Faglie e migrazione di fluidi: aspetti importanti per lo stoccaggio geologico. Sabina Bigi

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1 Faglie e migrazione di fluidi: aspetti importanti per lo stoccaggio geologico Sabina Bigi Roma, 13 Luglio 2015

2 Le faglie nella ricerca per lo stoccaggio geologico Le faglie sono anisotropie fonte di incertezza necessitano di studi specifici Le faglie in superficie: strumenti di osservazione e studio Le faglie come vie di migrazione: leakage seal Le faglie sottoposte a variazioni di pressione: variazione delle proprietà riattivazione

3 Le faglie in superficie e in profondità - L architettura di una zone di faglia riflette il rapporto tra il processo di localizzazione e quello di distribuzione della deformazione nello spazio e nel tempo. - Questa relazione controlla la permeabilità potenziale della faglia e il suo controllo sulla migrazione di fluidi Johri et al., 2014 Litologia Cinematica e dimensione Stile deformativo Pressione e temperatura Le faglie in superficie

4 Modellazione di faglie e fratture per l analogo geologico della Montagna di Latemar (Dolomiti, Italia) 3D geological modeling 4m Bigi et al., 2014 Distribuzion delle permeabilità nel modello geologico. Le fasce blu corrispondono alle principali zone di faglia. Le faglie in superficie e in profondità : strumenti di osservazione e studio

5 Foto del gas vent del 26/08/2013 Il Caso di Fiumicino: faglie che agiscono come vie di migrazione per la CO2 Anamalies are aligned along a NW-SE direction and correspond to the location of normal faults Bigi et al., 2014 Le faglie in superficie

6 Le faglie possono anche essere seal La copertura nel gas field delle Arenaie di Bunter (UK) è interessata da faglie seal, che non permettono la migrazione

7 Le faglie possono anche essere seal Esempi di zone di faglia con granulometria, porosità e permeabilità minore della roccia incassante. Immagine al microscopio elettronico di una cataclasite (chiara) e della roccia incassante dal bacino di Otway (Dewhurst & Jones 2003). Gouge con la granulometria delle argille (clay smear) da Yielding et al., (1997). La presenza di questo tipo di rocce di faglie aumenta la capacità di seal di diversi ordini di grandezza rispetto alla roccia madre (Knipe, 1992). Faglia del T. Raio, Appennino Centrale

8 Le faglie variano il loro comportamento in profondità: modellazione a scala regionale Variazioni di pressione con la profondità Variazioni di pressione in presenza di pressione dei fluidi

9 Le faglie variano il loro comportamento in profondità: modellazione a scala regionale Williams et al., 2014 La pressione indotta dall iniezione di CO2 può indurre fratturazione nella copertura

10 Le faglie come aree di accumulo dello stress: riattivazione La pressione indotta dall iniezione di CO2 può riattivare faglie preesistenti. La tendenza a scorrere di una faglia dipende: - Campo di stress applicato - Orientazione della faglia - Dalla pressione dei fluidi - Dalla resistenza al taglio L aumento della pressione dei fluidi associata con l iniezione di CO2 può ridurre lo stress effettivo e incrementare la tendenza a scorrere della faglia Influenza della pressione dei fluidi sul numero di piani potenzialmente riattivabili per un dato valore del coefficiente di attrito (nel caso 0,6). La Pfluidi, sposta il cerchio verso sinistra e I punti che superano la zona di rottura sono progressivamente maggiori. Lo stesso processo è illustrato con gli slip tendency stereoplot, dove la zona in bianco corrisponde ai piani riattivabili per un campo di stress estensionale con sigma tre orientato N-S. Da Collettini & Trippetta, 2007.

11 Lo studio delle faglie nel CCS Modelli geomeccanici Esempio dell Adriatico settentrionale Esperimenti che permettano l osservazione diretta del comportamento delle faglie Esempio del Sulcis Esempio di Hontomin USA - Italy CCS meeting, Washington,DC, September 30

12 I modelli geomeccanici - Ricostruzione nell arco di 4 anni dei valori a rottura nelle zone intorno ai pozzi considerati - Individuazione dei piani interessati - Progressivo aumento della pressione del fluidi Teatini et al., 2014 (a) pressione dei pori vs tempo (b) evoluzione con il cerchio di Mohr (c) Andamento dello stress in un diagramma t s per un punto vicino al pozzo di iniezione. Distribuzione del fattore di sicurezza nella zona dei pozzi e piani sui quali si attende rottura dopo 4 anni di iniezione

13 ultiple Injection tests through faults at depths ranging from 100 up to 300m by means of an inclined Test injection: il laboratorio del Sulcis orehole and a network of piezometers (4-5). Il progetto prevede l iniezione ripetuta di CO2 attraverso una faglia a circa 200 metri di profondità. Per studiare il comportamento della faglia Per testare i sistemi di monitoraggio geochimico e geofisico Per studiare il comportamento sismico della faglia From OGS

14 Il sito di Hontomin in Spagna - monitoraggio della microsismicità - Sito di stoccaggio onshore in un acquifero in carbonati fratturati (1600 m di profondità) - Capacità di t di CO2 - Test di iniezione con CO2 a diverse condizioni fisiche - Monitoraggio sismico Carlos de Dios, CO2GeoNet Ciuden Co2Geonet 10th Open Forum, Venice, may 2015

15 Conclusioni Le faglie costituiscono vie di migrazione dei fluidi verso la superficie, tuttavia in molti casi esse si comportano anche come barriere Nel caso dello stoccaggio geologico della CO2 sono un elemento importante da definire e studiare. La costruzione di modelli matematici ben vincolati con dati reali permettono di definire le procedure per evitare processi di riattivazione e di leakage durante lo stoccaggio.

16 Grazie per l attenzione!!!!