REGIONE EMILIA ROMAGNA

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eni S.p.A. Distretto Centro Settentrionale Data Giugno 2015 Doc. n SICS_210_Appendice C Rev. 00 REGIONE EMILIA ROMAGNA PROVINCIA DI FERRARA Comune di Comacchio Istanza di Concessione di Coltivazione Agosta
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eni S.p.A. Distretto Centro Settentrionale Data Giugno 2015 Doc. n SICS_210_Appendice C Rev. 00 REGIONE EMILIA ROMAGNA PROVINCIA DI FERRARA Comune di Comacchio Istanza di Concessione di Coltivazione Agosta Messa in produzione del pozzo Agosta 1 Dir STUDIO DI IMPATTO AMBIENTALE APPENDICE C STUDIO E PIANO DI MONITORAGGIO SUBSIDENZA eni S.p.A. Distretto Centro Settentrionale Data Giugno 2015 Doc. n SICS_210_Appendice C Rev. 00 INDICE 1 Management Summary 2 Piano di monitoraggio dei fenomeni geodinamici eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 2 di 28 Indice Indice Introduzione Modello geomeccanico agli Elementi Finiti Approccio metodologico Geometria del modello Proprietà dei materiali Stress verticale Compressibilità uniassiale Inizializzazione Stato tensionale iniziale Storia di pressione Risultati delle simulazioni Confronto con i dati disponibili Effetti della produzione del giacimento di Agosta Bibliografia... 28 eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 3 di 28 1 Introduzione Il presente rapporto illustra i risultati dello studio geomeccanico relativo ai campi di Dosso degli Angeli, in produzione dal 1971, e di Agosta, la cui messa in produzione è prevista per giugno Il campo di Agosta è situato lungo il margine nordoccidentale delle valli di Comacchio, in Provincia di Ferrara, mentre il campo di Dosso degli Angeli si estende nell area orientale delle medesime valli, a cavallo tra le due province di Ferrara e Ravenna (Figura 1). Agosta Dosso degli Angeli Figura 1 Ubicazione dei campi di Agosta e di Dosso degli Angeli. La valutazione di subsidenza attesa è stata effettuata tramite l applicazione del modello poro-elastoplastico ad elementi finiti proprietario di Isamgeo Engineering GmbH. Le informazioni relative alla geometria dei due giacimenti, le proprietà petrofisiche e l evoluzione delle pressioni sono state ottenute dagli studi fluido-dinamici di giacimento realizzati da Eni S.p.A. con il codice di calcolo Eclipse [1]. Data la separazione delle strutture che ospitano i giacimenti di Agosta e Dosso degli Angeli, è esclusa la comunicazione idraulica tra i due giacimenti ed è perciò stato possibile eseguire due studi dinamici separati. L interazione meccanica è tenuta in debita considerazione mediante la costruzione di un unico modello integrato che comprende entrambi i giacimenti. La data di fine produzione è stimata dal modello fluido-dinamico e, quindi, dipende anche dalla compressibilità dei pori. Per il campo di Agosta, come descritto nel 2.3.2, sono stati considerati tre diversi scenari, basati sulla correlazione regionale [6]. Il termine della produzione è pertanto previsto tra il 2030 e il Per il giacimento di Dosso degli Angeli invece, date le numerose misurazioni disponibili (CGPS, dati InSar e livellazioni), è stato adottato un unico valore di compressibilità dei pori e la fine della produzione è prevista al La simulazione è stata protratta per circa 30 anni dopo la chiusura dei campi in modo da considerare la propagazione del disturbo di pressione negli acquiferi connessi alla zona mineralizzata. eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 4 di 28 2 Modello geomeccanico agli Elementi Finiti 2.1 Approccio metodologico Lo studio geomeccanico di subsidenza di Agosta e Dosso degli Angeli [5] è stato realizzato da ISAMGEO Engineering Gmbh utilizzando il codice proprietario ad Elementi Finiti (FE) Isamgeo. La costruzione del modello è stata basata sui seguenti dati: Modello geologico dei due campi, esteso in misura tale da descrivere interamente non solo le zone mineralizzate ma anche gli acquiferi ad esse idraulicamente connessi. Dettagliata descrizione della geometria e geologia dei livelli mineralizzati + acquiferi connessi, riprodotta con accuratezza dalla maglia di calcolo numerica. Distribuzione di pressione nei livelli mineralizzati + acquiferi connessi, calcolata con il modello fluidodinamico 3D Eclipse. Lo studio fluido-dinamico di giacimento è stato comunque protratto (a pozzi chiusi) fino a circa 30 anni dopo la fine della produzione in modo da considerare l effetto dell evoluzione della pressione nelle regioni mineralizzate e negli acquiferi dopo la fine della produzione. Proprietà meccaniche della roccia descritte con una legge costitutiva del tipo Cam Clay Modificato, che tiene conto non solo della variazione della compressibilità uniassiale (cm) con lo stress efficace, ma modella accuratamente anche gli eventuali fenomeni di espansione dei sedimenti soggetti a ripressurizzazione. Calcolo della compattazione dei livelli mineralizzati + acquiferi connessi fatto sulla base dello spessore gross degli stessi e della più aggiornata stima della compressibilità uniassiale ottenuta da misure in situ effettuate nei pozzi equipaggiati con markers nell offshore adriatico. 2.2 Geometria del modello Il modello del giacimento di Agosta, realizzato tramite il software Eclipse, rappresenta completamente la zona mineralizzata e gli acquiferi laterali. La griglia di calcolo si compone di celle in direzione I, J, K rispettivamente, per un totale di celle, di cui attive e interessa un area di circa 14x3 km 2. Il modello fluido-dinamico relativo al campo di Dosso, anch esso realizzato tramite il software Eclipse, si compone di una vasta area che comprende l intera estensione degli acquiferi laterali al giacimento. La griglia di calcolo si compone di blocchi in direzione I, J, K rispettivamente, per un totale di celle, di cui attive e interessa un area di circa 58x42 km 2. La geometria del sistema sopra descritta è l elemento sulla cui base è stata costruita la mesh di calcolo del modello geomeccanico ad elementi finiti per la valutazione della subsidenza. In particolare risulta necessario avere una mesh tale da: eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 5 di 28 rappresentare adeguatamente la distribuzione di pressione all interno di ogni livello permeabile in cui l estrazione di gas è simulata con Eclipse; onorare la distribuzione delle zone mineralizzate come descritte dai contatti gas-acqua; estendere la zona modellata dal punto di vista geomeccanico in una certa misura al di là del perimetro del modello fluido-dinamico, perché le condizioni al contorno non influenzino i risultati delle simulazioni. I criteri di cui sopra hanno guidato la realizzazione della mesh 2D rappresentata in Figura 2 e Figura 3. Figura 2 Pianta della griglia di calcolo FEM utilizzata nel modello per i campi di Agosta e Dosso degli Angeli. Ogni elemento rappresentato ha in pianta otto nodi, di cui uno ad ogni vertice ed uno a metà di ogni lato, per cui la discretizzazione effettiva è più fitta di quanto visibile in figura. Figura 3 Zoom della visione in pianta della mesh di calcolo, focalizzata sulla zona centrale che rappresenta i campi di Dosso degli Angeli e Agosta. La mesh 3D è stata quindi generata a partire dalla mesh 2D proiettata verticalmente a generare i livelli del giacimento, overburden ed underburden. Tutti questi livelli sono stati creati a partire dalle eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 6 di 28 stesse mappe di top e botton dei vari livelli estratte direttamente dai due modelli Eclipse che rappresentano Dosso degli Angeli ed Agosta. La mesh 3D, illustrata in Figura 4, si compone di una fittissima discretizzazione ad elementi finiti del sottosuolo con base corrispondente al top dei carbonati presenti nella zona, che costituiscono una superficie compresa tra 4000 e oltre 7500 m di profondità. La mesh ad elementi finiti ha nodi ovvero gradi di libertà totali di cui effettivamente liberi (32647 gradi di libertà sono fissati dalle condizioni al contorno), e elementi a 16 o 20 nodi distribuiti su un totale di 74 strati tra produttivi, strati di separazione, overburden ed underburden. La copertura (overburden) è discretizzata in 16 strati, mentre la base del modello (underburden) è composta di 4 strati. Agosta Dosso Figura 4 Mesh di calcolo ad elementi finiti utilizzata nel modello ISAMGEO per il complesso dei campi di Dosso degli Angeli ed Agosta. La scala verticale della rappresentazione è pari a 10 volte quella orizzontale. Gli elementi dei livelli più sottili sono a 16 nodi, ovvero sono ad interpolazione lineare in direzione verticale e quadratica nelle direzioni orizzontali. Gli altri elementi sono a 20 nodi, ovvero quadratici in ogni direzione. Di conseguenza, la discretizzazione effettiva è più fitta di quanto visibile in figura. 2.3 Proprietà dei materiali Stress verticale L andamento dello sforzo totale verticale in funzione della profondità è stato calcolato, al di sopra dei 2500 m, attraverso una relazione specificatamente definita per il campo di Agosta: v ztvdss ln ztvdss ztvdss ove ztvdss è la profondità (in metri) riferita al livello medio del mare v è lo stress totale verticale espresso in bar. Al di sotto dei 2500 m l andamento dello sforzo totale verticale in funzione della profondità è stato determinato a partire dalla ricostruzione di un profilo di densità bulk media (Figura 5) calcolato eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 7 di 28 considerando i valori di densità misurati negli intervalli coperti da density log e sonic log dei pozzi Dosso degli Angeli 21dir e Dosso degli Angeli 22dir. Figura 5 Profilo medio di densità per il campo di Dosso degli Angeli. Questo profilo discreto di densità è stato integrato numericamente per ottenere un profilo discreto di sforzo totale verticale. Quest ultimo è stato poi ricondotto ad una funzione che descrive la relazione tra sforzo totale verticale e profondità: v ztvdss z tvdss z tvdss z tvdss ztvdss dove v è lo sforzo totale verticale (in bar), ztvdss è la profondità (in metri) riferita al livello medio del mare Compressibilità uniassiale Il parametro geomeccanico chiave nelle simulazioni di subsidenza è la compressibilità uniassiale cm del materiale. E oggi comunemente accettato [4] che i valori più attendibili di questo parametro, generalmente funzione non lineare dello stress efficace, siano quelli ottenuti dalle misure in situ tramite markers. Questo è particolarmente vero per sedimenti profondi, quali quelli considerati nel presente studio. In assenza di dati specifici da marker sul campo di Dosso degli Angeli e di Agosta si è utilizzata per la stima della compressibilità una correlazione regionale basata sul più ampio dataset possibile e relativa alle stesse formazioni del Nord Adriatico. La relazione tra cm e tensione verticale efficace v impiegata è quella proposta da Hueckel et al. [6] e riportata in Figura 6, dove sono riportate la miglior stima: eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 8 di 28 c m v ed il quantile al 97.5%. Nella precedente relazione v è la tensione efficace verticale espressa in bar e cm è il coefficiente di compressibilità edometrica espresso in bar -1. Sempre in Figura 6 essa è messa a confronto con quella di Baù et al. [4]: si può osservare come le due appaiano simili. La tensione verticale efficace è stata calcolata tramite: ' p v v dove v è la tensione verticale totale e p la pressione dei pori. Quest ultima è stata estratta dallo studio fluido-dinamico alla profondità di riferimento, mentre la tensione verticale totale v è stata calcolata come descritto nel E-2 LINEE nera continua: Baù et al. [2002], stima ottimale nera tratteggiata: Baù et al. [2002], quantile superiore al 97.5% rossa continua: Hueckel et al. [2005], stima ottimale rossa tratteggiata: Hueckel et al. [2005], quantile superiore al 97.5% compressibilità uniassiale [bar -1 ] 1.0E-3 1.0E-4 1.0E-5 1.0E stress effettivo [bar] Figura 6 Correlazione tra compressibilità uniassiale cm e stress efficace in situ, derivata da misure su marker nei campi a gas del bacino nord adriatico (da [6]). Si segnala che studi successivi [7] hanno evidenziato come sia la correlazione di Baù et al. [4] sia quella di Hueckel et al. [6] tendano a sottostimare la compressibilità uniassiale dei sedimenti posti a meno di 1500 m di profondità. Per tener conto di ciò, ovvero per profondità inferiori a 1500 m, Ferronato et al. [7] hanno proposto che, in via cautelativa, il valore di cm ottenuto dalle precedenti correlazioni sia moltiplicato per 2: c m v v z 1500m z 1500m eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 9 di 28 La relazione sopra descritta è stata utilizzata per costruire lo scenario di riferimento nel presente studio: questa risulta infatti appropriata per la regione di Dosso degli Angeli, per cui esistono dati di livellazione, InSAR e CGPS che, come descritto nel 4, grazie ad essa vengono adeguatamente riprodotti. E importante sottolineare che solo la parte più superficiale del campo di Agosta è posta a profondità inferiori ai 1500 m mentre il campo di Dosso degli Angeli si sviluppa a profondità superiori a 2800 m. In accordo con le stime regionali di compressibiltà in funzione dello stress verticale efficace, sono stati anche definiti i limiti superiore ed inferiore da utilizzare nell analisi parametrica relativa al solo campo di Agosta, in quanto in fase puramente previsionale. In particolare, per la regione al di sopra dei 2000 m di profondità sono stati definiti due ulteriori scenari di compressibilità : il quantile superiore o upper scenario ; il quantile inferiore o lower scenario : c upper m c lower m v v I campi di pressione del modello Eclipse sono stati stimati utilizzando compressibilità dei pori coerenti con il modello geomeccanico. In Tabella 1 sono riportati i valori di profondità media, tensione verticale totale v, pressione dei pori iniziale p, tensione verticale efficace v, coefficiente di Poisson, compressibilità uniassiale cm, adottati livello per livello nei differenti scenari analizzati. Strato Tabella 1 Proprietà assegnate, regione per regione, nei diversi scenari analizzati. ISAMGEO material z media [m] v [bar] p [bar] v [bar] - c m lower [bar -1 ] c m med [bar -1 ] c m upper [bar -1 ] Overburden E E E-03 Overburden E E E-03 Overburden E E E-03 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Overburden E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 10 di 28 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-04 Agosta E E E-05 Agosta E E E-04 Agosta E E E-05 Agosta E E E-04 Agosta E E E-05 Agosta E E E-04 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Agosta E E E-05 Zona transizione E E E-05 Zona transizione E E E-05 eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 11 di 28 Zona transizione E E E-05 Zona transizione E E E-05 Zona transizione E E E-05 Zona transizione E E E-05 Zona transizione E E E-05 Zona transizione E E E-05 Zona transizione E E E-05 Zona transizione E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Dosso E E E-05 Underburden E E E-05 Underburden E E E-05 Underburden E E E-05 eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 12 di 28 Underburden E E E Inizializzazione Stato tensionale iniziale Per il campo oggetto dello studio lo sforzo totale verticale è stato calcolato dal gradiente di overburden descritto nel paragrafo Lo sforzo orizzontale è stato inizializzato partendo da condizioni di tipo edometrico definite come: h K v 0 dove K0 rappresenta il coefficiente di spinta a riposo che è stato posto pari a 0.54 [8]. 2.5 Storia di pressione La distribuzione tridimensionale di pressione e la sua evoluzione temporale, così come calcolata dal modello di flusso Eclipse, è stata importata nel modello ad elementi finiti. eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pagina 13 di 28 3 Risultati delle simulazioni Nel presente paragrafo vengono riportati i risultati delle simulazioni eseguite al fine di stimare l entità della subsidenza attesa dalla coltivazione dei campi di Agosta e di Dosso degli Angeli. Si ricorda che la simulazione è stata protratta a pozzi chiusi per circa 30 anni dopo la chiusura dei campi per analizzare l impatto della depressurizzazione degli acquiferi idraulicamente connessi alla zona mineralizzata. Si osservi come le variazioni di compressibilità degli strati superficiali abbiano un effetto molto modesto sul comportamento nella regione di Dosso degli Angeli (si vedano grafici a seguire) quindi è ragionevole ritenere che l history match, effettuato di fatto sui soli dati relativi alla produzione di Dosso degli Angeli, non vincoli la compressibilità dei livelli superiori (di fatto quelli al di sopra dei 2500 m di profondità), che riguardano invece Agosta, e quindi sia ragionevole nella fase di forecast aprire il ventaglio delle possibilità come normalmente fatto in fase totalmente previsionale. Per ricapitolare, si riportano nella seguente tabella (Tabella 2) i valori di subsidenza previsti nella posizione di massima subsidenza sopra il giacimento di Dosso degli Angeli (coordinate m EST, m NORD) e in corrispondenza delle stazioni CGPS per i due campi. Tabella 2 Evoluzione temporale della subsidenza totale (in cm) in corrispondenza del punto di massima subsidenza per il campo di Dosso degli Angeli e delle stazioni GPS. Data Max Dosso GPS Agosta GPS Dosso Cm Med Cm Up Cm Low (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) 01/01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ /06/ Da Figura 7 a Figura 18 a sono riportate le mappe di subsidenza prevista sul complesso dei campi Dosso degli Angeli Agosta fino al giugno Si osservi come il massimo di subsidenza permane al di sopra di Dosso, con valori pressocchè stazionari e già raggiunti alla data odierna, mentre ovviamente si osserva una evoluzione della subsidenza in corrispondenza al campo di Agosta. eni s.p.a. Development, Operations & Technology Campi di Agosta e Dosso degli Angeli: studio di subsidenza Management Summary Pa
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