M 3 E S.r.l. è una società all avanguardia nello studio e simulazione numerica della geomeccanica di giacimento in problemi di sfruttamento o stoccaggio di risorse sotterranee, come acqua, gas o petrolio. I principali fenomeni geomeccanici per i quali M 3 E è in grado di sviluppare accurati studi previsionali sono: subsidenza indotta dalla coltivazione di giacimenti; compattazione di formazioni geologiche depletate; movimenti superficiali stagionali indotti dai cicli di stoccaggio/prelievo di idrocarburi nel sottosuolo; fenomeni locali di consolidazione dovuti a dewatering o carico superficiale; consolidazione nel processo di formazione di bacini sedimentari; variazione del regime tensionale naturale a seguito dello sviluppo di giacimenti; attivazione di faglie, generazione di fratture e sismicità indotta dalla produzione di idrocarburi. La previsione modellistica di processi geomeccanici viene effettuata mediante codici numerici 3D allo stato dell arte di proprietà, sviluppati dall'università di Padova / M 3 E e testati in numerose applicazioni per enti pubblici (e.g., Ministero dell Ambiente) e privati (e.g., Eni E&P). I principali codici di cui dispone M 3 E sono: GEPS3D: simulatore agli elementi finiti / elementi finiti d interfaccia per processi geomeccanici non isotermi alla scala di giacimento, con leggi costitutive elastica lineare/non-lineare, ipo-plastica e plastica, in presenza di faglie/thrust con orientazione arbitraria; COUP3D: simulatore agli elementi finiti per la previsione accoppiata dei campi di pressione e deformazione in applicazioni a scala regionale; MIXCOUP3D: simulatore agli elementi finiti misti per lo studio accoppiato di pressione/deformazione in problemi superficiali di dewatering o carico locale; SUBNAT: simulatore agli elementi finiti della consolidazione naturale nell ipotesi di grandi deformazioni (griglia adattativa) per lo studio dell evoluzione di bacini sedimentari e l analisi dei campi di stress e deformazione. I modelli geomeccanici sono accompagnati da codici di servizio per il trasferimento efficiente di dati statici e dinamici dai software più comunemente utilizzati nell industria del petrolio (e.g., Eclipse, Petrel).
messa a punto dei modelli, calibrazione e previsione della subsidenza indotta dall estrazione di fluidi dal sottosuolo, delle deformazioni profonde e superficiali legate alla produzione ed allo stoccaggio di fluidi in serbatoi sotterranei; analisi integrata di dati topografici (livellazione) e satellitari (GPS, InSAR, PSI) per la mappatura e ricostruzione del fenomeno subsidenziale a scala locale e regionale; sviluppo di GIS per il trattamento delle misure; utilizzo delle misurazioni per la calibrazione dei modelli geomeccanici; analisi dell impatto delle deformazioni profonde e degli spostamenti superficiali sulla sicurezza strutturale delle infrastrutture di produzione e sulle strutture/infrastrutture presenti sul territorio; analisi della sicurezza della produzione di idrocarburi ed iniezione di fluidi nel sottosuolo in relazione alla possibile attivazione di faglie e generazione di sismicità indotta; sviluppo e progettazione di sistemi per la mitigazione della subsidenza basati sul contenimento della depressurizzazione profonda e/o sul rebound controllato del terreno. Nella coltivazione di giacimenti di idrocarburi la geomeccanica assume un ruolo importante alla scala del campo in relazione alla compattazione degli strati depletati ed alla migrazione della compattazione profonda in superficie con il conseguente abbassamento della superficie del terreno (subsidenza). La subsidenza può produrre effetti ambientali rilevanti qualora abbia a manifestarsi in zone costiere pianeggianti, dove perdite di quota anche modeste possono aumentare in modo significativo il rischio di inondazione, intrusione di acqua salata nella falde acquifere, perdita di efficienza nelle reti di bonifica, ma anche in zone interne qualora gradienti di spostamento rilevanti (spostamenti differenziali) si sviluppino in corrispondenza a centri urbani o aree industriali con possibile impatto sulla stabilità strutturale di edifici ed infrastrutture.
measured simulated M 3 E dispone della pluriennale esperienza dei propri soci nello sviluppo di modelli numerici per la previsione della subsidenza antropica. I software di calcolo allo stato dell arte consentono la simulazione di giacimenti complessi con decine di livelli produttivi. Particolare attenzione viene rivolta agli acquiferi idraulicamente connessi a livelli mineralizzati e nei quali la migrazione della depressurizzazione dal reservoir può contribuire in modo significativo alla subsidenza complessiva. Modelli fluidodinamici ed appropriate procedure di calibrazione delle proprietà idrologiche medie, sviluppate ad hoc ed applicate in numerosi casi reali, consentono di sostituire i modelli analitici di acquifero, generalmente utilizzati nei simulatori di produzione, con acquiferi numerici direttamente interfacciabili con i modelli geomeccanici. Livellazioni, GPS, SAR, e misurazioni di compattazione profonda (tramite la tecnica dei marker radioattivi) e superficiale (attraverso stazioni assestimetriche) sono utilizzate per calibrare il modello geomeccanico sui dati pregressi, mettendolo quindi nella condizione di fornire affidabili previsioni di subsidenza attesa. I progetti di stoccaggio sotterraneo di gas naturale (Underground Gas Storage, UGS) sono in continuo aumento in tutto il mondo e rappresentano delle importanti riserve strategiche a livello nazionale. La progettazione di attività UGS in un determinato sito deve, tuttavia, tener conto di una serie di aspetti di sicurezza, legati sia alla percezione della pubblica opinione che al possibile impatto ambientale. Ciò a maggior ragione nei casi, economicamente assai vantaggiosi per il gestore del campo, in cui lo stoccaggio avvenga a pressione maggiore di quella iniziale indisturbata. Particolare attenzione va posta allo studio dei fenomeni geomeccanici collegati ad attività UGS: deformazione del serbatoio con conseguenze sulla capacità di tenuta della roccia di copertura e di chiusura delle possibili faglie in giacimento; spostamenti rilevabili in superficie con analisi del rischio di deformazioni differenziali e conseguenti problemi di stabilità ed integrità delle strutture presenti nel territorio sovrastante il campo di stoccaggio. M 3 E dispone della pluriennale esperienza dei propri soci in questo settore, e si pone all'avanguardia nello sviluppo e nell'utilizzo di strumenti modellistici per la simulazione geomeccanica in attività UGS, utilizzando avanzate metodologie di calibrazione di modelli isotropi e/o trasversalmente isotropi (e.g., Data Assimilation, Global Efficient Optimization) attraverso l history match degli spostamenti stagionali verticali e/o orizzontali misurati con tecniche SAR e GPS.
La variazione dello stato tensionale a seguito della coltivazione di un giacimento, dello stoccaggio di gas metano o della segregazione geologica di fluidi può presentare particolari problemi di sicurezza qualora il giacimento e/o l acquifero in contatto idraulico con il campo siano attraversati da faglie e/o thrust. La loro possibile attivazione comporterebbe infatti da un lato la perdita delle proprietà di sealing della formazione, con lo sviluppo di possibili vie di fuga preferenziali per i fluidi di strato, e dall altro indurre fenomeni di sismicità e/o micro- sismicità. Attraverso l uso appropriato di elementi di interfaccia, i codici di M 3 E sono in grado di gestire complesse configurazioni fagliate, simulando l'evoluzione dello stato di stress lungo le superfici di faglia, evidenziando l eventuale attivazione (scorrimento e/o apertura) di tali discontinuità, quantificandone l area di possibile attivazione e l entità degli scorrimenti. L implementazione di formulazioni semplificate sviluppate nella letteratura tecnica specialistica permette infine di eseguire una stima della magnitudo dell eventuale micro-sisma e/o sisma prodotto dalla attivazione della struttura fagliata. La segregazione geologica della CO 2 antropica ha attirato negli ultimi anni un notevole interesse come mezzo per contribuire alla riduzione di emissioni di gas serra in atmosfera. L iniezione può essere messa in atto in giacimenti di olio/gas esauriti, acquiferi salini o miniere abbandonate. In particolare, lo stoccaggio in giacimenti o acquiferi profondi costituisce un alternativa generalmente attuabile sia a livello tecnologico che economico, soprattutto sfruttando la lunga esperienza acquisita dall industria petrolifera nell iniezione di fluidi a scopo di EOR (Enhanced Oil Recovery) e le infrastrutture spesso già presenti nei giacimenti sfruttati in passato. L analisi di fattibilità e la sicurezza di un progetto di segregazione necessita dell uso di modelli geomeccanici avanzati con cui prevedere, in relazione alle massime sovra-pressioni di strato indotte dall iniezione: 1. la verifica di rottura a taglio o trazione della roccia serbatoio; 2. la tenuta dello strato di copertura; 3. la possibile attivazione di faglie confinanti il reservoir; 4. gli spostamenti indotti in superficie. Le analisi vengono condotte da M3E attraverso un accurata analisi della variazione dello stress in giacimento e nello strato di copertura, individuando le zone a rischio di fratturazione e la distanza dallo stato critico per diversi scenari in relazione ai parametri geomeccanici caratterizzati da maggiore incertezza. La variazione dello stato tensionale e le conseguenti deformazioni profonde (compattazione) indotte dalla produzione sono in taluni casi responsabili del danneggiamento e/o la rottura dei pozzi di produzione. La possibilità di utilizzare griglie di calcolo ad elevatissima risoluzione consente a M 3 E di sviluppare simulazioni previsionali di danneggiamento/rottura dei pozzi in cui casing, cemento, formazione sono discretizzati in modo accurato e con differenti proprietà meccaniche. Inoltre, l utilizzo degli elementi di interfaccia consente di tener conto dello sliding che può svilupparsi tra casing e formazione, materiali aventi rigidezze assai diverse.
M 3 E ed i soci di M 3 E hanno condotto studi geomeccanici per i seguenti clienti: Eni E&P; ENEL; SNAM Progetti; STOGIT; GAS Plus; Padana Energia; Ministero dell Ambiente Commissione VIA; Comune di Ravenna; Consiglio Nazionale delle Ricerche; Università di Padova. La società, spin-off dell Università di Padova, è stata fondata nel 2011 da alcuni membri del gruppo di ricerca del prof. Giuseppe Gambolati e il nome, M³E, è l acronimo di Mathematical Methods and Models for Engineering. M³E ha come obiettivo lo sviluppo e l applicazione di modelli matematici e software avanzati per la soluzione mirata e ottimale di problematiche tipiche del mondo dell industria e dell ingegneria civile e ambientale. M³E è specializzata nello sviluppo di software numerico per la discretizzazione di equazioni alle derivate parziali, l algebra lineare, la pianificazione degli esperimenti numerici, l ottimizzazione e l analisi dei dati per un gran numero di applicazioni ingegneristiche. Assieme al software, M³E offre anche servizi di consulenza con particolare riferimento al calcolo strutturale, ai processi ambientali superficiali e sotterranei, alla gestione delle risorse idriche, al flusso e trasporto d inquinanti nel sottosuolo, alla coltivazione di giacimenti a olio o a gas, alla previsione della subsidenza e la sua eventuale mitigazione. La mission di M³E è fornire software numerico e soluzioni modellistiche per applicazioni avanzate dell ingegneria ambientale, civile e industriale, ottimizzate: sul problema specifico sull hardware a disposizione del cliente al fine di accelerare la progettazione ed i processi produttivi, ridurre la possibilità di errore ed aumentare la qualità del prodotto finale.