Una ricerca dell’UE contribuisce a prolungare la durata utile dei pozzi geotermici
La revisione della direttiva sulle energie rinnovabili dell’UE fissa un nuovo obiettivo vincolante, pari ad almeno il 32 % entro il 2030, per le energie rinnovabili, con una clausola per una possibile revisione al rialzo entro il 2023. Ciò contribuirà ad affrontare l’incertezza nell’approvvigionamento energetico e a ridurre i timori del riscaldamento globale. Una parte di questa strategia è costituita dalla crescita del settore geotermico. Il progetto GeoWell ha sviluppato e testato nuove tecnologie affidabili, economiche e sicure dal punto di vista ambientale per la progettazione, il completamento e il monitoraggio di pozzi geotermici ad alta temperatura (HTGW, high-temperature geothermal well). I ricercatori hanno affrontato tutte le fasi pertinenti del processo di completamento del pozzo geotermico, comprese le tecnologie di cementazione e sigillatura, la selezione dei materiali e gli accoppiamenti delle tubazioni di rivestimento per prolungare la durata degli HTGW. I membri del consorzio comprendevano sviluppatori geotermici esperti, istituti accademici di rilievo, importanti istituti di ricerca nel settore petrolifero e del gas e PMI con accesso a strutture di ricerca di livello mondiale. Tali strutture includevano pozzi di prova per la convalida di tecnologie innovative e laboratori per verifiche sui materiali.
Nuove tecnologie collaudate
I partner del progetto si sono concentrati sia sui pozzi di produzione tradizionali sia su quelli più profondi, in cui la pressione arriva a 150 bar e le temperature superano i 400 °C, collaudando le tecnologie in condizioni in situ nei laboratori e negli ambienti geotermici esistenti. Hanno anche affrontato le principali strozzature, quali gli elevati costi di investimento e di manutenzione, sviluppando e convalidando materiali e progetti innovativi che superano i concetti attuali. I ricercatori hanno studiato nuove tecnologie di cementazione e sigillatura, materiali di rivestimento e accoppiamenti flessibili per ridurre al minimo i carichi termo-meccanici. Sono state inoltre sviluppate e sperimentate con successo la tecnologia dei cavi in fibra ottica e applicazioni per misurare la temperatura e la deformazione in pozzi a diverse temperature e profondità situati in Germania e Islanda.
Materiali innovativi
I campioni di cemento sono stati esposti a temperature fino a 450 °C nel pozzo dell’Iceland Deep Drilling Project (IDDP-1). A seguito di analisi di laboratorio a temperatura ambiente, i risultati hanno dimostrato che le miscele di cemento Portland comprendenti silice sono adatte per l’uso in applicazioni geotermiche. Tuttavia, le sacche d’acqua possono causare un aumento critico della pressione nelle guaine in cemento. «Questi risultati hanno portato allo sviluppo di cemento “pompabile” con contenuto d’acqua limitato senza ridurne le proprietà di tenuta», afferma Arni Ragnarsson, coordinatore del progetto. Il gruppo di ricerca ha anche ideato uno strato intermedio duttile tra cemento e involucro per assorbire le deformazioni generate dal cambiamento di temperatura e ha valutato alcuni nanomateriali in test su piccola scala per il loro potenziale di riduzione dell’attrito. «La formulazione sviluppata mostra proprietà promettenti e uno strato sottile ed è in grado di ridurre le forze di attrito di oltre 10 volte», spiega Ragnarsson. Grandi differenze di temperatura nei pozzi geotermici provocano regolarmente guasti alle tubazioni di rivestimento. I ricercatori hanno quindi sviluppato un accoppiamento flessibile che consente il movimento assiale dei segmenti della tubazione di rivestimento e hanno testato numerosi prototipi in scala reale. Sono stati inoltre condotti test di trazione sul materiale di rivestimento utilizzando un apposito impianto di perforazione ad alta temperatura, mentre sono stati effettuati test di corrosione in autoclave. Sono attualmente in corso test in loco sull’accoppiamento flessibile nell’ambito del progetto DEEPEGS, finanziato dall’UE, al fine di rendere la tecnologia disponibile per l’industria geotermica.
Vantaggi considerevoli
Le tecnologie di progettazione e monitoraggio sviluppate da GeoWell forniranno significativi vantaggi economici, riducendo il rischio di guasti alle tubazioni di rivestimento e migliorando i metodi di monitoraggio e la valutazione dei rischi. Inoltre, lo sviluppo di nuovi materiali e soluzioni innovative contribuirà a migliorare l’integrità e la sicurezza dei pozzi geotermici ad alta temperatura, ridurre la necessità di interventi di manutenzione e prolungare la durata utile di tali pozzi. Le tecnologie GeoWell possono essere applicate a una vasta gamma di temperature in pozzi geotermici profondi di tutta Europa. «I risultati favoriranno la costruzione e il funzionamento degli HTGW, in particolare mirando al miglioramento dell’integrità per offrire nuove opportunità commerciali alle aziende. Ciò aiuterà sicuramente l’Europa a mantenere la sua posizione di leader mondiale nel settore dell’energia geotermica», conclude Ragnarsson.
Parole chiave
GeoWell, pozzi geotermici ad alta temperatura, HTGW, cemento, tubazione di rivestimento, monitoraggio, sigillatura, accoppiamento flessibile, frizione, cavo in fibra ottica
