Il lavoro di ricerca è prevalentemente volto a indagare, mediante
la risonanza magnetica (MR) e avvalendosi anche di simulazioni
numeriche, la struttura e le proprietà di trasporto dei mezzi
porosi, con particolare riferimento alle rocce d'interesse per
l'industria petrolifera, nelle attività di Geotermia e per lo stoccaggio di CO2 e Idrogeno in serbatoio. La simulazione di processi che avvengono
in sistemi descritti da modelli matematici non lineari, come nel
caso dei fenomeni di flusso mono o polifase, anche non isotermo,
nei mezzi porosi e porosi-fratturati è di comune e vitale
importanza sia per l'industria sia per la ricerca scientifica. Il
confronto dei risultati MR, anche di imaging, con quelli delle
simulazioni permette di migliorare la comprensione della validità
dei modelli utilizzati e dei processi di flussaggio, nonché di
valutare più accuratamente le caratteristiche e le proprietà
petrofisiche dei mezzi porosi. Un ulteriore tema di ricerca,
strettamente legato ai precedenti, è il così detto Problema
Inverso, in 1 e 2 dimensioni. Sovente l'insieme di dati acquisiti negli esperimenti è
collegato ad un modello parametrizzato, di cui si vuole una stima
dei parametri. L'uso e lo sviluppo di algoritmi di fitting dei dati
sperimentali è un'attività che trova vaste applicazioni in diversi
campi d'indagine. Tali campi di ricerca trovano applicazione, tra
l'altro, nell'ingegneria petrolifera, nell'ingegneria degli
acquiferi, nell'ingegneria dei giacimenti geotermici (sia ad alta
che a bassa entalpia) e in tutti quei problemi interessati
dall'infiltrazione di fluidi in mezzi porosi consolidati e non
consolidati.
Lo sviluppo e l'evoluzione della ricerca volta all'individuazione e
messa a punto di tecniche avanzate di core analysis richiede
l'approfondimento della conoscenza della struttura e delle
proprietà petrofisiche dei mezzi porosi, nonché delle interazioni
dei fluidi saturanti con le superfici dei pori. La metodologia
adottata si basa sul confronto tra misure petrofisiche di tipo
tradizionale e misure a risonanza magnetica (MR) con l'ulteriore
supporto di simulazioni numeriche (in particolare nei riguardi dei
processi di flusso e trasporto). Il confronto tra misure
petrofisiche MR e tradizionali (con particolare riferimento a
porosità, permeabilità, superficie specifica, bagnabilità, fattore
di formazione, saturazioni) su campioni consolidati (rocce) e non
consolidate (sabbie) e sistemi modello si propone con sempre
maggior forza come il metodo d'elezione per lo sviluppo delle
conoscenze sul comportamento di fluidi in geometrie ristrette. La
rilassometria MR, ovvero, la misura e lo studio dei tempi di
rilassamento tipici dei fenomeni NMR, e la tecnica Fast Field Cycling (FFC) in particolare, possono fornire informazioni
basilari sulla struttura dello spazio poroso, in quanto le curve di
rilassamento rappresentano, a parità di natura dei fluidi
saturanti, una vera e propria “impronta digitale” dello spazio
poroso. Nella pratica il rilassamento MR permette di investigare
numerose altre proprietà petrofisiche e le loro interrelazioni.
Mediante la tecnica MRI (Magnetic Resonance Imaging), che
sinteticamente si può definire come un'estensione spazialmente
risolta della MR, si possono ottenere informazioni, in modo non
distruttivo e non invasivo, sulle proprietà del mezzo poroso in
sezioni e regioni interne al campione studiato. Si possono
quantificare micro- e macro-porosità, fino all'identificazione e
quantificazione di eventuali fratture. Si tratta evidentemente di
ricerche di considerevole interesse per diversi settori
dell'industria, in particolare per quella del petrolio. Nella
pratica della core analysis i vantaggi sono notevoli e svariati.
Per esempio, nell'industria petrolifera, nel caso di serbatoi
carbonatici, la valutazione del contributo delle fratture alla
porosità totale, la loro distribuzione spaziale e interconnessione
sono essenziali per le previsioni di produzione. La tecnica MRI si
applica con successo anche allo studio dei processi di spiazzamento
e/o di flusso, permettendo di estendere significativamente la
comprensione del moto mono o polifasico nei mezzi porosi. In
particolare il raffronto dei risultati delle prove MR/FFC/MRI con
quelli delle simulazioni numeriche porta a una migliore
comprensione della validità dei modelli utilizzati sia per
descrivere i processi di flussaggio, sia per meglio comprendere i
mezzi porosi e le loro proprietà. L'uso della simulazione numerica
per sistemi e processi descritti da modelli matematici
caratterizzati da equazioni non lineari, com'è ad esempio il caso
dei fenomeni di flusso mono o polifase, sia isotermo sia
non-isotermo, nei mezzi porosi e porosi-fratturati, è di comune e
indispensabile utilizzo sia in ambito industriale, sia per scopi di
ricerca. Trova applicazioni, tra l'altro, nell'ingegneria
petrolifera, nell'ingegneria degli acquiferi, nello sfruttamento
delle risorse geotermiche ad alta e media entalpia e nello studio
dei fenomeni d'infiltrazione di fluidi in mezzi porosi consolidati
e non consolidati.
Strettamente legato ai precedenti temi di ricerca vi è il così
detto Problema Inverso. Sovente l'insieme di dati acquisiti negli
esperimenti è collegabile a un modello parametrizzato, di cui se ne
vuole una stima dei parametri. L'uso e lo sviluppo di algoritmi di
fitting è un'attività che trova vaste applicazioni in diversi campi
d'indagine. Basti citare il fondamentale tema del model calibration
(o history matching) tipico della validazione dei modelli per
reservoir.
Lo sviluppo di queste ricerche necessariamente richiede, oltre ad
una approfondita comprensione delle diverse e vaste teorie che
governano i vari fenomeni coinvolti, di occuparsi della
strumentazione di laboratorio e di utilizzare ed eventualmente
sviluppare software dedicato. Per la strumentazione le principali
attività possono riguardare: - la realizzazione di appositi
circuiti idraulici (per spiazzamenti polifase) e di celle
porta-campione (celle triassiali con confinamento per evitare
possibili fenomeni di by-pass di superficie dei fluidi) che
permettano di eseguire le prove di flusso all'interno del bore
degli strumenti MR e MRI. Ciò impone, tra l'altro, l'uso di
materiali non magnetici per evitare interferenze con la
strumentazione stessa; - la modifica e/o progettazione e
realizzazione di nuove sequenze (insieme di specifiche istruzioni
che governano la strumentazione MR durante le misure), sia per gli
strumenti MR sia per lo strumento MRI.
Per il software le
principali attività riguardano:
-l'individuazione di
appropriati algoritmi numerici già esistenti, nonché la loro
implementazione e il loro utilizzo;
-eventuale progettazione e
implementazione di nuovi algoritmi numerici e/o modifica di
algoritmi numerici esistenti (normalmente scritti in linguaggio
Fortran 77, 90, 95);
-utilizzo di pacchetti software commerciali
(es: FemLab, Eclipse, iTOUGH2) per validare /confrontare i
risultati ottenuti dai software sviluppati nell'ambito della
ricerca;
-realizzazione di filtri e interfacce software (scritti in C++ sviluppati in ambito Visual Studio 6, 15 e 19 oppure di script mediante l'utilizzo dell'ambiente MatLab ) di adattamento
dei diversi formati dei dati per permetterne un loro
confronto.
