to a óo function in terms of ów and C, with a correlation coefficient of R = 0.97. A second experimental law is the one that results from the experimental relationship between K and C, being 4054 1. 1 . 804 K 0. C with a correlation coefficient of R = 0.96. From both experimental expressions relationships between K and C, Fa and C, and C are created so from every pair knowing one of them you get to know the other one. Under the scheme outlined electrical conductivity sections for the saturated medium and fines content are obtained, finding that the groundwater in the study area consists of a thin top layer and beneath it there is a predominantly sandy environment.La conductividad hidraulica es un elemento basico en el avance del conocimiento de un medio geologico, tanto en los procesos de flujo y transporte de contaminantes como en proyectos de proteccion, gestion y manejo del medio ambiente, asi como en el desarrollo de politicas publicas para la proteccion de ecosistemas, entre otros. El objetivo de este trabajo es obtener la conductividad hidraulica (K) y el contenido de finos (C) de un medio saturado granular mediante el uso de dos leyes empiricas. Una relaciona la conductividad electrica de un medio granular saturado �Ðo y el agua saturante �Ðw la cual depende del factor de formacion (F), la capacidad de intercambio cationico (CIC) y del contenido de finos en el subsuelo saturado. A traves de datos obtenidos de 18 muestras de materiales de 6 pozos se obtuvo la relacion entre F- C y CIC-C y Qv . C, de forma que la ecuacion se reduce a una funcion de �Ðo en terminos de �Ðw y C, con un valor de ajuste R=0.97. Una segunda ley experimental usada es la que resulta de la relacion experimental entre K y C, obteniendose 4054.1.1804.0CK con un R=0.96. De ambas expresiones experimentales se construyen relaciones econociendo una se obtiene la otra. Bajo el esquema indicado se obtienen secciones de conductividad electrica del medio saturado y contenido de finos, obteniendose que el subsuelo en el area de estudio esta constituido por una capa superior de materiales finos e infrayaciendo a este esta un medio en el que predominan las arenas