Istituto di Geoscienze e Georisorse

Istituto di Geoscienze e Georisorse, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Via Moruzzi 1 – 56124 PISA manzella@igg.cnr.it

Modellistica termica, i contributi della geologia e idrogeologia

Gianluca Gola

Istituto di Geoscienze e Georisorse, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Via Moruzzi 1 – 56124 PISA

g.gola@igg.cnr.it

IGG – Istituto di Geoscienze e Georisorse Consiglio Nazionale delle Ricerche

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)

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SBHT Vs DST

Hydrocarbon productive field

Well

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Conservazione della massa Conservazione del momento Conservazione dell’energia

Modello termo-fluidodinamico

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Modello conduttivo

Modello conduttivo-convettivo Ko_res = 20mD

Modello conduttivo-covettivo Ko_res = 40 mD

Modello conduttivo-convettivo Ko_res = 80 mD

Modello termo-fluidodinamico: il ruolo della permeabilità

T(z=0) = Tair(z) HF = 50 mW m-2

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GRID TOPOGRAFIA + BATIMETRIA

GRID TOP SERBATOIO

MODELLO UNITA’ COPERTURA E SERBATOIO

MODELLO UNITA’ SERBATOIO

Modello geologico unità carbonatiche e loro copertura

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Sistema di circolazione regionale: Evidenze isotopiche δ18O della sorgente idrotermale “Acqua Pia” è circa -6.7 ‰ (Fancelli et al,1991; Grassa et al., 2006). Dalla relazione “δ18O‰ – 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

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Sistema di circolazione regionale: Evidenze da dati DST

Prove di strato

in foro libero

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

Diagramma tempi-pressioni

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Sistema di circolazione regionale: Evidenze da dati DST

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/m3, 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).

Unità carbonatiche Mesozoiche

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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.

Sistema di circolazione regionale: Dati piezometrici

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• Dati di temperatura mostrano un aumento da 35-40°C fino a 95-100°C • Un gradiente di circa 10-15 °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

Temperatura Vs Profondità

Gazzera well

Contrada Triglia well

Misure di temperatura nel serbatoio carbonatico

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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)

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Petrofisica delle rocce di serbatoio e di copertura

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Modello termico conduttivo-convettivo 3D

Temperatura al tetto del serbatoio

Campo di temperatura

Campo di velocità

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Lippone field Contrada Triglia

Segesta Sciacca Roccapalumba

Alcamo

Profili di temperatura Modello Vs Dati reali

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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