Stoccaggio sotterraneo di gas

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M E s.r.l.
P.I. 04573020288
Via Giambellino 7
35129, Padova
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.
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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
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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 gradi 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 socioeconomico, 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
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