Data Assimilation in Geomechanics: Characterization of Hydrocarbon Reservoirs

Lo stato tensionale indotto dalla variazione di pressione in giacimenti profondi e la conseguente compattazione delle formazioni geologiche sono simulati con l'ausilio di un modello geomeccanico agli Elementi Finiti (FEM). Nei decenni passati, il citato modello è stato utilizzato in molteplici applicazioni e, tuttavia, le incertezze introdotte nella modellazione sono numerose e possono influire significativamente sulla risposta del modello, in termini di spostamenti superficiali. Le incertezze sono principalmente legate alla semplificazione intrinseca nel processo di modellazione, alle scarsamente note condizioni iniziali e al contorno, alle forzanti esterne e ai parametri del modello, e cioè le proprietà fisiche del giacimento, solitamente non conosciute a-priori. La stima di questi ultimi è ottenuta, in questo lavoro di tesi, attraverso lo sviluppo e l'implementazione di metodologie di tipo probabilistico che permettono di quantificare anche il grado di incertezza associato alla stima dei parametri del modello. Per questo scopo viene utilizzato il cosiddetto Ensemble Smoother, un particolare algoritmo di data assimilation basato su un approccio di tipo Monte Carlo. La metodologia proposta è stata applicata e testata sia su casi sintetici che su casi reali assimilando dati di spostamento superficiale misurati in-situ. I parametri geomeccanici sono stati stimati in due specifici giacimenti. Nel primo caso, si tratta di un sito per lo stoccaggio di gas metano mentre, il secondo caso, riguarda un sito offshore utilizzato per l'estrazione di gas. Nei due casi, per descrivere il comportamento geomeccanico del giacimento, sono state utilizzate leggi costitutive differenti, sulla base delle osservazioni disponibili nei due campi di interesse. In un caso, i parametri di un modello trasversalmente isotropo sono stati stimati usando misure interferometriche satellitari di spostamento superficiale sia orizzontale che verticale disponibili sul sito di stoccaggio. Nell'altro caso, una legge costitutiva più semplice di tipo isotropo è stata calibrata nel sito offshore dove le osservazioni a disposizione forniscono solo la componente verticale dello spostamento, stimata da una mappa differenziale di batimetria. Nei test sintetici, è stato dimostrato che la metodologia permette di valutare in modo soddisfacente i parametri geomeccanici con una riduzione notevole dell'incertezza inizialmente ipotizzata per i parametri in gioco. Tuttavia, la stima degli stessi è più difficile nei casi reali dove la discrepanza tra il risultato del modello FEM e le misure assimilate può suggerire una preliminare selezione delle misure disponibili per eliminare potenziali evidenti errori nelle misure stesse.