Modellistica termica, i contributi della geologia e idrogeologia

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1 Istituto di Geoscienze e Georisorse Modellistica termica, i contributi della geologia e idrogeologia Gianluca Gola Istituto di Geoscienze e Georisorse,, Via Moruzzi PISA Istituto di Geoscienze e Georisorse, Consiglio manzella@igg.cnr.it Nazionale delle Ricerche, Via Moruzzi PISA g.gola@igg.cnr.it

2 INPUT & OUTPUT Modello geologico del serbatoio: i) identificare le unità geologiche che ospitano l acquifero profondo ii) top del serbatoio da dati geologici, pozzi esplorativi profondi, linee sismiche, geofisica iii) eventuali superfici interne (importanti variazioni litologiche, di facies etc.) iii) bottom del serbatoio definito tramite un limite di permeabilità o top unità di basamento Modello idrogeologico: i) validare l ipotesi di continuità idraulica (serbatoio regionale) ii) definire aree di ricarica e di deflusso, faglie e/o barriere d importanza regionale iii) contribuire alla definizione delle corrette condizioni al contorno del modello numerico Petrofisica delle rocce di serbatoio e di copertura (proprietà termo-idrauliche) Stato termico profondo sino a 10 km di profondità (modello termo-fluidodinamico)

3 SBHT Vs DST Well Hydrocarbon productive field

4 Modello termo-fluidodinamico Conservazione della massa Conservazione del momento Conservazione dell energia

5 Modello termo-fluidodinamico: il ruolo della permeabilità Modello conduttivo Modello conduttivo-convettivo K o_res = 20mD Modello conduttivo-covettivo K o_res = 40 md Modello conduttivo-convettivo K o_res = 80 md T(z=0) = T air (z) HF = 50 mw m -2

6 Modello geologico unità carbonatiche e loro copertura MODELLO UNITA COPERTURA E SERBATOIO GRID TOPOGRAFIA + BATIMETRIA MODELLO UNITA SERBATOIO GRID TOP SERBATOIO

7 Sistema di circolazione regionale: Evidenze isotopiche δ 18 O della sorgente idrotermale Acqua Pia è circa -6.7 (Fancelli et al,1991; Grassa et al., 2006). Dalla relazione δ 18 O altitudine (by Fancelli et al., 1991) tale valore indica una quota media d infiltrazione maggiore di 600 m a.s.l. Inoltre il valore del trizio pari a 0.0 ±0.4 TU analizzato da Fancelli et al. (1991) indica un tempo medio di residenza dell acqua sotterranea maggiore di 50 anni Le caratteristiche isotopiche delle sorgenti idrotermali analizzate supportano l ipotesi di un flusso idrico sotterraneo regionale, le cui aree d infiltrazione possono anche essere esterne agli affioramenti carbonatici dell area di Monte Magaggiaro

8 Sistema di circolazione regionale: Evidenze da dati DST Una prova di strato (Drill Stem Test) misura la pressione di fondo (BHP) dinamica, durante l erogazione del fluido di strato, e statica, durante il recupero della pressione di giacimento al termine della prova Prove di strato in foro libero Diagramma tempi-pressioni

9 Sistema di circolazione regionale: Evidenze da dati DST Unità carbonatiche Mesozoiche La densità del fango di perforazione utilizzato durante le operazioni di trivellazione attraverso le unità carbonatiche Mesozoiche è mantenuta costante e nei pozzi studiati varia da 1050 a 1080 kg/m 3, dimostrando la presenza di un gradiente di pressione costante con la profondità. Quando in pozzi differenti il gradiente di pressione e la sovrapressione misurati in unità geologiche equivalenti sono uguali, i pozzi sono in continuità idraulica. Differenze solo nei valori di sovrapressione (il gradiente è uguale) evidenziano che i pozzi sono in continuità idraulica ma una faglia ha interrotto la continuità geometrica dell unità geologica (Dainelli & Vignolo 1993, Carlin & Dainelli 1998).

10 Sistema di circolazione regionale: Dati piezometrici Anche i dati piezometrici disponibili sono del tutto compatibili con l esistenza di un acquifero regionale. Di fatto considerando le quote di emergenza delle manifestazioni idrotermali ed i livelli piezometrici derivati da misure dirette o dedotti dall elaborazione dei dati di prove di strato, in entrambi i casi per pozzi attestati nel serbatoio d interesse, si può verificare che i carichi idraulici mostrati da questi punti rappresentativi della circolazione idrotermale si attestano su un ristretto intervallo di quota, compreso tra 40 e 60 m s.l.m.

11 Misure di temperatura nel serbatoio carbonatico Temperatura Vs Profondità Contrada Triglia well Gazzera well Dati di temperatura mostrano un aumento da C fino a C Un gradiente di circa C km -1 è stato osservato nelle zone sia prossimali che distali rispetto le aree di ricarica A scala regionale può essere messo in luce un serbatoio geotermico caratterizzato da un significativo flusso convettivo

12 Petrofisica delle rocce di serbatoio e di copertura Dalla prove DST si può direttamente ricavare l INDICE di PRODUTTIVITA (PI), da cui è possibile valutare la PERMEABILITA (K)

13 Petrofisica delle rocce di serbatoio e di copertura

14 Modello termico conduttivo-convettivo 3D Campo di temperatura Campo di velocità Temperatura al tetto del serbatoio

15 Profili di temperatura Modello Vs Dati reali Alcamo Contrada Triglia Lippone field Segesta Sciacca Roccapalumba

16 Conclusioni La modellazione termica non può prescindere da un corretto modello geologico e dai vincoli che l idrogeologia può fornire riguardo la circolazione profonda I risultati sono fortemente controllati dalla distribuzione di permeabilità e dal flusso di calore imposto alla base del modello La topografia guida il flusso dalle aree a quota maggiore (aree di ricarica laddove le formazioni carbonatiche affiorano) verso quelle a quota inferiore (aree di deflusso) Al momento il modello idrodinamico è un sistema chiuso (no slip boundary condition + copertura impermeabile) Definire condizioni al contorno laterali aperte (flusso regionale in entrata ed uscita) richiedono precise informazioni, il flusso laterale può elidere del tutto la formazione di celle convettive e raffreddare il sistema