Modellazione numerica 3D con tassellatura di Voronoi del processo di stimolazione dei giacimenti geotermici profondi = 3D numerical modelling of deep geothermal reservoirs stimulation by Voronoi tessellation

L’energia geotermica è il calore contenuto nell’interno della Terra ed è all’origine di molti fenomeni geologici. Un sistema geotermico è formato da tre elementi: la sorgente di calore, il serbatoio ed il fluido. La sorgente di calore è l’unico dei tre elementi che deve essere naturale. Gli altri due elementi, se esistono le condizioni adatte, possono essere “artificiali”. Nel Progetto Rocce Calde Secche (HDR Project), avviato negli Stati Uniti nei primi anni ’70, sia il fluido che il serbatoio sono artificiali. Attraverso un pozzo appositamente perforato, acqua ad alta pressione viene pompata in una formazione di roccia calda compatta, provocando la sua fatturazione idraulica. L’acqua penetra e circola nelle fratture prodotte artificialmente ed estrae il calore dalle rocce circostanti, che funzionano come un serbatoio naturale. Questo serbatoio viene poi raggiunto ed intersecato da un secondo pozzo usato per estrarre l’acqua che ha acquistato calore. La fratturazione idraulica è un insieme di processi e le formazioni sotterranee costituiscono un complesso sistema di variabili che sono ancora oggetto di studio. É molto difficile procedere per via analitica per misurare e descrivere accuratamente i fenomeni associati alla fratturazione idraulica. La modellazione numerica può rappresentare uno strumento utile ed affidabile per comprendere il comportamento dell’ammasso roccioso e predire le prestazioni del serbatoio nel tempo. Dopo aver introdotto la storia, la natura e lo stato attuale dell’energia geotermica, la ricerca esamina gli aspetti tecnologici degli EGS, revisiona i progetti portati a termine nel mondo e descrive lo sviluppo di tali sistemi. La presente tesi intende contribuire allo studio della fratturazione idraulica per lo sfruttamento dell’energia geotermica profonda sviluppando un modello numerico agli elementi distinti. Per esaminare la resistenza ed il processo di rottura della roccia viene proposto il software commerciale Three-dimension Distinct Element Code (3DEC 5.0), un codice numerico tridimensionale basato sul metodo agli elementi distinti. In particolare, si è utilizzata la tassellatura di Voronoi per creare blocchi poligonali di varie dimensioni interagenti lungo il loro contorno. Inizialmente si è analizzata la scala di laboratorio e poi la scala del sito per capire se i microparametri calibrati su un campione di 50 mm x 100 mm siano in grado di riprodurre il corretto comportamento alla scala del sito. Dopodiché si è simulata la fratturazione idraulica in un sistema EGS con l’intento di produrre uno strumento utile per stimare la pressione idraulica necessaria per fratturare l’ammasso roccioso e creare un sistema di fratture continuo. Si è introdotto il sistema EGS situato a Cooper Basin, in Australia, descrivendone le caratteristiche in termini di geometria, stato tensionale e proprietà meccaniche dell’ammasso roccioso (Barre granite). Si è riprodotto un semplice campo geotermico artificiale composto da due fori circolari con un diametro di 50 cm e si è simulato il processo di fratturazione idraulica. Per tale scopo è stata utilizzata la funzione FISH HYDRA3D.