Modellazione numerica 3D del processo di fratturazione idraulica. = 3D numerical modelling of hydraulic fracture propagation

La presente tesi intende contribuire allo studio della fratturazione idraulica per lo sfruttamento dell’energia geotermica profonda sviluppando un modello numerico agli elementi discreti, allo scopo di produrre una procedura per descrivere ed analizzare tale problematica.Per la modellazione del materiale roccioso verrà utilizzata la tassellatura di Voronoi. La tassellatura Voronoi è una particolare suddivisione del mezzo continuo in blocchi poligonali di diverse dimensioni. Questi poligoni permettono di simulare la propagazione della frattura che avviene nel momento in cui si raggiunge la condizione limite di resistenza tra i blocchi. 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. Una volta creata la geometria del modello verranno assegnate le proprietà rispettivamente ai blocchi e alle discontinuità. Allo scopo di ottenere una macrorisposta del modello numerico conforme con la macrorisposta reale del materiale verrà effettuato un processo di calibrazione dei microparametri basato sulla simulazione di una prova di compressione monoassiale non confinata su un campione cilindrico di roccia alla scala di laboratorio. Una volta validato il software 3DEC e calibrati i microparametri del materiale si procederà con la simulazione della fratturazione idraulica. L’obiettivo è quello di simulare la propagazione di una frattura in un materiale granitico. In sito la fratturazione ha luogo a causa dell’azione di un fluido – solitamente acqua - che, immessa ad alta pressione nei pozzi, causa l’apertura di giunti pre-esistenti o la creazione di nuove fratture. In questo lavoro di tesi si è deciso di semplificare l’analisi sostituendo il fluido con la pressione che esso esercita sul giunto. Una volta aperta una frattura la pressione dell’acqua verrà applicata anche lungo il giunto in direzione normale ad esso. A questo scopo è stata scritta una funzione FISH.