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Stoccaggio sotterraneo di gas


A causa dell'importanza delle riserve di gas naturale per la produzione di energia elettrica nei paesi industrializzati, i progetti per lo stoccaggio sotterraneo della materia prima (Underground Gas Storage, UGS) sono in continuo aumento in tutto il mondo. Il primo stoccaggio di gas in un giacimento esaurito risale al 1916 a sud della città di Buffalo nello stato di New York. Attualmente, al mondo sono attivi circa 600 impianti UGS per un volume totale di gas movimentato pari a 350 miliardi di Sm3.

Le attività di tipo UGS consistono nell'iniezione di gas nel giacimento di stoccaggio durante i mesi estivi, nei quali l'offerta di materia prima supera il fabbisogno corrente, e nella sua estrazione e vendita durante il periodo invernale. Gli stoccaggi di gas nel sottosuolo forniscono inoltre buona parte delle riserve strategiche di un Paese in caso di emergenza energetica. La progettazione di attività UGS in un determinato sito deve, tuttavia, tener conto di una serie di aspetti di sicurezza, legati sia alla percezione della pubblica opinione, che al rischio economico dell'impresa e al possibile impatto ambientale. Particolare attenzione va posta allo studio dei fenomeni geomeccanici collegati ad attività UGS:
  1. deformazione del serbatoio con conseguenze sulla capacità di tenuta della roccia di copertura e di chiusura delle possibili faglie in giacimento;
  2. spostamenti rilevabili in superficie con analisi del rischio di deformazioni differenziali e conseguenti problemi di stabilità ed integrità delle strutture nel territorio.
La progettazione in sicurezza di un impianto UGS necessita di un'accurata analisi previsionale di tali fenomeni corredata da un opportuno sistema di monitoraggio che consenta di calibrare e incrementare in tempo reale l'affidabilità del modello numerico.

M3E S.r.l. si avvale della pluriennale esperienza dei propri soci in questo settore per porsi all'avanguardia nello sviluppo e nell'utilizzo di strumenti modellistici per la calibrazione di modelli e la simulazione geomeccanica di attività UGS, con la supervisione del sistema di monitoraggio previsto sul campo.


Il monitoraggio mediante tecniche satellitari del territorio interessato dalle attività UGS permette di rilevare spostamenti verticali e orizzontali ciclici posti in fase con il volume di gas correntemente immagazzinato nel serbatoio, con innalzamenti nel periodo estivo (aumento del volume stoccato) e abbassamenti nel periodo invernale (diminuzione del volume stoccato).

Gli strumenti modellistici messi a punto da M3E consentono di riprodurre in maniera accurata e fedele le complesse geometrie delle strutture geologiche in cui si intende effettuare lo stoccaggio a partire da dati sismici interpretati. E' possibile posizione uno o più pozzi con finestratura a piacimento imponendo la sovrappressione di esercizio. I dati satellitari consentono di calibrare in modo accurato il modello numerico in modo da ricostruire fedelmente la serie storica e prevedere con elevata attendibilità gli effetti di un incremento della pressione di esercizio al fine di massimizzare la capacità di stoccaggio del serbatoio considerato. L'adozione di sofisticati strumenti statistici, come il Kalman filter, da tempo conosciuti ed applicati nell'assimilazione di dati in meteorologia ma all'avanguardia in applicazioni geomeccaniche, consente di condizionare il modello numerico con i dati raccolti in tempo reale, migliorando la previsione ottenuta ed incrementando via via l'attendibilità del risultato modellistico.

La pressione a cui il gas viene iniettato o estratto costituisce una sorgente di stress per la struttura porosa in cui viene effettuato lo stoccaggio. Questo induce una deformazione del giacimento che va simulata per verificare la fattibilità in sicurezza del progetto, evitando rotture a taglio o trazione della roccia serbatoio e dello strato di copertura e la possibile attivazione di faglie confinanti il giacimento. La verifica di rottura viene effettuata mediante un'accurata analisi dello stress, individuando le zone a rischio fratturazione e la distanza dallo stato critico per diversi scenari. La generazione di zone fratturate a taglio o trazione determina la plasticizzazione della roccia, con la conseguente perdita di rigidezza del materiale e possibilità di grandi deformazioni. Particolare attenzione va posta nella determinazione di tali zone in prossimità dei pozzi di iniezione, in quanto un collasso del materiale circostante potrebbe causare la rottura dello stesso con la possibilità di fuga del gas verso la superficie.

I codici sviluppati da M3E sono in grado di gestire complesse configurazioni fagliate, simulando l'evoluzione dello stato di stress lungo le superfici di faglia ed evidenziando la possibile attivazione (scorrimento e/o apertura) di tali discontinuità. L'attivazione di una faglia può avere varie conseguenze, sia dal punto di vista meccanico che idraulico, dando luogo a: (1) una possibile attività microsismica; (2) la generazione di una fessurazione che costituisce una via preferenziale di fuga del gas; (3) un incremento delle deformazioni in superficie.

Infine, il movimento previsto in superficie a seguito di un possibile incremento della pressione di esercizio in giacimento può destare preoccupazione nel caso in cui strutture di un certo valore, storico o socio-economico, siano interessate da deformazioni differenziali che possano comprometterne l'integrità. Tale situazione va, in particolare, indagata con attenzione nel caso in cui esistano faglie a scala regionale che si propagano verso il piano campagna.



Riferimenti bibliografici
N. Castelletto, M. Ferronato, G. Gambolati, C. Janna, P. Teatini, D. Marzorati, E. Cairo, D. Colombo, A. Ferretti, A. Bagliani, S. Mantica. 3D geomechanics in UGS projects. A comprehensive study in northern Italy. In Proceedings of the 44th US Rock Mechanics Symposium, paper no. 185, 2010. American Rock Mechanics Association, Salt Lake City (UT).
P. Teatini, G. Gambolati, N. Castelletto, M. Ferronato, C. Janna, E. Cairo, D. Marzorati, D. Colombo, A. Ferretti, A. Bagliani, F. Bottazzi, F. Rocca. Monitoring and modelling of 3-D ground movements induced by seasonal gas storage in deep reservoirs. In Land Subsidence, Associated Hazards and the Role of Natural Resources Development, pp. 68-75, 2010. IAHS Publication no. 339.
N. Castelletto, M. Ferronato, G. Gambolati, C. Janna, P. Teatini, D. Marzorati, E. Cairo, D. Colombo, A. Ferretti, A. Bagliani, F. Bottazzi. Sustainable underground gas storage activities in a Po plain gas field, northern Italy. In Proceedings of 2011 Offshore Mediterranean Conference and Exhibition Cd-Rom, Ravenna (Italy), 2011.
P. Teatini, N. Castelletto, M. Ferronato, G. Gambolati, C. Janna, E. Cairo, D. Marzorati, D. Colombo, A. Ferretti, A. Bagliani, F. Bottazzi. Geomechanical response to seasonal gas storage in depleted reservoirs: a case study in the Po river basin, Italy. Journal of Geophysical Research, 116, F02002, doi:10.1029/2010JF001793, 2011.
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