Nell’ambito del Progetto “Caratterizzazione dei siti per lo stoccaggio della CO 2 ” dell’Area “Produzione e Fonti Energetiche” sono state svolte attività di modellazione numerica fluidodinamica/geochimica e geomeccanica allo scopo di sviluppare uno strumento di supporto per la definizione di un intervento di sequestro geologico della CO 2 . Il presente rapporto illustra e discute l’attività di modellazione numerica effettuata in ambito geomeccanico. Si è esaminato la problematica del sequestro geologico in formazioni sabbiose profonde sature d’acqua (acquiferi salini): in questo caso il sequestro consiste nell’iniezione della CO 2 in condizione supercritica all’interno di riserve coperte da formazioni a bassa permeabilità in grado di impedire il flusso di risalita del fluido iniettato, che allo stato supercritico è meno denso dell’acqua e tenderebbe a galleggiare portandosi verso la superficie. In una situazione realistica di sequestro in un impianto industriale, la velocità di iniezione deve essere tale da permettere lo smaltimento di tutta la CO 2 catturata; in quest’ottica risulta fondamentale la valutazione della massima pressione a cui è possibile eseguire l’iniezione senza che la riserva abbia danneggiamenti dal punto di vista strutturale. Se la pressione diventasse troppo alta infatti potrebbero crearsi danni strutturali irreversibili, come la formazione di nuove fratture o la riattivazione di preesistenti. Queste discontinuità peraltro rappresenterebbero dei percorsi preferenziali per la fuoriuscita della CO 2 dalla riserva riducendo o annullando l’efficacia delle operazioni di sequestro. Le attività di modellazione numerica rappresentano uno strumento di supporto per la progettazione e per il monitoraggio delle operazioni di sequestro geologico della CO 2 perché consentono di stimare l’effettiva capacità di accumulo dei siti selezionati e di valutare i parametri funzionali (portata e/o pressione massima di immissione) necessari per eseguire le operazioni di iniezione e di sequestro in condizioni di sicurezza, sia in termini di identificazione delle possibili fughe di gas, sia in termini di stabilità e integrità del deposito. La problematica affrontata è piuttosto complessa sia perché deve essere studiata a livello multifisico (fluidodinamico, geochimico, geomeccanico), sia perché la tecnologia dello stoccaggio geologico è di recente sviluppo ed esistono poche esperienze pregresse di modellazione che abbiano esaminato il problema in tutti i suoi aspetti. Per questo motivo i primi studi sono stati condotti su casi test semplici e bidimensionali che hanno consentito di cominciare ad acquisire sensibilità ed esperienza nella specifica problematica e contemporaneamente di cominciare a mettere a punto gli strumenti informatici necessari a definire i criteri e le scelte da adottare per lo studio dei depositi di stoccaggio. Dalle prime simulazioni, effettuate lo scorso anno, è emerso che per una corretta simulazione del sequestro della CO 2 in un acquifero salino profondo non è sufficiente limitare l’analisi geomeccanica ai soli serbatoi all’interno dei quali avviene l’iniezione (nei casi studiati, gli acquiferi salini), ma è necessario prendere in considerazione anche porzioni sufficientemente estese del terreno sovrastante e sottostante (caprock e basamento) e limitrofo. Un corretto criterio può essere quello di scegliere un dominio i cui contorni non risentano delle variazioni indotte dall’immissione della CO 2 . Alla luce di tale evidenza le analisi successive, documentate nel presente rapporto, sono state effettuate su domini estesi. Le analisi condotte lo scorso anno erano state effettuate supponendo che il problema potesse essere affrontato, in prima approssimazione, in maniera disaccoppiata, cioè studiato separatamente dal punto di vista fluidodinamico e dal punto di vista geomeccanico. Tuttavia, come documentato in letteratura, il valore di alcuni importanti parametri che caratterizzano il comportamento fluidodinamico (porosità, permeabilità, parametro di capillarità e comprimibilità) è influenzato dallo stato tensionale, che varia a causa dell’iniezione e che viene determinato solo a valle dell’analisi meccanica. Per questo motivo si è reso necessario (e prioritario) lo svolgimento di un’attività di ricerca volta a verificare l’applicabilità dell’ipotesi di disaccoppiamento e quindi a valutare la necessità/opportunità di sviluppare uno strumento di calcolo per l’effettuazione delle analisi accoppiate. Parallelamente a queste analisi, ne sono state effettuate altre con lo scopo di comprendere quali dei parametri in gioco avessero maggiore influenza sui risultati. Gli studi svolti hanno consentito di tenere conto della variabilità in funzione dello stato di

sforzo dei parametri di porosità e permeabilità, realizzando, per definiti step temporali di calcolo, il trasferimento dei valori dei parametri fra le due analisi fluidodinamica e geomeccanica. I risultati delle simulazioni hanno mostrato che la variazione dei parametri dipendenti dallo stato di sforzo può condizionare significativamente i risultati delle analisi, in particolare il campo di pressione, carico strutturale delle analisi geomeccaniche. Successivamente allo sviluppo dei casi test bidimensionali a strati orizzontali omogenei, alla luce delle conoscenze e delle competenze maturate, si è affrontata la simulazione di un caso rappresentativo di processo di iniezione in un sito geologico selezionato sul territorio nazionale, reputato idoneo per effettuare un eventuale reale intervento di sequestro geologico della CO 2 : l’offshore di Porto Recanati. Il passaggio dai casi test (bidimensionali, con stratificazioni orizzontali) al caso reale (tridimensionale, con stratificazioni geometricamente complesse) è risultato piuttosto impegnativo, sia per le intrinseche difficoltà di modellazione numerica e di onere computazionale, sia per la carenza di dati sperimentali da cui ricavare i parametri fisici dei materiali costituenti il sito reale: sono state necessarie alcune indagini preliminari per definire opportunamente la discretizzazione del dominio di analisi e per individuare i parametri dei materiali. Tuttavia le simulazioni effettuate sul sito di Porto Recanati hanno rappresentato il primo approccio ad analisi tridimensionali complesse, maggiormente rappresentative, non solo di una realistica conformazione e stratigrafia di un sito, ma anche di un’evoluzione spaziale del processo di iniezione della CO 2 , non condizionata dalla scelta di geometrie (schemi bidimensionali) che mal rappresentano la situazione reale. Le analisi effettuate sul sito di Porto Recanati, pur necessitando di ulteriori approfondimenti e verifiche, hanno rappresentato un primo interessante approccio a un problema di effettivo interesse industriale. Alla luce delle attività svolte e dei risultati emersi appare confermata l’importanza delle simulazioni numeriche sia per verificare l’idoneità di un potenziale sito di stoccaggio, sempre che ne siano note con sufficiente accuratezza le caratteristiche geologiche, sia per garantire che le modalità industriali delle operazioni di confinamento siano definite in modo da rispettare le necessarie condizioni di sicurezza.