Modelling sismico ed elettromagnetico per il monitoraggio della CO 2

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1 Modelling sismico ed elettromagnetico per il monitoraggio della CO 2 Stefano Picotti Seminario Seminario sul sul Monitoraggio Monitoraggio della della CO CO 2 2

2 Il Monitoraggio è un punto fondamentale della direttiva CEE sul confinamento geologico della CO 2 Direttiva CEE Art.13 Gli stati membri assicureranno che l operatore svolga il monitoraggio sull impianto di iniezione, il volume di stoccaggio (compreso, se possibile la bolla o Plume di CO 2 ), e quando il caso l ambiente circostante. Scopi del monitoraggio: (a) Confronto tra il comportamento attuale e quello modellato della CO 2, e delle acque nel sito di stoccaggio; (b) Individuazione di irregolarità significative; (c) Individuazione di migrazioni di CO 2 ; (d) Individuazione di fuoriuscite di CO 2 ; (e) Individuazione di effetti negativi sull ambiente (Acqua potabile; popolazione; biosfera); (f) Verifica dell efficacia di eventuali contromisure a c), d), e; (g) Aggiornamento della valutazione della sicurezza ed integrità del sistema di stoccaggio nel breve e lungo periodo, compresa la stima sull efficienza, sulla durata e completezza del confinamento.

3 I principali metodi geofisici Misure di flusso di gas Georadar Gravimetria Magnetotellurica Sismica Elettromagnetismo Geoelettrica Potenziale spontaneo I metodi geofisici più importanti per il monitoraggio della CO 2 sono la sismica a riflessione e rifrazione, la geoelettrica e l elettromagnetismo Le varie metodologie di differenziano per il fenomeno fisico che le caratterizzano (propagazione di onde elastiche ed elettromagnetiche, ecc..) Sismici Geoelettrici Elettromagnetici Induced Current T Primary Field R Secondary Field

4 Il metodo integrato per il monitoraggio (OGS) Calcolo delle proprieta sismiche ed elettriche utilizzando teorie di fisica delle rocce e dei gas Sismogrammi sintetici e stima della sensibilità delle proprietà sismiche (ed elettriche) per diversi scenari Ottimizzazione dei parametri di acquisizione dati per il monitoraggio

5 PROGETTO CASTOR Un esempio di studio nella fase pre-iniezione Atzbach-Schwanenstadt, giacimento esaurito di gas Potenziale sito di stoccaggio in Austria SINTEF PR (LEADER), BGR, RWTH,BGS,OGS,IMPERIAL COLLEGE, ROHÖL AUFSUCHUNG AG -OPERATOR Possibilità di EGR (Enhanced Gas Recovery): La CO 2 proviene da una cartiera (200kt/anno) e da impianto di fertilizzazione (100kt/anno). In tal caso la CCS risulta essere anche economicamente vantaggioso.

6 Dal modello geologico al modelling sismico Sezione sismica Proiezione di uno dei pozzi Sezione del modello Possibili fuoriuscite Distance (km) Gli orizzonti della sezione sismica rappresentano le discontinuità nel sottosuolo tra le diverse formazioni geologiche.

7 Proprietà fisiche dai log di pozzo

8 Simulazioni numeriche con e senza CO 2 nel reservoir Pre-iniezione Post-iniezione Confronto Tetto del giacimento Giacimento Scenario: metà del giacimento è stato riempito da CO 2 Problema: la presenza di gas nel reservoir rende la CO 2 poco visibile

9 Simulazioni numeriche con fuga di CO 2 in diversi scenari Stato supercritico, 7000 t Stato liquido, t Stato gassoso, 2000 t Fuga in stadio precoce Fuga in stadio avanzato L assenza di altri gas nelle formazioni sovrastanti il reservoir rende la CO 2 ben visibile

10 Il segnale di una migrazione di CO 2 allo stadio precoce è visibile in presenza di rumore? 100% 90% 80% 70% 60% 50% Questa anomalia corrisponde ad un accumulo di 7000 t di CO 2 Soglia critica: segnale/rumore = 70%

11 Utilità del metodo elettromagnetico I due metodi sismico ed elettromagnetico sono complementari. Infatti, la sensitività del metodo sismico ad alte saturazioni di gas nello spazio poroso cala drasticamente. Viceversa, la sensitività del metodo elettromagnetico aumenta. L applicazione delle due tecniche congiuntamente può dunque fornire maggiori informazioni alle diverse saturazioni. Se poi ci avviciniamo al nostro target in profondità posizionando sorgenti e ricevitori in pozzo (rilievi cross-well), aumentiamo l efficacia del monitoraggio Induced Current R 1 transmitter Sorgenti R 3 Secondary Field Primary field I s H H s p I s M R 2 / R t 3 M f σ / R 1 t 3 2 / R 3 receiver Ricevitori

12 Modello sintetico di un acquifero Modello geologico Bolla di CO 2 Sorgente Acquifero Ricevitori Simuliamo un ipotetico monitoraggio sismico-em in questo modello realistico di acquifero per stabilire la sensibilità del metodo integrato sismico-elettromagnetico per il monitoraggio della bolla di CO 2 e l individuazione di possibili migrazioni di CO 2.

13 Simulazione sismica cross-well Prima dell iniezione Dopo l iniezione Sismogrammi I tempi di arrivo aumentano

14 Simulazione EM cross-well Prima dell iniezione Dopo l iniezione Campo magnetico I tempi di arrivo diminuiscono

15 La verifica dei diversi metodi in un sito dove la CO 2 fuoriesce naturalmente: Latera (Viterbo) Latera (VT) Siccome non abbiamo esempi di reservoirs in cui si hanno perdite di CO 2, siamo andati a studiare un analogo naturale in cui la CO 2 viene prodotta e rilasciata naturalmente, per effetto del vulcanesimo

16 Confronto tra flusso di CO 2, dati georadar e modello tomografico delle velocità sismiche CO2 flux (g/m2/d) CO2 flux soil gas CO soil gas CO2 (%)

17 Confronto tra resistività, elettromagnetismo e flusso di gas -3,0 m -6,0 m -60 m -7,5 m -15 m -15 m -30 m Anomalia a bassa resistività La bassa resistività è dovuta alla mineralizzazione delle formazioni esposte al flusso di CO 2 e alla dissoluzione in acqua della CO 2

18 Modello 3D integrato: profili di resistività, flusso di gas, linee sismiche, elettromagnetiche e misure di potenziale spontaneo

19 I metodi geofisici per il monitoraggio dei siti di stoccaggio: Permettono di seguire l evoluzione della CO 2 e di mappare possibili zone di flusso Sono efficaci, se integrati tra loro (diverse profondita, diverse grandezze fisiche) E opportuno abbinarli ad uno studio della sensibilità delle proprietà fisiche a piccole variazioni di CO 2 La modellazione della possibile risposta consente di ottimizzare l acquisizione I dati acquisiti permettono di dettagliare la reale situazione del sito di stoccaggio