L’automazione può rendere più sicure le operazioni estrattive di petrolio e gas
La trivellazione è una tecnologia centrale in diverse applicazioni di importanza strategica o sociale, inclusa l’esplorazione e l’estrazione di petrolio, gas, risorse geotermiche e minerali nonché lo stoccaggio geologico della CO2. Il successo pratico dipende dalla capacità di sfruttare i serbatoi di acque profonde sempre più impegnativi.
Due sono le preoccupazioni principali: produttività e controllo della pressione
I costi di costruzione dei pozzi sono notevolmente aumentati nel corso degli ultimi anni e mancano anche le tecnologie che potrebbero rendere la perforazione più efficiente. L’adozione di processi automatizzati anziché antropocentrici è una pietra miliare importante per la perforazione di pozzi profondi. I margini di perforazione stretti, in termini di finestre di pressione a fondo pozzo sicure, rappresentano un’altra sfida insormontabile che complica le operazioni dei pozzi profondi. Mantenere entro i limiti una piccola differenza tra la pressione interstiziale (la pressione del fluido all’interno dei pori della roccia che spinge verso l’esterno) e il gradiente di fratturazione (la pressione del fluido necessaria all’esterno della roccia per fratturarla) è fondamentale per la sicurezza di tali operazioni. Troppa pressione (del pozzo) e la formazione frattureranno il pozzo; il contrario invece porterà all’instabilità del foro e aumenterà le possibilità di afflusso del fluido di formazione nel pozzo. Questa condizione viene definita incidente di controllo del pozzo, che nel peggiore dei casi può degenerare, vale a dire che la forza del fluido/gas in fuoriuscita può essere abbastanza potente da danneggiare la trivella. L’eruzione del pozzo della Deepwater Horizon nel Golfo del Messico, verificatasi nell’aprile 2010 a una profondità di 1 500 m è l’esempio più rilevante di questo tipo di disastro. «Oltre a prevenire gravi incidenti di perforazione, il mantenimento di una stretta finestra di pressione si traduce in operazioni continue senza interruzioni e, pertanto, non comporta alcuna perdita di produttività», osserva Nathan van de Wouw, coordinatore del progetto HYDRA, che ha ricevuto finanziamenti nell’ambito del programma Marie Skłodowska-Curie.
Creazione di scenari di perforazione virtuali
HYDRA ha sviluppato modelli idraulici in grado di prevedere con precisione la pressione e il flusso del fango nel pozzo. Questi modelli e altri strumenti numerici sono stati incorporati in un software di recente sviluppo che consente simulazioni per diversi tipi di operazioni di perforazione. «I risultati di HYDRA supportano collaudi di scenari di perforazione virtuali più affidabili. Prima delle effettive operazioni di perforazione, le principali compagnie petrolifere e del gas possono, ad esempio, eseguire molti scenari diversi per determinare se l’operazione è fattibile e sicura. Eseguendo diverse istanze del modello di flusso tramite l’impiego di diverse caratteristiche del fango/pozzo e condizioni operative, gli operatori sono in grado di prevedere la risposta alla pressione a fondo pozzo in modo che gli incidenti siano meno frequenti», aggiunge van de Wouw. Il mercato può essere disseminato di strumenti software che simulano fluidi e flussi multifase, ma la modellizzazione della vasta gamma delle loro proprietà complesse richiede molto tempo. Potrebbero esistere anche modelli semplici che ancora non descrivono accuratamente le proprietà di flusso. «Nell’ambito di HYDRA, troviamo un equilibrio, sviluppando modelli che tengono conto degli effetti di flusso essenziali, ma sono abbastanza semplici e veloci da essere utilizzati per testare scenari di perforazione virtuali», osserva van de Wouw. I ricercatori del progetto hanno anche sviluppato tecniche di riduzione dell’ordine del modello per diminuire ulteriormente la complessità computazionale dei loro modelli matematici nelle simulazioni numeriche. «Tali tecniche non solo consentono simulazioni più veloci, ma rendono anche possibile progettare controller migliorati per automatizzare la perforazione a pressione gestita», conclude.
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