78465 - MODELLI PER LA GEOTERMIA ED I FLUIDI DEL SOTTOSUOLO M

Conoscenze e abilità da conseguire

L'’insegnamento è finalizzato a fornire agli studenti le conoscenze necessarie per utilizzare la simulazione di sistemi serbatoio del sottosuolo (geotermici, acquiferi e idrocarburi), mediante modelli numerici, come strumento decisionale per pianificarne la loro corretta coltivazione. Parte integrante dell’insegnamento sarà l’acquisizione delle competenze per gestire ed elaborare i dati relativi ai parametri e alle variabili petrofisiche, termodinamiche, termofisiche e fluidodinamiche che caratterizzano i fluidi nei sistemi serbatoio in regime multifase. L’applicazione pratica mediante l’utilizzo di un simulatore su un caso studio è parte fondamentale dell’insegnamento per fissare le nozioni teoriche sviluppate.

Contenuti

Prerequisiti
All’allievo che accede a questo insegnamento è richiesto di conoscere e saper adeguatamente utilizzare le nozioni matematiche del calcolo infinitesimale e del calcolo numerico. Tutte le lezioni saranno tenute in Italiano. È quindi necessaria la comprensione della lingua italiana per seguire con profitto il corso e per poter utilizzare il materiale didattico fornito.

Programma

Il programma è suddiviso in due parti. La prima pone le basi teoriche  e sviluppa i concetti del corso, mentre la seconda li applica attraverso attività di laboratorio informatico dove si realizza una simulazione numerica di un caso studio relativo ad un reservor geotermico.

Parte 1

Introduzione ai concetti di sistema e modello: definizioni generali, relazioni e classificazione dei sistemi e dei modelli. Parametri e variabili. Introduzione generale allo studio del comportamento dinamico di giacimenti (geotermici, acqua e idrocarburi) mediante simulazione numerica.
La simulazione: simulazione forward e backward per la calibrazione del modello: history matching. Analisi di sensitività. Simulazione stato naturale. Applicazione alle georisorse: modello geologico (concettuale), modello numerico. La legge di Darcy per flusso multifase. L'equazione di bilancio di massa. Equazione di trasporto del calore: bilancio energetico per sistemi aperti. Modello matematico di un giacimento: equazione per il flusso attraverso un mezzo poroso di un fluido monofase debolmente comprimibile. Classificazione dei modelli matematici dei giacimenti mediante la geometria e il numero delle fasi mobili. Modello per il flusso di gas. Modello per flusso bi e trifase senza scambio di massa tra le fasi. Modello black-oil per giacimenti di olio pesante. Modello di flusso multifase composizionale. La modellistica per specifici sistemi non isotermi con flusso multifase e multicomponente in mezzi porosi e porosi-fratturati. Concetti di base sulla tecnica di discretizzazione alle differenze finite (FD) per l'integrazione numerica delle equazioni differenziali alle derivate parziali. Elementi di convergenza, consistenza e stabilità dello schema FD. Cenni alla tecnica IFDM. Griglie strutturate e non strutturate. Griglie full voronoi 3D. Errori di troncamento. Livello di impliticità nella simulazione con modelli multifase: pressione implicita saturazione esplicita (IMPES), metodo sequenziale (SEQ), metodo totalmente implicito (SIMULTANEOUS). Soluzione di sistemi di equazioni lineari: metodi diretti (metodo di Gauss, metodo della fattorizzazione, metodo di Thomas), metodi iterativi (Jacobi, Gauss-Siedel, PSOR, LSOR). 

Parte 2

Esercitazioni in laboratorio informatico mediante simulatore numerico. Struttura del file di input gestito a Card/keyword. Analisi del file di output anche finalizzato alla realizzazione di una semplice attività di ingegneria di serbatoio.
Simulazione numerica di un caso studio relativo ad un reservoir geotermico, mediante software per reservoir non isotermi multifase e relativi software di pre- e post-processing.

Testi/Bibliografia

Dispense fornite dal docente

Metodi didattici

Le lezioni saranno di tipo tradizionale con dimostrazioni svolte alla lavagna e con esercitazioni riguardanti gli argomenti trattati durante le lezioni.

Relativamente alle attività di simulazione numerica svolte nel laboratorio informatico, lo studente è tenuto a realizzare una relazione che sarà oggetto di discussione in fase d'esame.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La modalità di verifica dell'apprendimento si attuerà attraverso un colloquio orale per valutare le capacità critiche e metodologiche maturate dallo studente, il quale sarà invitato a confrontarsi con le tematiche affrontate durante il corso. Particolarmente valutate saranno le capacità dello studente di sapersi muovere anche all'interno delle fonti e del materiale bibliografico al fine di saper individuare in essi le informazioni utili che gli permettano di illustrare gli aspetti propri dell'Ingegneria di serbatoio. Il raggiungimento da parte dello studente di una visione organica dei temi affrontati a lezione congiunta alla loro utilizzazione critica, la dimostrazione del possesso di una padronanza espressiva e di linguaggio specifico saranno valutati con voti di eccellenza. La conoscenza per lo più meccanica e/o mnemonica della materia, capacità di sintesi e di analisi non articolate e/o un linguaggio corretto ma non sempre appropriato porteranno a valutazioni discrete; lacune formative e/o linguaggio inappropriato – seppur in un contesto di conoscenze minimali del materiale d'esame - condurranno a voti che non supereranno la sufficienza. Lacune formative, linguaggio inappropriato, mancanza di orientamento all'interno dei materiali bibliografici offerti durante il corso non potranno che essere valutati negativamente.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna luminosa, Proiettore, Personal Computer. Software di simulazione forniti dal docente.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Villiam Bortolotti