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Sequestro della CO2: modellazione geomeccanica

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Sequestro della CO2: modellazione geomeccanica

Il presente documento è stato redatto nell’ambito del progetto “Studi sull’utilizzo pulito dei combustibili fossili e cattura e sequestro della CO2- Cattura e sequestro della CO2” definito nell’Accordo Triennale tra il Ministero dello Sviluppo Economico e E.R.S.E. S.p.A. firmato il 29 Luglio 2009. Il rapporto documenta le attività di modellazione numerica geomeccanica di siti di stoccaggio dell’anidride carbonica (CO 2 ), attività di seguito sinteticamente riassunte. I programmi di interfaccia tra i codici di calcolo Tough2_RdS (analisi fluidodinamica) e CANT-SD (analisi geomeccanica) sono stati aggiornati e organizzati in modo più sistematico, alla luce delle nuove esigenze emerse. È stata sviluppata una routine che consente l’acquisizione diretta dei valori di pressione calcolati al centro di ciascuna cella da Tough2_RdS, per assegnarli come valori costanti all’intero elemento finito che le corrisponde in CANT-SD, anch’esso modificato per non avere più bisogno di ricevere i risultati di pressione esclusivamente come definiti sui nodi. Viene così eliminata la necessità di effettuare una preliminare interpolazione ai nodi degli elementi finiti. È stata inoltre inserita la possibilità di acquisire in un unico file il campo delle variazioni di pressione relativo a tutti gli istanti temporali di interesse per l’analisi geomeccanica: l’utilizzo di un file unico consente di effettuare l’analisi geomeccanica dell’intero transitorio per mezzo di un’unica esecuzione di CANT-SD, il che si traduce in una notevole riduzione dei tempi di calcolo complessivi. Sono state introdotte opzioni di controllo della correttezza della mesh ad elementi finiti costruita a partire dal reticolo di calcolo di Tough2_RdS. Il codice di calcolo CANT-SD è stato ulteriormente sviluppato, con l’obiettivo di affrontare la simulazione numerica del comportamento meccanico delle faglie. Dall’esame di studi reperiti in letteratura sulla simulazione geomeccanica delle faglie nel caso di interventi di iniezione di CO 2 in giacimenti profondi, è emerso che queste possono essere efficacemente modellate con particolari tipologie di elementi finiti, noti in ambito strutturale come Elementi di Interfaccia o Elementi Giunto. Tali elementi, già presenti ed estesamente validati in CANT-SD nell’ambito dell’analisi delle dighe, sono stati ulteriormente sviluppati per soddisfare le specifiche esigenze del problema geomeccanico considerato. L’approfondimento della validazione degli strumenti numerici utilizzati, effettuato in collaborazione con un autorevole esperto a livello mondiale (J. Rutqvist), ha consentito di apprezzare la loro affidabilità. In particolare, risulta confermata la capacità del codice CANT-SD (nei decenni passati già ampiamente validato nell’ambito dell’analisi strutturale delle dighe) di gestire correttamente anche il problema di poro-meccanica con assegnate distribuzioni di pressione interstiziale. Con riferimento a un ipotetico sito di stoccaggio con caratteristiche riconducibili a quelle del Bacino dell’Adriatico Settentrionale, sono stati simulati numericamente gli effetti meccanici indotti dell’iniezione della CO 2 : sono stati esaminati gli effetti del raffinamento del modello in corrispondenza del pozzo di iniezione e delle modalità di vincolo sui confini del dominio di calcolo. I risultati mostrano come anche il modello meno raffinato riesca a rappresentare bene la fenomenologia complessiva del comportamento meccanico del sito (sollevamento della superficie, estensione della porzione di terreno “disturbata” dalle operazioni). Il modello più raffinato è invece necessario per una corretta valutazione dello stato di sforzo (altrimenti sottostimato) nella zona del pozzo. Tali analisi hanno rivestito una fondamentale importanza per validare la nuova modalità di interfaccia tra Tough2_RdS e CANT-SD, rivelatasi necessaria per affrontare molti casi di interesse pratico (modellazione del pozzo di iniezione e delle faglie). Si sottolinea comunque che le simulazioni effettuate non rappresentano il comportamento di un particolare sito reale, ma costituiscono casi test finalizzati a collaudare gli strumenti modellistici nonché ad approfondire la comprensione dei fenomeni coinvolti, in situazioni di sempre maggiore complessità e sempre più prossime a quelle reali.

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