Energie rinnovabili (teoria + esercizi)

[NON IMPORTA NELLO SPECIFICO]

Il Pozzo tipo Slant prevede tre fasi principali:

1. Fase di pozzo verticale: Si inizia perforando con asse perfettamente verticale fino a raggiungere il Kick Off Point

(KOP), ossia il punto di inizio deviazione. In questa prima parte il foro serve a stabilizzare l’attrezzatura, a

permettere l’installazione di guaine di rivestimento (casing) e a rilevare i parametri geologici preliminari

(temperatura, permeabilità, struttura litologica).

2. Fase di pozzo in build-up: Dal KOP in poi si incrementa progressivamente l’angolo di inclinazione (angolo α

rispetto alla verticale) per “costruire” (build-up) la curva di deviazione. Di solito l’aumento è eseguito a tassi di

inclinazione regolati (per esempio 2–4° per ogni 30 m) per garantire una transizione omogenea che eviti stress

eccessivi sui tubi.

3. Fase di pozzo ad angolo costante: Una volta raggiunto l’angolo finale di inclinazione, si mantiene questa

pendenza costante fino alla profondità programmata. In questo modo si ottiene un tracciato rettilineo inclinato,

che consente di collocare la punta del pozzo in una posizione orizzontale spostata rispetto al sito di superficie,

sfruttando meglio un serbatoio laterale o evitando ostacoli sotterranei.

Il Pozzo tipo S-Shaped viene utilizzato per giacimenti più complessi, dove si desidera prima inclinare il pozzo, poi

riportarlo quasi verticale, e infine stabilizzare la punta a un determinato angolo. Le fasi caratteristiche sono cinque: 47

1. Fase di pozzo verticale (identica a quella del profilo slant): si scende verticalmente fino al Kick Off Point (KOP).

2. Fase di pozzo in build-up: si aumenta gradualmente l’inclinazione fino a raggiungere un primo angolo costante

(ad esempio 45°).

3. Fase di pozzo ad angolo costante: si mantiene questo angolo per un tratto prefissato, consentendo di sorvolare

o aggirare ostacoli sotterranei o di allinearsi con la direzione di una faglia principale.

4. Fase di pozzo con decremento dell’inclinazione: si riduce gradualmente l’inclinazione, riportando la colonna

quasi verso la verticale (ad esempio tornando a 30°), al fine di aggiustare il tiro prima di aprirsi nuovamente in

orizzontale.

5. Fase di pozzo con inclinazione costante: si stabilizza il profilo a un nuovo angolo costante (solitamente inferiore

Il Pozzo tipo Orizzontale rappresenta una configurazione estrema di pozzo deviato, con tre fasi fondamentali:

1. Fase di pozzo verticale: si scende verticalmente fino al KOP, come negli altri profili.

2. Fase di pozzo in build-up: si aumenta rapidamente l’inclinazione fino a 90° (cioè, orizzontale), stabilendo una

transizione controllata che evita curve troppo brusche sul tubo e preserva l’integrità del casing.

3. Fase di pozzo ad angolo costante: si muove la punta orizzontalmente, mantenendo esattamente 90° di

inclinazione, fino a raggiungere la profondità e la posizione orizzontale desiderate.

3.4.5. Batteria di perforazione

La batteria di perforazione rappresenta l’insieme delle attrezzature che costituiscono la parte attiva della colonna di

perforazione. Essa si compone principalmente di:

1. Drillpipe (tubi di trivella): si tratta di tubi cilindrici caratterizzati da un corpo centrale liscio e da due terminali

saldati, destinati all’innesto filettato. Hanno la funzione di trasmettere il moto rotatorio generato dalla rotary

table o dal top drive verso i drill collar sottostanti, e contemporaneamente di veicolare il fluido di perforazione

all’interno della colonna. Le drillpipe vengono progressivamente aggiunte alla batteria man mano che si avanza

nella perforazione.

2. Drill collar (collari di trivella o aste pesanti): sono tubi ad elevato spessore, filettati alle estremità in

configurazione maschio-femmina per consentirne l’assemblaggio. Vengono posizionati direttamente sopra lo

scalpello, al fine di fornire il peso necessario all’utensile per l’avanzamento nel terreno.

3. Stabilizzatori: dispositivi montati tra i drill collar, dotati dello stesso diametro dello scalpello. Le estremità

filettate consentono il collegamento con le aste pesanti. Gli stabilizzatori sono progettati per controllare la

traiettoria del pozzo, agendo in base alla loro collocazione lungo la batteria.

3.4.6. Scalpelli e Cementazione del pozzo

Gli scalpelli sono utensili rotanti composti da tre coni montati su perni, collegati mediante cuscinetti che ne consentono

la libera rotazione sul fondo del pozzo. Su ciascun cono sono presenti inserti o denti, ricavati direttamente o applicati,

progettati per frantumare il terreno durante la perforazione. La geometria e la tipologia degli inserti variano in funzione

della natura litologica del sottosuolo da attraversare.

La cementazione consiste nel pompaggio di cemento nello spazio anulare compreso tra il pozzo e la tubazione di

rivestimento (casing), al fine di garantire l’isolamento idraulico tra le differenti formazioni geologiche e assicurare la

stabilità strutturale del pozzo nel tempo.

Le funzioni principali della cementazione includono:

• Isolamento dei flussi: impedisce la migrazione dei fluidi tra formazioni o verso la superficie.

• Ancoraggio del casing: trattiene la tubazione all’interno del foro.

• Protezione del rivestimento: difende la tubazione dall’azione di fluidi corrosivi.

• Stabilizzazione del foro: evita il collasso delle pareti.

• Prevenzione di blow-out: ostacola la fuoriuscita incontrollata di fluidi.

48 • Assorbimento di sollecitazioni meccaniche: protegge il casing dagli impatti dovuti alla discesa degli utensili.

La cementazione può inoltre essere utilizzata per operazioni di condizionamento del pozzo, come:

• Sigillatura delle zone a perdita di circolazione.

• Stabilizzazione delle formazioni deboli o porose.

• Chiusura di pozzi dismessi o in manutenzione, tramite tecniche di tappatura permanente o temporanea.

3.5. Tipologie di serbatoio

Nei giacimenti geotermici, la natura del fluido che riempie le fratture e la porosità della roccia determina due tipologie

fondamentali di serbatoio:

• Serbatoio a liquido dominante: In questo caso, la maggior parte del volume di fluido nel sistema è costituita

da acqua surriscaldata che occupa tutte le fratture e la matrice porosa. L’acqua, trovandosi a temperature

superiori al punto di ebollizione alla pressione di giacitura, può generare localmente delle bolle di vapore

isolate (in corrispondenza dei punti di pressione più bassa), ma il fluido prevalente rimane sempre di fase

liquida. La roccia circostante è completamente o quasi completamente satura di acqua, e le fratture agiscono

come una rete di condotti preferenziali in cui il fluido circola ed esce verso la superficie o verso i pozzi di

produzione. Questo tipo di serbatoio è tipico di contesti in cui la pressione di giacitura è sufficientemente

elevata da mantenere il fluido perlopiù in fase liquida e il gradiente geotermico non raggiunge immediatamente

la temperatura di saturazione in condizioni di bassa pressione.

• Serbatoio a vapore dominante: In questa configurazione, le fratture principali del serbatoio sono quasi

completamente riempite da vapore ad alta entalpia, mentre l’acqua è relegata a uno strato sottile di pellicola

che aderisce alle pareti delle fratture (film) e nei cunicoli meno ampi. La matrice rocciosa può essere in parte

satura o quasi disabitata dall’acqua. Il vapore, trovandosi a pressione generalmente più bassa rispetto al

serbatoio a liquido dominante, convoglia direttamente calore e portata verso la superficie, rendendo possibile

la costruzione di centrali a vapore secco (flash steam power plants).

Nei serbatoi geotermici a liquido dominante, l’energia termica è prevalentemente contenuta nell’acqua surriscaldata

che occupa praticamente tutte le fratture e la porosità della formazione rocciosa. In questo caso, i cambiamenti nelle

condizioni fisiche del serbatoio indotti dal suo sfruttamento coinvolgono:

• il rapporto vapore/acqua liquida;

• la pressione e la temperatura del pozzo.

In condizioni iniziali (prima dello sfruttamento), la colonna fluida è in regime stabile, con un profilo di pressione quasi

idrostatico e un profilo di temperatura che segue il Boiling Point for Depth (BDP).

Quando si mette in produzione un pozzo, il continuo prelievo di fluido riduce la pressione nel serbatoio al di sotto del

valore che garantiva fino a quel momento la condizione di saturazione integrale del liquido. Di conseguenza, in una zona

più o meno estesa al di sopra della “profondità produttiva”, il gradiente verticale di pressione

viene a essere inferiore a quello idrostatico. Di conseguenza l’acqua drena verso il basso ed

inoltre, non potendo più mantenere la temperatura di saturazione, il vapore inizia ad acquisire

maggiore mobilità. Il vapore quindi migra verso l’alto. Laddove è presente un’adeguata

permeabilità verticale, le due fasi, acqua e vapore, si isolano col tempo.

Nella parte superiore (grigio medio) a quella dominata dalla fase liquida (grigio scuro), si ha

l’ebollizione causata dall’abbassamento di pressione, con conseguente formazione di vapore,

che migra verso la parte alta del serbatoio (tappo di vapore).

In altre parole, si passa da una situazione inziale ad una situazione in cui si viene a definire 3 zone:

• Zona inferiore (ancora liquida): la parte inferiore del serbatoio, dove la pressione rimane sufficientemente alta

per mantenere il fluido in fase liquida surriscaldata, continuerà a drenare l’acqua verso il pozzo. 49

• Zona intermedia (due fasi): subito sopra, si forma uno strato a due fasi in cui l’acqua satura e il vapore

coesistono in equilibrio termodinamico, corrispondente al segmento del profilo di saturazione. Qui le fratture

permettono al vapore di separarsi parzialmente dal liquido.

• Zona superiore (vapore dominante): nella parte alta del serbatoio, il vapore, essendo meno denso, migra verso

l’alto creando un vero e proprio “tappo di vapore” che tende a isolare termicamente e meccanicamente l’acqua

sottostante.

Col tempo, c’è di solito una separazione sufficiente a far drenare quasi tutta l’acqua in movimento fuori dalla parte alta

del serbatoio, con formazione di una distinta regione a vapore dominante in cima al serbatoio (tappo di vapore).

Nei serbatoi geotermici a vapore dominante, la fase di fluido più abbondante e

produttiva è rappresentata dal vapore saturo o leggermente surriscaldato, che

occupa la maggior parte delle fratture e dei pori disponibili. Un modello tipico di

questo tipo di giacimento prevede quattro componenti essenziali:

1. Vapore stoccato e acqua di riserva: questa acqua di “riserva” serve da

sorgente per la formazione di nuovo vapore man mano che il serbatoio

viene sfruttato.

2. Calore immagazzinato nella roccia: a profo